Rischio sismico ed edifici

Il rischio sismico è purtroppo un tema di grande attualità a causa degli eventi sismici disastrosi che hanno recentemente interessato il centro Italia. Se si pensa inoltre che quasi tutto il territorio italiano è considerato “sismico” l’argomento dovrebbe essere di grande interesse. Conoscere, studiare e comprendere il problema è uno dei modi che abbiamo per imparare a convivere con i terremoti.

Recentemente ho avuto la fortuna di esporre le problematiche del rischio sismico connesse con gli edifici al convegno organizzato dal FabLab di Vittorio Veneto. Ho ritenuto quindi utile riassumere i concetti trattati in questo evento nel seguente articolo.

RISCHIO SISMICO

Il concetto di rischio sismico è legato sostanzialmente a tre fattori:

  • pericolosità sismica: è un concetto legato sostanzialmente alla probabilità che in un dato luogo ed entro un certo periodo di tempo si verifichi un terremoto di una determinata intensità. Il risultato è la nota mappa di pericolosità sismica;
  • esposizione: presenza di persone o beni a rischio e conseguente possibilità di subire danno a seguito dell’evento sismico. Si pensi per esempio alla differenza di danni che c’è se un evento sismico colpisce una zona desertica rispetto a una grande città tipo New York;
  • vulnerabilità: è la proprietà di un edificio a subire più o meno danni a fronte di un terremoto con determinata intensità. Si può riassumere semplicemente come la resistenza di un edificio all’azione sismica.

Se si abbassa almeno uno dei tre fattori appena citati, si diminuisce il rischio sismico (e i danni conseguenti ad esso correlati). Si può notare che però l’unico fattore sul quale è possibile intervenire è tuttavia la vulnerabilità visto che le altre caratteristiche sono più o meno date. Come inervenire? Aumentando la resistenza di ogni singolo edificio all’azione del terremoto.

TERREMOTO ED EDIFICI

Ma perché il terremoto è così dannoso per gli edifici? Il motivo va ricercato proprio nella natura stessa delle strutture e dell’azione sismica. Gli edifici, infatti, normalmente resistono molto bene alle azioni verticali (peso proprio e carichi permanenti per esempio) che sono di tipo statico, ma l’azione sismica è di tipo dinamico, dura generalmente meno di un minuto ed ha le caratteristiche di una forzante oscillatoria.

In queste condizioni il problema principale è che il sistema può entrare in condizioni di risonanza o comunque la sovrastruttura può amplificare l’accelerazione del terreno. La conseguenza è quindi il danneggiamento dell’edificio e nel peggiore dei casi il crollo dello stesso.

Per capire meglio il concetto basta pensare alle oscillazioni di un bambino che dondola sull’altalena: se viene applicata una forza esterna con la giusta frequenza, le oscillazioni aumenteranno nel tempo ed un fenomeno simile può verificarsi appunto anche negli edifici sotto l’azione sismica. L’esempio classico che viene fatto in questi casi, come crollo dovuto all’effetto della risonanza, è il collasso del Tacoma Bridge,  visibile al seguente link. In questo video la causa del crollo è la condizione di risonanza causata dalla forzante esterna, che in questo caso era il vento, ma il concetto della risonanza è lo stesso anche con l’azione sismica.

COSTI DEI TERREMOTI IN ITALIA

Appare sensato a questo punto contestualizzare il problema al panorama italiano. Vediamo anzitutto il costo che ha sostenuto lo stato italiano a causa del terremoto.

Secondo un recente studio del CNI, riassumendo, l’Italia ha sostenuto una spesa pari a 121.608 milioni di euro attualizzati al 2014. Tali costi sono principalmente dovuti alla gestione dell’emergenza post-terremoto ed a decreti/ordinanza speciali indirizzati alla ricostruzione del patrimonio edilizio danneggiato. Ogni terremoto rilevante in Italia ha avuto un costo diverso e secondo lo studio appena citato il costo è distribuito nel seguente modo

costi-terremoto-in-italia

E’ curioso evidenziare il costo fuori media che è stato purtroppo sostenuto per il terremoto dell’Irpinia del 1980.

COSTI DELLA MESSA IN SICUREZZA

Appare sensato quindi cercare di capire la spesa necessaria per mettere in sicurezza il patrimonio edilizio italiano. Secondo un altro recente studio del CNI, il patrimonio edilizio italiano è costituito per poco più della metà da costruzioni realizzate prima del 1974, senza quindi normativa antisismica. E’ utile inoltre sottolineare che il 37% degli italiani vive in una zona sismica medio alta, ovvero zona sismica I o II (vedi lo studio sopracitato).

Sempre secondo lo stesso studio, basandosi su parametri standard e su eventi sismici di media intensità (come quello de L’Aquila, sono necessari 93 miliardi di euro per mettere in sicurezza il patrimonio edilizio italiano. Valore ben inferiore quindi a quello già speso dallo stato italiano dal 1968 ad oggi!

Ma cosa vuol dire mettere in sicurezza il patrimonio edilizio? Significa eseguire una serie di interventi di carattere strutturale al fine di aumentare la resistenza all’azione sismica degli edifici che presentano questo tipo di problematiche. Naturalmente, a seconda del proprietario, pubblico o privato, l’iniziativa dovrà essere appunto pubblica o privata.

PRINCIPALI TECNICHE ANTISISMICHE TRADIZIONALI

Le tecniche antisismiche tradizionali sono interventi che oramai sono consolidati nella tradizione delle tecniche d’intervento. Sono interventi relativamente semplici ma non per questo meno validi; anzi nella maggior parte dei casi si utilizzano proprio queste soluzioni al fine di migliorare la resistenza sismica di una struttura.

Ogni edificio ha comunque caratteristiche sostanzialmente diverse relativamente alla geometria e ai materiali e quindi la soluzione è diversa per ogni struttura. Si possono comunque riassumere le principali metodologie, sottolineando comunque che esistono molte altre soluzioni.

Vediamo quali sono le principali:

  • tiranti e catene: si tratta sostanzialmente di elementi in acciaio che vengono inseriti nelle murature in posizioni particolari al fine di mantenere unite le pareti negli edifici in muratura. E’ sicuramente l’intervento meno invasivo e più tradizionale, infatti negli edifici storici molte volte se ne notano i capochiave sulla facciata;
  • intonaco armato: consiste nella posa in opera di una rete elettrosaldata debitamente ancorata su entrambi i lati di una parete e successivo ricoprimento con betoncino. In questo modo si aumenta la resistenza alle azioni orizzontali della parete e si evita il ribaltamento fuori piano della stessa. In seguito all’intervento, tuttavia, non si vede più il muro facciavista e potrebbe essere un problema dal punto di vista architettonico;
  • materiali compositi: sono soluzioni basate su materiali relativamente innovativi come fibre di carbonio o fibre di vetro che hanno il pregio di avere una resistenza meccanica elevata e non essere sensibili alla corrosione, com’è invece l’acciaio. Possono essere reti, barre o fasce in base al tipo d’intervento necessario. Purtroppo hanno un costo che è circa 2/3 volte l’equivalente della soluzione tradizionale.

PRINCIPALI TECNICHE ANTISISMICHE INNOVATIVE

Le tecniche antisismiche innovative sono interventi che sono relativamente più recenti rispetto alle tecniche tradizionali (si parla di qualche decina d’anni da quando si è iniziato ad impiegarle). Si differenziano inoltre da quelle tradizionali per il tipo di approccio: mentre quelle tradizionali nella maggior parte dei casi aumentano la resistenza degli elementi strutturali, le tecniche innovative cercano di ridurre l’azione sismica che, alla fine, viene trasferita alla struttura.

Vediamo quali sono le principali:

  • isolatori sismici: il concetto dell’isolamento sismico alla base è antico e i costruttori antichi in alcuni casi lo hanno applicato (la prima struttura pare sia la Tomba di Ciro il Grande). Sostanzialmente si tratta di creare un piano di appoggio molto deformabile a livello delle fondazioni in modo tale che la sovrastruttura non segua il movimento del terreno. Materialmente, si posano dei dispositivi puntuali in corrispondenza del piano di appoggio sopra le fondazioni in modo tale che appunto la sovrastruttura non segua il movimento delle fondazioni. Intuitivamente è un concetto molto semplice (basta vedere qualsiasi video su YouTube) per capirne il funzionamento; lo svantaggio è però che a fronte della diminuzione delle forze, si assiste all’aumento degli spostamenti e quindi cambiano di conseguenza anche altre progettazioni, come gli impianti, che dovranno essere in grado di assecondare le queste deformazioni senza danneggiarsi;
  • dissipatori sismici: sono dispositivi in grado di deformarsi dissipando molta energia e quindi vengono utilizzati concentrando la dissipazione dell’energia del sisma su questi dispositivi, preservando quindi la struttura. Sono concettualmente simili a pistoni con un fluido viscoso al proprio interno. Vengono posizionati solitamente come controventi o comunque in modo diagonale rispetto all’azione orizzontale. Questo tipo d’intervento ha il vantaggio che può essere impiegato in modo relativamente facile anche negli edifici esistenti;
  • mass damping: pochi edifici al mondo presentano questo tipo di dispositivi e questo metodo viene impiegato solo su edifici di una certa importanza. Si tratta di posare una massa relativamente elevata all’interno dell’edificio in modo tale che vada in controfase con l’oscillazione della struttura. In questo modo si crea una forza che si oppone alla deformazione dell’edificio, anche con l’aiuto di pistoni che si oppongono alla deformazione. L’esempio più famoso è il Taipei 101 che ha creato anche un’attrazione turistica del dispositivo innovativo.

CONCLUSIONI

Dopo questo breve inquadramento generale al problema, ha senso fare delle considerazioni finali molto semplici su come affrontare il problema dei terremoti

  • conoscere, imparare ed informarsi: una cosa che ogni persona può fare è informarsi sul problema e per esempio conoscere meglio gli edifici con i quali si ha a che fare quotidianamente, come sono costruiti e se presentano delle problematiche e, nel caso, informarsi su come intervenire per risolverle. Ha senso inoltre informarsi su come comportarsi in caso di emergenza (il sito di io non rischio può essere un ottimo punto di partenza);
  • i terremoti non si possono prevedere, è necessario conviverci: è di fondamentale importanza capire che, almeno fino ad oggi, il terremoto non si può prevedere, e l’unica cosa che si può sapere è la probabilità che l’evento si possa verificare…;
  • parola d’ordine, prevenzione! … per tale ragione l’unico modo per difendersi è quindi la prevenzione, intesa come aumento della resistenza delle strutture e anche come comportarsi in caso di emergenza.
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Fabbro Massimo

Specializzato in progettazione strutturale, si occupa anche di gestione delle pratiche edilizie e di progettazione delle reti di scarico. Collabora da alcuni anni con lo studio idrogeo.org