TERREMOTO e CAOS: un nuovo percorso di analisi del comportamento dei sismi

Massimo Mariani - Ingegnere, Esperto in consolidamento e restauro delle strutture 23/12/2017 9303

INDICE DELL'ARTICOLO

PREMESSA
Terremoto e Caos

ANALISI DEI SISMI
Accelerazioni reali e normativa vigente (e in via di emanazione)
Effetti degli scuotimenti sulle strutture: disgregazione delle murature
Un nuovo modo di analizzare il terremoto

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PREMESSA
Terremoto e Caos
massimo_mariani.jpgIl terremoto è l'espressione palese del Caos, è un “Attrattore strano”, è imprevedibilità reale le cui rappresentazioni sono Frattali rispondenti solo ad una Geometria non Euclidea.
Le strutture murarie sottoposte al sisma subiscono “Processi dissipativi” in un “Caos dissipativo” di carattere deformativo/plastico, quali manifestazioni del ruolo dell’irreversibilità.
È proprio alla luce di tali evidenze, fondate su apporti scientifici dottrinali recenti - ma ormai maturi - e su riflessioni scaturite dalle evidenze degli effetti distruttivi e, soprattutto, dei meccanismi di commozione e collasso delle strutture durante quest'ultimo sisma in Italia Centrale e delle rievocate immagini e degli accelerogrammi dei sismi precedenti a partire dal 1976 (Friuli), che si rendono necessarie riflessioni sull'interpretazione dei terremoti e sulla loro “decodificazione”, attualmente solo delegata ad un determinismo modellativo fisico-matematico.
Il terremoto è disordine reale che potrà essere accostato attraverso percorsi nuovi che si spera si apriranno, anche mediante questo contributo, consentendo di leggere all’ingranditore la sua vera natura, nel suo intimo.

ANALISI DEI SISMI
Accelerazioni reali e normativa vigente (e in via di emanazione)
Con l'immagine dell'accelerazione orizzontale del terremoto di Norcia del 30 Ottobre 2016 di magnitudo 6.5MMS, durato circa 14 secondi, (Figura 1), inizia questo processo di analisi del comportamento dei terremoti, procedendo a ritroso dall'ultimo avvenuto in Italia Centrale, iniziato il 24/08/2016, fino a quello del Friuli del 1976, per dimostrare che i messaggi dei sismi di sempre, anche se diversi nelle rispettive energie, sono stati simili tra di loro e che è possibile interpretarne le manifestazioni caotiche.

 

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Figura 1 - Accelerazione orizzontale e verticale del terremoto di Norcia del 30 ottobre 2016 di magnitudo 6.5MMS

Nella Figura 1 è riportato anche l’accelerogramma verticale dello stesso sisma. Ambedue i grafici mostrano che le accelerazioni orizzontali e verticali raggiungono entrambe circa 0.80g (con "g" accelerazione di gravità). Purtroppo delle accelerazioni verticali non se ne tiene conto nelle Normative Vigenti se non in particolarissime condizioni legate alla geologia e alla morfologia del sito e a sistemi strutturali talvolta eccezionali, sicuramente non riguardanti l'edilizia comune, quella storica, quella spontanea e vulnerabile. Cosicché, nelle Normative, della componente verticale dell'accelerazione se ne tiene conto - ma con valori inferiori a quelli reali, come si vedrà nel prosieguo di questo contributo - solo per elementi pressoché orizzontali con luce superiore a 20 m, per elementi precompressi (con  esclusione di solai di luce inferiori a 8 m), per elementi a mensola di luce superiore a 4 m, ..., per pilastri in falso ..., per ponti, per costruzioni con isolamento sismico... .

La Figura 2 contiene i risultati delle accelerazioni di progetto derivati dall’attuale Normativa per una categoria di sottosuolo D (la peggiore) e per una morfologia del terreno con pendii superiori a 15° (condizioni anch’esse molto restrittive), calcolati per le zone nelle quali si sono manifestati gli ultimi sismi: Norcia, Amatrice, L'Aquila, Umbria-Marche.

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Figura 2 - Accelerazioni di progetto derivati dall’attuale Normativa per una categoria di sottosuolo D e categoria topografica T2 calcolati per le zone di Norcia, Amatrice, L'Aquila, Umbria-Marche

Come si può constatare, le accelerazioni verticali di progetto nello SLV - Stato Limite di Salvaguardia della Vita - sono pari a 0.196g << 0.398g – 0.391g - 0.497g – 0.869g (rispettivamente Umbria-Marche, Amatrice, L'Aquila e Norcia) e nello SLC - Stato Limite di prevenzione al Collasso - pari a 0.284g, anche questo valore sensibilmente inferiore ai valori reali riscontrati. Per le accelerazioni orizzontali permangono le stesse perplessità suscitate per quelle verticali: SLV = 0.42g << 0.80g e SLC = 0.44g << 0.80g
La tabella contenuta nella Figura 3 riporta i valori delle accelerazioni orizzontali e verticali dei terremoti più importanti in Italia, da quello del Friuli (1976) a quello dell'Italia Centrale del 2016. Da questi dati si palesa che ogni sisma ha prodotto accelerazioni verticali paragonabili a quelle orizzontali.

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Figura 3 - Accelerazioni orizzontali e verticali dei terremoti più importanti in Italia, da quello del Friuli (1976) a quello dell'Italia Centrale del 2016.

Insomma le strutture, durante lo scuotimento sismico, subiscono l'azione asincrona di sollecitazioni tra di loro totalmente differenti, quindi disgregative delle murature sottoposte ad una commozione che ne altera la parte costitutiva.

L'argomento sarà ripreso quando si tratterà in seguito del “fenomeno della Fatica” e dell' “Isteresi delle murature”. Si spera che i riscontri mostrati possano suscitare giuste e necessarie riflessioni nei riguardi dei valori delle accelerazioni di Progetto contenute nell’attuale Normativa (e nella normativa in via di approvazione). Purtroppo si esprimono anche incertezze sugli accelerogrammi riguardanti i sismi dell'Emilia del 2012, del Molise del 2002, dell'Irpinia del 1980, della Valnerina del 1979 e del Friuli 1976, come poi si evidenzierà.
Per questi motivi, nelle restituzioni grafiche del numero degli impulsi sismici in funzione delle accelerazioni che saranno riportate in seguito, sono stati assunti moltiplicatori delle stesse che si sono rivelati efficaci per esprimere i fenomeni già descritti: per l’Emilia si è considerato un moltiplicatore 2, per il Molise 10, per l'Irpinia 2, per la Valnerina 3 e per il Friuli 2.
L’impossibilità di confrontare i valori delle accelerazioni ad una stessa scala, per tutti i terremoti indagati, nasce dall'evidenza che sismi forti quali quello dell'Irpinia del 1980 (MMS 6,8) e Friuli del 1976 (MMS 6.5) hanno rilevato accelerazioni minori di quelli dell'Aquila del 2009 (MMS 6.1) Norcia del 2016 (MMS 6.5).
La tabella di Figura 3 mostra tale diversità.

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Figura 4

Come già detto le due combinazioni orizzontale e verticale coesistono durante la commozione sismica in maniera asincrona e la Figura 4 mostra la “dilatazione” delle ascisse dell’accelerogramma nel quale sono state sovrapposte, collimandone i tempi, le accelerazioni orizzontale e verticale (arancione orizzontale e bleu verticale). Come si può notare, confrontandole, tra le accelerazioni coesiste una palese equivalenza. Nella stessa figura è anche rappresentata una parte di accelerogramma ingrandita, delimitata dai due tratti di rosso che ne definiscono una frazione corrispondente a 1.5 secondi di sisma, come poi analizzato nella Figura 5, che palesa l'imprevedibilità, l’imponderabilità, l’impredicibilità dell’evento sismico.

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Figura 5

Se poi si isola, come già fatto nella Figura 5, una parte dell’accelerogramma riguardante la fase acuta pari a 1.5 secondi (Figura 6), le supposizioni precedenti si avvalorano ancor più. Questa “amplificazione” dell’accelerogramma ci fa indagare l'intimo del terremoto.
Focalizzando, ad esempio, il grafico blu dell'accelerazione verticale, ci si accorge che il sisma non è più quell’accumulo di “graffi” incisi sull’accelerografo, che transitano sopra e sotto l'asse del tempo, perché all'interno di ogni impulso si manifestano altri, numerosi impulsi intermedi.

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Figura 6

Questa che si conforma è proprio l'immagine di un Frattale Naturale: è Geometria non Euclidea. Se si riuscisse ad indagare l’accelerogramma in scala ancor più ampia di questa già dilatata, all'interno di un suo tratto qualsiasi è certo che verrebbero ad evidenziarsi altre frazioni di impulsi.

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Massimo Mariani è tra i maggiori esperti nella sismica e nel consolidamento e restauro delle strutture murarie. >>> www.massimomarianistudio.com