Valutazione del rischio sismico: derivazione di curve di fragilità empiriche per edifici residenziali in c.a.

Questo lavoro presenta curve di fragilità empiriche per il costruito esistente in c.a., da utilizzare per la valutazione del rischio sismico a scala territoriale. Le curve sono state derivate elaborando statisticamente i dati di danno post- terremoto raccolti nella piattaforma Da.D.O., utilizzando l’accelerazione di picco al suolo (PGA) stimata da shakemap come misura di intensità per la caratterizzazione dello scuotimento.

Gli edifici in c.a. sono classificati in quindici tipologie edilizie, identificate sulla base del numero di piani (da 1 a 5 piani) e tipo di progettazione (edifici progettati per soli carichi gravitazionali, per carichi sismici pre-1981 e post-1981). In primo luogo, le curve di fragilità sono state derivate per le tipologie edilizie identificate e per cinque livelli di danno della EMS-98, tenendo conto del danno osservato su componenti strutturali e non strutturali. Successivamente, si sono derivate curve di fragilità per due classi di vulnerabilità a vulnerabilità decrescente e tre classi di piano, pesando le curve di fragilità tipologiche sulla base della composizione del costruito esistente.

 

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L’attitudine al danneggiamento degli edifici di fronte all'evento sismico 

I terremoti, tra tutti i fenomeni naturali, presentano caratteri di imprevedibilità e di forza distruttiva, in grado di produrre effetti devastanti sia in termini di perdite economiche che sociali. Per questi motivi, l’attitudine al danneggiamento degli edifici a fronte dell’occorrenza dei terremoti è stata studiata sia nell’ambito di progetti internazionali (tra i quali ad esempio Hazus, RISK-UE) sia attraverso studi specifici condotti da diversi gruppi di ricerca con l’utilizzo di metodi empirici (Braga et al., 1982; Sabetta et al., 1998; Orsini et al., 1999; Di Pasquale et al., 2005; Rota et al., 2008; Zuccaro e Cacace, 2015; Del Gaudio et al., 2017a; Rosti et al., 2018; Rosti et al., 2019a; Rosti et al., 2019b; Del Gaudio et al., 2019) e meccanici/analitici (Lagomarsino e Giovinazzi, 2006; Borzi et al., 2008; Del Gaudio et al., 2016; Del Gaudio et al., 2017b; Del Gaudio et al., 2018).

Recentemente, la fondazione GEM (Global Earthquake Model) ha prodotto delle Mappe di rischio sismico a livello mondiale, riportanti le perdite annue medie attese considerando gli effetti dei terremoti sulle strutture residenziali, commerciali e industriali per ciascuna Nazione, considerando sia il danneggiamento agli elementi strutturali che non strutturali (Silva et al., 2018).

Le curve di fragilità di edifici residenziali in c.a. partendo dai dati di danneggiamento di 9 eventi sismici

In questo lavoro saranno presentate le curve di fragilità empiriche per edifici residenziali italiani in c.a. ottenute dai dati osservati sul danneggiamento degli edifici a fronte dei terremoti che hanno colpito il territorio nazionale negli ultimi 50 anni. Ciò è stato possibile grazie al lavoro di raccolta ed elaborazione dei dati delle schede di rilievo compilate a seguito dei 9 eventi sismici di rilevanza nazionale (Friuli 1976, Irpinia 1980, Abruzzo 1984, Umbria-Marche 1997, Pollino 1998, Molise 2002, Emilia 2003, L'Aquila 2009, Emilia 2012). A tal proposito, il Dipartimento di Protezione Civile (DPC), con il supporto di Eucentre, a valle di un lavoro di catalogazione, elaborazione ed omogeneizzazione dei dati raccolti durante gli anni ha rilasciato la piattaforma Da.D.O. (Database sul Danno Osservato) (Dolce et al., 2017) che raccoglie i dati sulle caratteristiche geometriche, tipologiche oltre che sul danno per un ammontare complessivo di oltre 300,000 edifici residenziali.

A partire da questi dati, in questo lavoro è stato condotto un ulteriore processo di revisione e selezione per gli edifici in Cemento Armato (c.a.) per ottenere un subset di edifici completo ed affidabile per la derivazione delle curve di fragilità. Tra i criteri di selezione, la completezza del dato d’origine ha rappresentato uno degli aspetti principali. Infatti, spesso le operazioni di ispezioni agli edifici avevano luogo solo su esplicita richiesta dei proprietari, minando la rappresentatività dei dati raccolti. Dal momento che la scelta degli edifici da ispezionare non era motivata da un campionamento casuale semplice, ma al contrario era governata da dinamiche interconnesse al livello di danneggiamento degli edifici stessi, i dati così raccolti, senza ulteriori elaborazioni, potrebbero introdurre errori sistematici nelle elaborazioni successive (Rossetto et al., 2018). Il campione rilevato in tal modo potrebbe, infatti, risultare parziale ed incompleto, campionando maggiormente gli edifici danneggiati rispetto ai non-danneggiati con conseguente potenziale sovrastima della vulnerabilità.

Questo subset di edifici scelto per rappresentare il costruito italiano in ca, sarà utilizzato per effettuare un’analisi di fragilità, in cui il parametro scelto per la definizione dell’intensità sismica è la l’accelerazione di picco al suolo (PGA, peak ground acceleration). Le curve di fragilità, basate su una metrica del danno costituita da 5+1 livelli di danno conformemente alla classificazione del danno della scala macrosismica europea (EMS98) (Grünthal 1998), considera sia il danneggiamento alle strutture verticali che alle tamponature/tramezzi.

In definitiva, saranno prese in considerazione 15 differenti tipologie strutturali per la derivazione delle curve di fragilità, definite sulla base del numero di piani (da 1 a 5), della tipologia di progettazione (sismica o gravitazionale), e dell’epoca di costruzione (precedente o successiva al 1981). Di queste, 2 sole classi, C2 e D, con vulnerabilità decrescente, saranno prescelte per la definizione delle curve di fragilità per sviluppare una procedura generalizzabile e basata su soli dati censuari. Queste curve saranno ottenute come media pesata delle curve di fragilità delle 15 tipologie strutturale, i cui pesi sono rappresentati dall’occorrenza di ciascuna classe sul territorio nazionale valutata con dati censuari.

 

Le caratteristiche principali della piattaforma DA.D.O.

Questo studio è basato sull’elaborazione dei dati sul danneggiamento degli edifici inclusi nella piattaforma Da.D.O.. Questi dati sono stati raccolti durante le campagne di rilievo degli edifici ordinari pianificate e predisposte dal DPC a seguito delle emergenze sismiche relativamente ai 9 eventi sismici di rilevanza nazionale (Friuli 976, Irpinia 1980, Abruzzo 1984, Umbria-Marche 1997, Pollino 1998, Molise 2002, Emilia 2003, L'Aquila 2009, Emilia 2012).

Le informazioni raccolte per ciascun edificio riguardano la posizione, le caratteristiche geometriche (numero di piani, altezza di interpiano, superficie), le caratteristiche tipologiche (epoca di costruzione, struttura verticale portante, tipo di orizzontamento) ed il livello di danneggiamento per differenti componenti strutturali.

Ovviamente, negli anni sono state utilizzate diverse versioni delle schede di rilievo, che hanno prodotto differenze nella quantità e nella qualità dei dati raccolti durante le ispezioni degli edifici, ad esempio per la definizione del danneggiamento a causa dell’utilizzo di differenti versioni delle scale di danno. Queste divergenze hanno quindi richiesto un laborioso processo di omogeneizzazione dei dati raccolti durante i vari eventi considerati. In definitiva, la piattaforma Da.D.O. include 319,470 schede relative ad altrettanti edifici ordinari, di cui il 78% costituito da una struttura portante in muratura, l’8% in c.a. e la restante parte in altre tipologie (ad esempio strutture miste o in acciaio).

La derivazione delle curve di fragilità empiriche

In questa sezione viene presentata la procedura per la definizione delle curve di fragilità del costruito italiano in ca. I passi salienti per la definizione delle stesse prevedono innanzitutto la selezione delle banche dati da usare, l’approccio adottato per la caratterizzazione dell’input sismico e la definizione dei livelli di danno considerati. Nei successivi paragrafi, saranno ampiamente discussi il modello statistico e la procedura di regressione adottati per la derivazione delle curve di fragilità per classi tipologiche e classi di vulnerabilità. 

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Articolo tratto dagli atti del XVIII Convegno ANIDIS - Ascoli Piceno 2019