Effetto dell’indice di danno su curve di fragilità tipologiche per edifici in c.a.

I numerosi eventi sismici che negli anni si susseguono in tutto il mondo sottolineano sempre più l’importanza di ridurre il rischio sismico del patrimonio edilizio nazionale. In questo contesto, una stima affidabile della vulnerabilità sismica degli edifici è fondamentale per avere una visione globale sull’allocazione delle limitate risorse economiche disponibili per la riduzione del rischio sismico a scala territoriale. A tal fine, risulta di particolare importanza una stima probabilistica della vulnerabilità sismica attraverso la definizione di curve di fragilità calibrate a partire dai dati di danno rilevato in situ dopo gli eventi sismici o, in alternativa, attraverso scenari di danno simulati.

In particolare, in questo lavoro sono state definite delle curve di fragilità tipologiche a partire dai danni post sisma rilevati a seguito del terremoto dell’Emilia-Romagna del 2012. Il campione selezionato comprende circa 1,600 edifici in calcestruzzo armato, per il quale sono state definite due classi tipologiche in funzione del numero di piani.

Due diversi indici di danno globale sono stati considerati al fine di stimare il danno dell’intero edificio a partire da quello rilevato a livello di elemento, quali le strutture verticali e/o le tamponature e tramezzi. Tali indici sono stati selezionati tra le proposte disponibili in letteratura, con lo scopo di evidenziare come tale scelta possa influire sulla stima dei parametri delle curve di fragilità. Infine, sono state adottate due diverse distribuzioni probabilistiche al fine di individuare quella che meglio approssima i dati statistici del danno rilevato.

Terremoti: necessario sviluppare metodologie per la previsione delle perdite in eventi futuri

Il gran numero di perdite umane ed economiche subite in seguito agli eventi sismici del passato, specialmente quelli degli ultimi cinquanta anni di cui abbiamo statistiche più dettagliate ed affidabili, hanno mostrato sempre più la necessità di sviluppare metodologie per la previsione delle perdite in futuri terremoti. Il crescente interesse è dimostrato dai numerosi studi disponibili in letteratura sia riguardo la valutazione della vulnerabilità che del rischio a livello di singolo edificio (Cardone and Perrone, 2017; Colonna et al., 2017; Kohrangi et al., 2016; Ramirez et al., 2012; Romano et al., 2019a, 2018a) o a larga scala (Rota et al. 2011; Silva et al. 2013; Ferlito et al. 2013; Buratti et al. 2017; Romano et al. 2019a).

A tal riguardo, esistono diversi approcci per la valutazione della vulnerabilità tipologica a scala territoriale. Al giorno d'oggi, essa è espressa principalmente in termini probabilistici attraverso curve di fragilità per classi tipologiche di edifici, che esprimono la probabilità per un dato edificio di eccedere un certo stato di danno al crescere della intensità sismica. Tra i principali metodi possiamo distinguere quelli empirici, quelli analitico- meccanici e i metodi ibridi, che sfruttano i pregi dei primi due approcci, come ampiamente trattato da Calvi et al. (2006) e D’Ayala et al. (2015). Una sintetica trattazione riguardo i diversi aspetti che influenzano lo sviluppo di curve di fragilità tipologiche può essere trovata in Romano et al. (2017, 2018b), in cui vengono anche brevemente comparate alcune delle metodologie empiriche e meccanico-analitiche sviluppate in Italia negli ultimi quindici anni.

In particolare, il presente articolo si focalizza sull’utilizzo dei metodi empirici, ricavando curve di fragilità tipologiche per edifici in calcestruzzo armato (CA) a partire dai dati di danno osservati in seguito al terremoto dell’Emilia del 2012. In generale, nello sviluppo di modelli empirici il risultato è fortemente influenzato dalla qualità e dal tipo di dato disponibile, che a sua volta è legato alla scheda di danno utilizzata durante il rilievo post sisma.

Nel caso italiano si fa uso della scheda AeDES "Scheda di I livello di rilevamento del danno, pronto intervento e agibilità per edifici ordinari nell’emergenza post-sismica” (Baggio et al., 2014), che permette il rilievo del danno per i diversi elementi strutturali, pertanto è necessario ricondurre tale danno ad un unico indice di danno globale, che sia rappresentativo della condizione di danno dell’intera struttura. A tal riguardo in letteratura sono disponibili diverse proposte, (De Martino et al., 2017; Ferlito and Zucconi, 2015; Goretti and Di Pasquale, 2004), che tengono conto del danno delle sole strutture verticali portanti o anche di altri elementi strutturali, quali le tamponature e/o tramezzi, o anche gli orizzontamenti o le scale. In questo lavoro, gli indici di danno di edificio di Dolce et al. 2017 e di Del Gaudio et al. 2017 sono comparati, valutando l’effetto di tale scelta sulla definizione delle curve di fragilità tipologiche.

Terremoto dell'Emilia del 2012: selezione del Dataset

Il campione di edifici colpito dal terremoto dell’Emilia del 2012 è stato ottenuto dalla piattaforma Da.D.O (Database di Danno Osservato) (Dolce et al., 2017), un applicativo web GIS promosso dal Dipartimento di Protezione Civile nazionale nato con lo scopo di raccogliere e catalogare informazioni riguardanti le caratteristiche strutturali e lo stato di danno di edifici ordinari che sono stati oggetto di sopralluoghi in seguito agli eventi sismici italiani degli ultimi cinquanta anni. In particolare, per il terremoto dell’Emilia del 2012, il rilievo del danno è stato effettuato per mezzo della scheda AeDES, versione 06/2008 (Baggio et al., 2007), la quale permette di indicare il livello di danno per le diverse componenti strutturali verticali e orizzontali.

Il database complessivo relativo al terremoto dell’Emilia del 2012 include 22,554 edifici, la cui distribuzione in funzione della tipologia strutturale sismo-resistente verticale è mostrata in Figura 1. Dalla figura si evince una forte prevalenza degli edifici in muratura, che rappresentano circa l’80% degli edifici totali, seguiti dagli edifici in CA, con circa il10%, e dagli edifici con struttura mista CA- muratura al di sotto del 10%.

IMMAGINE 1: Frequenze relative delle tipologie costruttive, classificate in base alla struttura sismo-resistente verticale. Numero totale di edifici: 22,554.

I telai in cemento armato del campione sono complessivamente 1,993 edifici, tra questi vi è però una forte presenza di edifici industriali, essendo l’Emilia-Romagna una delle regioni più produttive d’Italia. Tali edifici presentano una vulnerabilità sismica ben diversa da quella degli edifici ordinari in CA (Buratti et al., 2017) essendo caratterizzati prevalentemente da una struttura prefabbricata isostatica. Per tale motivo, a partire dal campione di 1,993 telai in CA sono stati scartati 362 edifici industriali prefabbricati. La selezione è stata effettuata con riferimento agli edifici ad un piano con altezza di interpiano 𝐻 ≥ 5.0 m ed area di piano 𝐴𝑝𝑝𝑝𝑎𝑛𝑜 ≥ 130 m².

Il campione così ottenuto, pari a 1,631 edifici, è stato in seguito suddiviso in due classi tipologiche in funzione del numero di piani, con lo scopo di individuare classi di edifici con simile comportamento sismico. In particolare, si è distinto tra:

1. edifici bassi, con un numero di piani 𝑁 ≤ 3;
2. edifici medio-alti, con un numero di piani 𝑁 ≥ 4.

Tale criterio è comunemente utilizzato da diversi autori italiani e in altre parti del mondo (Del Gaudio et al., 2015; Rota et al., 2008). Infine, sono stati scartati un esiguo numero di edifici per i quali l’informazione sul numero di piani non era disponibile. Il campione finale di 1,616 edifici, utilizzato per la calibrazione delle curve di fragilità empiriche, comprende 965 edifici bassi e 651 medio-alti.

Un altro criterio frequentemente utilizzato per la classificazione tipologica degli edifici si basa sul periodo di costruzione. Tale criterio non è stato considerato per l’Emilia-Romagna poiché classificata come regione con sismicità rilevante soltanto dopo l’ordinanza OPCM 3274 del 2003, pertanto la progettazione relativa agli anni precedenti non è stata oggetto di importanti cambiamenti prescrittivi.

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