Vulnerabilità Sismica: Classificazione tipologica Strutturale degli Edifici esistenti in muratura ed in C.A.

Estratto

La valutazione del rischio sismico su scala territoriale rappresenta oggi un tema di particolare importanza, soprattutto ai fini della protezione civile, per la valutazione dei possibili scenari di danno che possono manifestarsi a seguito di eventi calamitosi.

Pertanto, con particolare riferimento ai terremoti, la consapevolezza del rischio sismico di un’area, più o meno vasta, costituisce senza dubbio un punto di partenza imprescindibile per la stima preventiva dagli effetti prodotti da eventi sismici significativi, e quindi per il supporto alla gestione ottimale della fase emergenziale post-sisma.

Considerando che il rischio sismico di un’area è definito, come è noto, dai tre fattori - vulnerabilità, pericolosità ed esposizione- che concorrono in maniera differente a determinare gli effetti dell’evento calamitoso, è chiaro che la stima del rischio a livello territoriale non può prescindere dalla valutazione della vulnerabilità sismica delle costruzioni esistenti. Essa però non può essere condotta analizzando ogni singolo edificio come caso a se stante, in quanto sarebbe impossibile e addirittura inutile ai fini di valutazioni su ampia scala.

Pertanto, nella presente memoria viene proposta una classificazione tipologica e strutturale degli edifici esistenti in muratura ed in c.a., finalizzata alla definizione approssimata del parametro “vulnerabilità di insieme” riferito ad ampie porzioni del territorio.

Tale classificazione si basa sulla analisi del comportamento strutturale riscontrato sul campo in occasione eventi sismici (o comunque prevedibili mediante considerazioni teoriche) ed anche sull’ampia sperimentazione numerica svolta dagli autori su alcune delle tipologie individuate. L’analisi dei danni e dei crolli esibiti dagli edifici in c.a. e in muratura a seguito di eventi sismici ha evidenziato quasi sempre una correlazione alquanto stretta tra epoca costruttiva, caratteristiche strutturali e livello dei danni subiti. Ciò ha consentito, quindi, la definizione di una classificazione tipologica-strutturale, il cui discriminante è rappresentato da alcuni elementi specifici della concezione e dell’organizzazione strutturale dell’edificio, che sono strettamente legati all’epoca di costruzione e alle corrispondenti tecniche costruttive.

Nello specifico, viene proposta una classificazione degli edifici in base al loro comportamento sismico, che presenta 5 classi per le costruzioni in muratura e 4 classi per quelli in c.a. Per ciascuna di esse viene indicato un range di capacità sismica, espressa in termini di massima accelerazione sopportabile al suolo, utile a definire il livello di vulnerabilità della corrispondente tipologia costruttiva nonché a fornire indicazioni preliminari e di indirizzo qualora si voglia procedere alla valutazione di capacità con riferimento al singolo edificio.

1. PREMESSA
Gli eventi sismici degli ultimi decenni (a partire in particolare dal terremoto del Friuli del 1976 fino al terremoto Emiliano del 2012) hanno evidenziato l’importanza fondamentale degli interventi di protezione civile nella fase emergenziale post-sismica. La loro efficacia è risultata strettamente legata alla conoscenza delle zone di intervento dal punto di vista geografico, topografico e logistico ed alle informazioni che via via arrivano dal territorio per definire il quadro reale della situazione effettiva conseguente all’evento sismico. Però ai fini della pianificazione, a livello nazionale e locale, delle risorse da stanziare per la riduzione del rischio sismico e per la definizione dei piani di emergenza risulta sicuramente utile la conoscenza della vulnerabilità edilizia del territorio interessato e sarebbe opportuno, quindi, valutarla almeno a scala territoriale. Tali informazioni risulteranno poi utili anche al momento dell’evento sismico per migliorare l’organizzazione della fase di intervento immediato.
La previsione degli effetti, intesi in senso lato come rischio sismico, è legata ai tre fattori fondamentali, l’esposizione, la vulnerabilità e la pericolosità, che possono essere definiti a diversi livelli di scala, da quella più ridotta (cioè della singola costruzione) fino a quella più ampia a scala territoriale (regionale o addirittura nazionale).
Il fattore vulnerabilità è strettamente connesso alla capacità della singola costruzione (o di un insieme più o meno ampio di costruzioni) di sopportare eventi sismici di una certa intensità; cioè, in termini numerici, corrisponde alla accelerazione alla base (o ad un altro parametro che caratterizza il sisma) che quella costruzione può sopportare in relazione al raggiungimento di un determinato stato limite, in genere quello di salvaguardia della vita (SLV) oppure quello di collasso (SLC).
La valutazione della vulnerabilità sismica della singola costruzione è già di per sé una operazione di notevole complessità, soprattutto perché l’oggetto da analizzare è una struttura esistente la cui epoca di costruzione può essere anche molto antica. Ciò è facilmente riscontrabile anche dall’analisi della attuale normativa e dalla gran mole di letteratura disponibile sull’argomento, che è ancora ampiamente in discussione.
Nondimeno le necessità di definire il rischio sismico richiede necessariamente, almeno in teoria, un passaggio attraverso la valutazione della vulnerabilità della singola costruzione. Però, in tal modo, risulterebbe praticamente impossibile una definizione rapida ed utile ai fini della protezione civile dei livelli di rischio su scala territoriale.
A dire il vero in letteratura sono già presenti numerose e diverse modalità per la valutazione della vulnerabilità sismica anche su ampia scala, che possono sostanzialmente raggrupparsi in due principali categorie (Zuccaro e Cacace, 2015). I metodi della prima categoria, con un approccio statistico-osservazionale di tipo semi-empirico (Braga et al., 1982 e 1985; Di Pasquale et al., 1998; Dolce et al., 2002; Zuccaro e Cacace, 2006;), si basano essenzialmente sui risultati del rilevamento del danno effettuato nei post-terremoto su un gran numero di edifici, attraverso i quali sono stati definiti fattori specifici di vulnerabilità, differenziati per le costruzioni in muratura e quelle in c.a. Da tali fattori di vulnerabilità, in funzione della loro influenza sulla risposta sismica degli edifici osservati, così come definita in letteratura da diversi autori (Benedetti e Petrini, 1984; Bernardini, 2004), si passa a indici globali di vulnerabilità correlati all’intensità sismica mediante ulteriori formulazioni semi-empiriche. Pertanto la valutazione, pur presentandosi sufficientemente semplice, risulta però fortemente influenzata, oltre che dalla sensibilità ingegneristica del rilevatore (che deve individuare e valutare correttamente i fattori di vulnerabilità per ciascun edificio), anche e soprattutto dalla efficacia delle correlazioni tra tali fattori e gli indici globali di vulnerabilità, a loro volta dipendenti dal numero degli edifici osservati e utilizzati per la definizione delle stesse correlazioni (Bernardini et al., 2006). Inoltre, il concentrarsi prevalentemente su numerosi fattori di vulnerabilità, utilizzati in genere come parametri indipendenti, fa spesso perdere di vista il quadro globale comportamentale dell’edificio, conducendo a volte a giudizi non adeguati. In ogni caso la valutazione non sempre risulta speditiva perché richiede comunque un’analisi sul campo sufficientemente dettagliata della singola costruzione (Ferlito e Zucconi, 2015).
I metodi della seconda categoria si basano su un approccio di tipo meccanico, cioè sulla valutazione diretta della capacità sismica del singolo edificio o di gruppi di edifici (Cosenza et al., 2005; Dolce et al., 2006). Ovviamente, pur essendo necessariamente più affidabili, richiedono però la conoscenza approfondita della costruzione e un tempo relativamente lungo per svolgere la corrispondente valutazione. Pertanto, a parte le difficoltà intrinseche connesse allo svolgimento di una corretta analisi sismica di edifici esistenti (come detto, non ancora del tutto risolte), essi non sono facilmente applicabili nemmeno a valutazioni su scala urbana infatti, sia dal punto di vista tecnico che di quello temporale ed economico.
In realtà, se è vero che ogni costruzione costituisce un caso a se stante, è altrettanto vero che l’analisi dei danni e dei crolli avvenuti durante i terremoti di cui si hanno informazioni abbastanza veritiere e precise (ad esempio dal Friuli in poi) ha mostrato una sufficiente uniformità di comportamento (positivo o negativo) delle costruzioni che presentano alcune caratteristiche strutturali comuni, ovviamente significative in relazione alla loro risposta sismica, non sempre corrispondente a quello che risulterebbe sulla base dell’individuazione dei fattori specifici di vulnerabilità e dei corrispondenti indici globali che ne derivano. Pertanto, gli autori ritengono che le costruzioni stesse, sia in muratura che in c.a., possano essere utilmente ed efficacemente raggruppate in un numero sufficientemente ridotto di tipologie strutturali, la cui individuazione di tali tipologie appare quindi indispensabile per procedere a valutazioni approssimate, ma allo stesso tempo abbastanza affidabili, di vulnerabilità di insieme delle costruzioni, riferita cioè ad ampie porzioni del territorio.
In questa memoria si propone, allora, una classificazione tipologica strutturale, separatamente per gli edifici in muratura e per quelli in c.a., basata sul comportamento sismico riscontrato sul campo o comunque prevedibile mediante considerazioni teoriche, anche sulla base dell’ampia sperimentazione numerica svolta dagli autori stessi, come da altri, su alcune delle tipologie individuate. Tale classificazione, può essere quindi utilmente adottata per valutazioni di vulnerabilità su ampia scala, mentre per il singolo edificio può fornire solo indicazioni preliminari e di indirizzo, comunque utili come base per valutarne la capacità sismica.

2. GLI EDIFICI IN MURATURA
Le costruzioni in muratura sono quelle che, in genere, subiscono i danni più gravi durante i terremoti ed alle quali sono ascrivibili il maggior numero di crolli globali o parziali, costituendo nell’immaginario collettivo la tipologia di edifici più pericolosa in caso di sisma.
In realtà, il termine generico di “edificio in muratura” rappresenta un insieme molto vasto di costruzioni di epoche diverse, che possono presentare caratteristiche costruttive anche molto diverse e, conseguentemente, comportamenti sismici molto differenti.
E’ possibile, però, individuare in alcuni elementi specifici della concezione e dell’organizzazione strutturale dell’edificio in muratura il discriminante del comportamento sismico più o meno efficiente della costruzione, ovvero della sua vulnerabilità.
Esiste infatti una correlazione abbastanza stretta tra l’epoca della costruzione ed il comportamento strutturale, e ciò quasi indipendentemente dalle altre caratteristiche costruttive e dallo stato di conservazione, che contano, più che altro, come condizioni migliorative o peggiorative della situazione comportamentale di base (Calderoni et al., 2011).
In particolare l’elemento fondamentale in relazione alla risposta sismica è costituito dal livello di connessione tra le diverse pareti murarie e tra le pareti stesse e gli impalcati. Pertanto, anche con riferimento alla classificazione di Pagano (1968 e 1990) che li differenzia in due classi (la I e la II), è possibile definire una prima tipologia di edifici in muratura, qui denominata “MUR-1 EDIFICI ANTICHI”, che è caratterizzata da collegamenti tra le varie parti non sufficientemente affidabili (o comunque facilmente danneggiabili) tali da portare, in caso di sisma, alla separazione tra loro delle pareti murarie e/o dei singoli maschi murari, che risultano quindi fortemente esposti al pericolo del ribaltamento al di fuori del piano (Fig. 1). Ed infatti, in caso di terremoti di significativa intensità, tali edifici sono quelli che più facilmente manifestano forti danneggiamenti o, molto spesso, crolli locali e o globali. Analisi numeriche di dettaglio svolte da molti autori (ad es. Degli Abbati et. al., 2015; Calderoni et al., 2016) hanno mostrato che edifici di questo tipo hanno capacità sismica molto bassa dell’ordine di qualche unità % di g, rappresentando la tipologia di edifici in muratura di maggiore pericolosità. Le altre caratteristiche, quali ad esempio il tipo e la qualità della muratura o la tipologia di impalcati (piani o a volte), non modificano sostanzialmente il comportamento di base, ma possono unicamente ridurre o incrementare (in un range non molto ampio) l’accelerazione sopportabile.
Le caratteristiche di dettaglio di tale tipologia di base, anche con riferimento ai vari componenti (pareti ed impalcati), nonché la collocazione temporale degli edifici corrispondenti, sono riassunte nella Scheda 1.

SEGUE IN ALLEGATO

Nota:  in corso di pubblicazione su "Progettazione Sismica n.1-2016"