Evidenze sperimentali sul comportamento di tubazioni interrate durante un sisma

Fino all’avvento delle Norme Tecniche per le Costruzioni (2008), le tubazioni interrate in calcestruzzo non hanno richiesto il deposito allo Sportello Unico per l’Edilizia, e quindi la relazione di calcolo. La progettazione era generalmente effettuata tramite il Manuale Assobeton, [1], che ha basi sperimentali. Il manuale non prevede condizioni di carico sismiche. Le NTC 2008 richiedono la relazione di calcolo pressoché per tutte le strutture, e quindi anche per le tubazioni interrate, e prevedono condizioni di carico sismico in tutto il territorio nazionale.
Il problema del comportamento sismico di tali strutture è studiato da tempo, [12, 13, ...21]. In tempi recenti due scritti hanno analizzato la progettazione delle tubazioni interrate con riferimento all’Eurocodice 8 e alle Norme Tecniche per le Costruzioni, che per tale argomento si identificano con l’Eurocodice 8, [2, 3].

L'articolo offre evidenza sperimentale ai due precedenti scritti. Si basa su:
1) Le riprese a colori di una video-ispezione effettuata su una importante tubazione interrata facente parte del sistema fognario di Bazzano, frazione di L’Aquila. L’ispezione è stata eseguita per verificare gli effetti del sisma dell’aprile 2009 e per individuare eventuali interventi. Le tubazioni sono circolari di vario diametro, prevalentemente in calcestruzzo. Sono presenti anche tubazioni in pvc, ed in polietilene ad alta densità.
Mentre i tubi in pvc o in polietilene presentano nella quasi totalità importanti ovalizzazioni che in molti casi sono da ritenersi pregiudizievoli per il corretto funzionamento della fognatura, (Figure 1, 2 e 3), i tubi in calcestruzzo, per la maggior parte sono ancora integri o con lievi fessure che non pregiudicano il corretto funzionamento di smaltimento di acque reflue.
Secondo la procedura di calcolo illustrata nei due articoli [2] e [3], i danni avrebbero dovuto essere di lieve entità, e l’indagine conferma questa previsione per gran parte dello sviluppo della tubazione. Danni di un certo rilievo si sono manifestati in alcune sezioni, verosimilmente per un movimento della faglia di Bazzano.
2) La raccolta di evidenze sperimentali durante recenti terremoti, circa la curvatura e le elongazioni imposte da un sisma al terreno. Determinano gli impegni che subisce la guarnizione tra tubo e tubo. Anche questo secondo aspetto fruisce di dati sperimentali, mentre il capitolo dell'Eurocodice pertinente (Part 1.4 Tanks Silos and Pipelines,) non si è avvalso di dati sperimentali per l'argomento tubazioni interrate, e ha dedotto le prescrizioni da un modello di comportamento del terreno di carattere teorico.
Nella valutazione degli effetti sismici sulla tubazione interrata a Bazzano, si presume che le tubazioni siano rispettose della combinazione di carico che include le azioni permanenti e quelle accidentali dovute al traffico stradale, opportunamente fattorizzate. Le azioni permanenti gravitazionali sono fattorizzate secondo un fattore γG pari ad 1.3. Quelle dovute al traffico stradale sono fattorizzate secondo un fattore γG pari ad 1.5. Nelle condizioni di carico prodotte dalle azioni sismiche, i carichi gravitazionali sono fattorizzati secondo un fattore γG pari ad 1, e quelli del carico stradale secondo un fattore ψ2× γQ in genere pari a 0.2. In dipendenza da tali fattori, la condizione di carico sismica può produrre condizioni di carico più o meno severe, e risultare eventualmente significativa, ovvero condizionare il dimensionamento della tubazione.

Le condizioni di carico che includono azioni sismiche elencate nell’Eurocodice sono quattro, [2] e [3]:
1) in assenza di rotture nel terreno, si crea un campo di accelerazioni orizzontali e verticali, che si combina con il campo di accelerazioni dovute alla gravità. Agiscono sul terreno e sul carico dovute al traffico stradale sulla superficie libera. La combinazione induce effetti generalmente non significativi su tubazioni rispettose della combinazione di carico che include le azioni permanenti gravitazionali e quelle accidentali dovute al traffico stradale, opportunamente fattorizzate.
2) In presenza di una rottura nel terreno, lo “smottamento” di una zolla produce un aumento delle pressioni orizzontali e verticali, Figure 6 e 7. È la condizione di carico che determina il progetto della tubazione nel piano trasversale. Tipici risultati del calcolo sono nei grafici di Figura 8. Questa condizione di carico generalmente si presenta significativa per tubazioni in zona sismica 1° e 2°, e per tubazioni a profondità maggiore di 3 m.
3) Un moto del terreno differente da punto a punto induce deformazioni in un piano che include l’asse longitudinale. È la condizione di progetto per l’angolo di rotazione che deve essere tollerato dalle guarnizioni tra elemento ed elemento. In dipendenza dalla distanza tra i pozzetti, definisce anche la massima elongazione che può subire la guarnizione tra i giunti di elementi successivi.
4) La circostanza più gravosa è prodotta da uno scorrimento tra superfici di faglia che si propaga fino in superficie. Una faglia attiva, nota appunto come faglia di Bazzano, è presente nella località, Figura 5. Il suo movimento recente è stato monitorato, come pure quello più importante della faglia di Paganica, che ha conformazione “antitetica” rispetto alla faglia di Bazzano. Ci sono elementi per stabilire che il movimento della faglia di Bazzano, durante il sisma dell’aprile 2009, sia responsabile dei danni maggiori subiti da questo impianto.

La esplorazione della tubazione offre l’occasione di conferme sperimentali al modello di calcolo per le condizioni di carico 2 e 3, che peraltro sono le più significative per il calcolo. La conferma risulta positiva per gran parte dello sviluppo della tubazione. Per essere esauriente occorre che si raccolga una indicazione certa dell’effetto del movimento della faglia di Bazzano, giustificando così i maggiori danneggiamenti osservati.