Metodologia per la valutazione del rischio sismico integrata coi processi di recupero delle strutture mediante stima delle incertezze

La valutazione del rischio sismico sta evolvendo verso approcci sempre più orientati alla resilienza dei sistemi costruiti, superando la tradizionale attenzione al solo danno nell'immediato del disastro. In questo contesto, la capacità di recuperare funzionalità dopo un evento sismico assume un ruolo centrale nelle decisioni progettuali e di gestione del rischio. La relazione presentata da Chiara Nardin ad ANIDIS 2025 propone un’estensione del framework probabilistico prestazionale che integra in modo esplicito l'insieme dei tempi dei processi di recupero e ripristino strutturale. Attraverso un approccio state-dependent basato sulla quantificazione dell’incertezza e sui processi markoviani, il lavoro offre una chiave di lettura innovativa per analizzare l’evoluzione del rischio sismico oltre l’evento stesso.

Dal danno strutturale alla resilienza: integrare il recupero nel rischio sismico

Nel contesto dell’ingegneria sismica moderna, la valutazione del rischio non può più limitarsi alla sola stima del danno strutturale immediato. Sempre più attenzione viene posta alla capacità dei sistemi costruiti di recuperare funzionalità nel tempo, soprattutto in seguito al verificarsi di un evento sismico. In questa direzione si inserisce il recente lavoro di ricerca presentato da Chiara Nardin in occasione di ANIDIS 2025, che propone un’estensione del tradizionale framework probabilistico dell’ingegneria sismica, integrando in modo coerente la dimensione temporale del recupero e ripristino strutturale attraverso un approccio che tenga conto dello stato di danno cumulato nell'arco della vita della struttura, mediante stima delle incertezze lungo tutto il processo.

Il punto di partenza è il ben noto framework probabilistico prestazionale noto come PBEE, ormai consolidato sia in letteratura sia nella pratica professionale. Questo approccio consente di valutare le prestazioni di un sistema strutturale a livello globale rispetto a diverse variabili decisionali, quali le perdite economiche, il numero di vittime, i tempi di inattività o di ripristino. La rappresentazione concettuale più diffusa si basa su una matrice definita da due assi fondamentali: da un lato l’intensità dell’azione sismica, associata alla sua probabilità di occorrenza, dall’altro i livelli prestazionali o stati di danno della struttura. La combinazione di questi due domini consente di individuare regioni di accettabilità e non accettabilità del comportamento strutturale, supportando le decisioni di progettisti e stakeholder nel rispetto degli obiettivi prestazionali.

All’interno di questo schema, il rischio sismico può essere quantificato in termini di danno atteso, perdite economiche, tempi di fermo o conseguenze in termini di vittime. Tuttavia, tale impostazione rimane essenzialmente “istantanea”: descrive ciò che accade al sistema al momento dell’evento sismico, ma non fornisce una rappresentazione esplicita di come il sistema evolva nel tempo dopo il terremoto, né di come e con quali tempi recuperi la propria funzionalità.

Dal Performance-Based Earthquake Engineering al recupero post-sismico

La domanda di ricerca che ha guidato il lavoro presentato ad ANIDIS è dunque chiara: è possibile estendere in modo naturale questo framework per includere nei processi di valutazione strutturale anche i tempi e i processi di recupero e interventi post-sismici necessari per considerare funzionale una struttura? In altre parole, è possibile introdurre all’interno della matrice prestazionale una relazione analitica che colleghi quanto tempo è necessario per un recupero e ripristino sicuro della funzionalità del sistema?

Il concetto di recupero non è nuovo nell’ingegneria sismica. Già a partire dagli anni Novanta, standard e documenti di riferimento statunitensi avevano iniziato a considerare il tema, che negli ultimi anni ha conosciuto un rinnovato interesse grazie allo sviluppo di modelli analitici e simulativi in grado di stimare i tempi di ripristino in modo più sistematico. In parallelo, la crescente disponibilità di dati empirici e di banche dati dedicate, come le più recenti raccolte di informazioni su tempi di recupero basate su osservazioni reali ed avvalorata dalla conoscenze acquisite dagli esperti di settore, ha permesso di quantificare tali tempi in termini statistici, attraverso valori medi, mediani e tassi di recupero.

La sfida principale diventa quindi come utilizzare queste informazioni e integrarle in modo coerente nel framework tradizionale. Per comprendere la portata della proposta, è necessario riflettere sulle ipotesi di base che rendono il framework PBEE così diffuso ed efficace. In esso, sia l’azione sismica sia la risposta strutturale vengono modellate come processi Poissoniani, assumendo indipendenza temporale degli eventi e stazionarietà del tasso di pericolosità. Due ulteriori ipotesi risultano particolarmente forti: la proprietà di assenza di memoria, per cui lo stato attuale del sistema è considerato indipendente dal percorso che ha condotto a tale stato, e l’ipotesi di rinnovabilità del sistema, secondo cui, una volta raggiunti stati di collasso o di grave perdita di funzionalità, la struttura viene sostanzialmente “azzerata” attraverso interventi di ricostruzione o sostituzione.

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Ad Assisi si è svolto il XX Convegno ANIDIS, principale appuntamento per la comunità dell’ingegneria sismica. Al centro del dibattito: vulnerabilità del costruito, tecniche di rinforzo, monitoraggio strutturale, nuovi materiali, strategie multi-hazard e politiche di riduzione del rischio. INGENIO segue l’evento con video e interviste ai protagonisti.
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Processi markoviani e fragilità state-dependent per descrivere danno e recupero

Queste ipotesi, sebbene efficaci in molti contesti, risultano limitative quando si considerano sistemi complessi, infrastrutture strategiche o beni di interesse storico-artistico, per i quali il danno accumulato modifica in modo permanente le caratteristiche fisiche e prestazionali del sistema. Da questa consapevolezza nasce l’idea di rilassare alcune delle ipotesi del framework classico e di adottare una descrizione più generale basata su processi markoviani.

I processi di Markov rappresentano una naturale estensione dei processi di Poisson e sono ampiamente utilizzati in altri ambiti dell’ingegneria dell’affidabilità. Essi consentono di descrivere l’evoluzione nel tempo della probabilità che un sistema si trovi in uno specifico stato di danno, introducendo esplicitamente la dipendenza dallo stato corrente. In questo contesto, il comportamento del sistema viene rappresentato attraverso un vettore di probabilità che evolve nel tempo secondo un’equazione differenziale del primo ordine, per la quale esiste una soluzione in forma chiusa una volta assegnate le condizioni iniziali.

L’elemento chiave del modello è la matrice di transizione, che ha un significato fisico ben definito: essa raccoglie i tassi di passaggio tra i diversi stati di danno. Le componenti che descrivono il passaggio verso stati di danno più severi rappresentano l’effetto dell’azione sismica, mentre quelle che descrivono il passaggio verso stati meno danneggiati modellano il processo di recupero del sistema. In questo modo, il framework riesce a includere simultaneamente degrado e recupero, mantenendo un forte legame con gli strumenti tradizionali dell’ingegneria sismica.

L’approccio è stato applicato a un caso studio di riferimento relativo a una struttura industriale testata in scala reale presso il centro di ricerca di Pavia. Attraverso la definizione di fragilità state-dependent, che tengano quindi conto dell'evoluzione e accumulo del danno nel tempo, e l’assegnazione di livelli di pericolosità sismica stazionari, è stato possibile analizzare l’evoluzione temporale delle probabilità di trovarsi nei diversi stati di danno, mostrando come il rischio di collasso diventi dominante oltre un certo orizzonte temporale, nonostante la presenza di meccanismi di recupero.

Il lavoro presentato propone dunque una versione “recovery-aware” del framework probabilistico prestazionale, capace di integrare in modo unificato danno, recupero e incertezza. Restano aperte numerose sfide di ricerca, in particolare legate alla caratterizzazione realistica dei tassi di recupero e alla loro influenza sull’evoluzione temporale del rischio. Tuttavia, l’approccio delineato rappresenta un passo significativo verso una valutazione del rischio sismico più completa, orientata non solo alla sicurezza immediata, ma anche alla resilienza e alla capacità di ripresa dei sistemi costruiti.

Ricerca finanziata dall'Unione Europea con GA n°101147351 “Riduzione del rischio sismico e adattamento per sistemi industriali complessi dipendenti dal tempo REACTIS”.

DI SEGUITO LA VIDEOREGISTRAZIONE INTEGRALE DELLA RELAZIONE DI CHIARA NARDIN (IN LINGUA INGLESE).

IN SINTESI
-Il framework probabilistico prestazionale tradizionale (PBEE) fornisce una valutazione efficace del danno sismico, ma non descrive cosa succede e come evolve la struttura nel post-sisma.
-L’integrazione del recupero post-sismico consente di passare da una visione istantanea del rischio a una valutazione orientata alla resilienza.
-L’uso di processi markoviani permette di modellare in modo coerente il passaggio tra stati di danno strutturale e interventi di ripristino e recupero funzionalita' strutturale, mantenendo il legame con la pericolosità sismica.
-Le fragilità state-dependent rappresentano uno strumento chiave per descrivere il comportamento di strutture già danneggiate.
-L’approccio proposto apre nuove prospettive per la pianificazione della gestione del rischio e delle strategie di intervento nel lungo periodo.