Modelli di vulnerabilità strutturale per pericoli naturali ed effetti industriali a cascata

Negli ultimi vent’anni la ricerca italiana sull’ingegneria sismica ha sviluppato strumenti avanzati per la valutazione della vulnerabilità delle costruzioni. Oggi questa esperienza viene estesa a una prospettiva più ampia, che considera simultaneamente diversi pericoli naturali e tecnologici. Il nuovo work package del programma ReLUIS coordinato da Iunio Iervolino sviluppa modelli di vulnerabilità comparabili tra fenomeni diversi, dalla liquefazione alle alluvioni, dal vento agli incendi. Si tratta di un passaggio importante verso una visione integrata del rischio, con implicazioni sia scientifiche sia operative.

Dal sisma ai rischi multi-pericolo: la nuova frontiera della vulnerabilità strutturale nel progetto ReLUIS

Il progetto ReLUIS ha rappresentato negli ultimi due decenni uno dei principali punti di riferimento della ricerca italiana sull’ingegneria sismica. Il suo contributo più significativo non è stato soltanto la produzione di risultati scientifici o strumenti operativi per la valutazione del rischio, ma anche la costruzione di una comunità nazionale coesa di ricercatori e tecnici che condividono principi metodologici e linguaggi comuni. Proprio a partire da questa esperienza consolidata nasce oggi una nuova sfida: estendere quell’approccio metodologico, sviluppato principalmente per il rischio sismico, a una più ampia gamma di pericoli naturali e tecnologici.

È questo l’obiettivo del work package 3, coordinato da Iunio Iervolino, che introduce una prospettiva più ampia di quella sismica alla valutazione della vulnerabilità delle costruzioni. L’iniziativa rappresenta un ampliamento culturale e scientifico significativo: non si tratta semplicemente di studiare nuovi fenomeni, ma di trasferire e adattare a contesti differenti un impianto metodologico maturato in anni di ricerca sull’ingegneria sismica. Il cuore del progetto è lo sviluppo di modelli di vulnerabilità e curve di fragilità per edifici, ponti e componenti industriali esposti a pericoli diversi dal terremoto, mantenendo per quanto possibile un quadro concettuale comune.

L’obiettivo finale è duplice. Da un lato produrre nuovi strumenti scientifici utili alla valutazione del rischio, dall’altro creare un approccio metodologico condiviso tra discipline diverse, capace di integrare contributi provenienti da settori come l’idraulica, la geotecnica, l’ingegneria del vento o l’ingegneria antincendio. In questo senso il progetto non rappresenta soltanto un avanzamento tecnico, ma anche un investimento culturale nella costruzione di una comunità interdisciplinare più ampia.

Verso una valutazione strutturale multi-pericolo

Il programma di ricerca affronta un ampio spettro di scenari di rischio che finora sono stati studiati in modo relativamente separato. Oltre ai terremoti – che rimangono il riferimento metodologico principale – vengono analizzati diversi altri pericoli naturali e tecnologici. Tra questi figurano i fenomeni geotecnici, come frane, colate detritiche, cedimenti del terreno e liquefazione; i pericoli idraulici, che comprendono tsunami, alluvioni fluviali e pluviali e lo scalzamento delle fondazioni dei ponti; il vento; gli incendi strutturali e gli incendi di interfaccia tra aree urbane e boschive; infine gli incidenti industriali indotti da eventi naturali, i cosiddetti NATECH (Natural Hazard Triggering Technological Disasters).

L’idea centrale è quella di sviluppare curve di fragilità – strumenti già largamente utilizzati nella valutazione della vulnerabilità sismica – anche per questi altri pericoli. Le curve di fragilità consentono di esprimere la probabilità che una struttura raggiunga determinati livelli di danneggiamento in funzione dell’intensità dell’evento. Applicare questo schema a fenomeni molto diversi tra loro rappresenta una sfida metodologica notevole, ma offre anche la possibilità di confrontare in modo coerente gli effetti di pericoli differenti su uno stesso sistema costruito.

Il lavoro è organizzato in una serie di task tematici dedicati ai diversi pericoli, affiancati da attività trasversali che garantiscono coerenza metodologica tra i vari ambiti. L’ambizione è quella di costruire un quadro di riferimento unitario, nel quale le diverse discipline possano dialogare senza perdere le specificità dei rispettivi modelli fisici.

Ricerca e Protezione Civile insieme per la riduzione del rischio sismico: il Convegno DPC-ReLUIS 2025
Il Convegno 2025 del Progetto DPC-ReLUIS ha presentato l’avanzamento delle attività dei 18 Work Package e il confronto con il Dipartimento della Protezione Civile. Due giornate dedicate a ricerca, prevenzione e applicazioni operative per il sistema di protezione civile.
LEGGI L'APPROFONDIMENTO

La standardizzazione come chiave metodologica

Uno degli elementi centrali del progetto è la standardizzazione degli approcci di modellazione e di rappresentazione della vulnerabilità. Questo aspetto è cruciale perché, senza un linguaggio comune, il confronto tra pericoli diversi e tra tipologie strutturali differenti diventerebbe praticamente impossibile.

La prima dimensione di questa standardizzazione riguarda la tassonomia degli archetipi strutturali. Per poter sviluppare modelli di vulnerabilità comparabili è necessario definire con chiarezza quali caratteristiche strutturali sono rilevanti per ciascun pericolo. Il progetto ha quindi sviluppato una classificazione degli archetipi che copre edifici e ponti, individuando le proprietà che influenzano la risposta ai diversi fenomeni. Questa tassonomia ha una duplice funzione: guidare lo sviluppo dei modelli di vulnerabilità e permettere, in fase applicativa, la selezione del modello più appropriato per una determinata costruzione.

Un secondo elemento fondamentale riguarda la definizione delle misure di intensità con cui descrivere i diversi pericoli. Per rendere possibile il calcolo del rischio, queste misure devono essere il più possibile compatibili con i modelli di pericolosità disponibili. Per questo motivo il progetto privilegia indicatori scalari, evitando per quanto possibile descrittori vettoriali più complessi. In alcuni casi si è cercato di unificare fenomeni diversi utilizzando la stessa grandezza fisica. Un esempio significativo è rappresentato dall’uso del momentum flux – il prodotto tra altezza e velocità del flusso al quadrato – come misura di intensità comune per fenomeni come colate detritiche, tsunami o scalzamento idraulico delle fondazioni.

Un ulteriore passo verso la standardizzazione riguarda la definizione degli stati di prestazione strutturale. Anche in questo caso si è cercato di mantenere una coerenza con l’approccio già adottato nella valutazione della vulnerabilità sismica. In generale vengono considerati due livelli principali: un livello di danneggiamento che compromette la funzionalità dell’opera e un livello di collasso o danneggiamento irreparabile che richiede la demolizione o la sostituzione della struttura. Adottare stati prestazionali comuni è essenziale per confrontare la vulnerabilità di una stessa costruzione rispetto a pericoli differenti.

Modellazione interdisciplinare e nuove sfide scientifiche

L’estensione dell’approccio della fragilità a nuovi pericoli ha richiesto un intenso lavoro di integrazione tra discipline. In molti casi è stato necessario sviluppare modelli completamente nuovi, oppure adattare modelli esistenti a contesti di analisi strutturale.

Nel caso dei fenomeni idraulici, ad esempio, la modellazione coinvolge diversi livelli di analisi: dalla propagazione su larga scala delle onde di tsunami o delle piene fluviali, fino alla simulazione dell’interazione fluido-struttura in prossimità degli edifici. Integrare questi livelli richiede la selezione e la combinazione di strumenti numerici provenienti da tradizioni scientifiche differenti.

Anche i fenomeni geotecnici pongono sfide significative. La liquefazione del terreno, ad esempio, non produce necessariamente un collasso immediato delle fondazioni, ma può causare una riduzione progressiva della capacità portante del suolo con conseguenti deformazioni differenziali della struttura. Modellare questi effetti in modo coerente con l’approccio delle curve di fragilità richiede modelli strutturali e geotecnici integrati.

Nel campo degli incendi, oltre ai tradizionali scenari di fuoco all’interno degli edifici, il progetto affronta anche il tema degli incendi di interfaccia urbano-boschiva, un fenomeno sempre più rilevante anche in Europa. Qui la sfida consiste nel definire parametri di intensità e modelli di esposizione che consentano di rappresentare in modo probabilistico l’interazione tra incendio e costruzioni.

Un ulteriore ambito di ricerca riguarda gli incidenti industriali indotti da eventi naturali, dove la vulnerabilità non è legata tanto alla perdita di capacità strutturale quanto alla possibilità di perdita di contenimento di sostanze pericolose. In questi casi gli indicatori di prestazione devono essere ridefiniti, considerando parametri come la quantità e la durata della perdita di contenuto, con implicazioni dirette sulla valutazione del rischio industriale.

Ricadute scientifiche e possibili sviluppi normativi

Il progetto produrrà, al termine delle attività, una nuova banca dati di modelli di vulnerabilità multi-pericolo, che si affiancherà al database già sviluppato da ReLUIS per la vulnerabilità sismica. Questo patrimonio di conoscenze potrà essere utilizzato sia per la valutazione del rischio su scala territoriale, sia per lo sviluppo di strumenti operativi a supporto della Protezione Civile.

Le potenziali ricadute non si limitano però agli strumenti di analisi del rischio. La disponibilità di modelli di vulnerabilità coerenti per diversi pericoli potrebbe infatti contribuire, nel medio periodo, anche all’evoluzione delle normative tecniche. Alcuni fenomeni – come il vento– sono già considerati nelle norme di progettazione, mentre altri, come gli tsunami o gli incendi di interfaccia, sono ancora poco trattati o del tutto assenti.

In questo senso il progetto rappresenta un primo passo verso una visione più integrata della sicurezza strutturale, nella quale la progettazione e la valutazione del rischio tengano conto simultaneamente di più pericoli naturali e tecnologici. L’esperienza maturata nel campo dell’ingegneria sismica italiana dimostra che la costruzione di una comunità scientifica coesa e metodologicamente allineata può produrre risultati di grande impatto. Estendere questo modello ad altri ambiti dell’ingegneria strutturale potrebbe rappresentare uno dei contributi più significativi del programma ReLUIS nei prossimi anni.

IN SINTESI
-Il progetto ReLUIS estende l’approccio della vulnerabilità sismica alla valutazione multi-pericolo, includendo fenomeni come frane, liquefazione, alluvioni, tsunami, vento, incendi e incidenti industriali indotti da eventi naturali.
-L’obiettivo principale è sviluppare modelli di vulnerabilità e curve di fragilità per edifici, ponti e componenti industriali, applicabili a diversi tipi di rischio.
-Un elemento chiave della ricerca è la standardizzazione dei metodi, attraverso tassonomie strutturali comuni, misure di intensità comparabili e livelli prestazionali uniformi.
-Il progetto richiede una forte integrazione interdisciplinare tra ingegneria strutturale, geotecnica, idraulica, ingegneria del vento, ingegneria antincendio e sicurezza industriale.
-I risultati attesi includono nuovi database di vulnerabilità multi-pericolo, strumenti per la valutazione del rischio e possibili ricadute future sulle normative tecniche e sulle strategie di protezione civile.