Valutazioni speditive di vulnerabilità di edifici in c.a. a diverse scale territoriali

Approcci semplificati per valutazioni di vulnerabilità sismica su larga scala stanno acquisendo sempre maggiore interesse e richiedono la conoscenza delle principali caratteristiche strutturali del patrimonio costruito presente nel territorio.
Le schede CARTIS, elaborate a partire dal 2014 nell’ambito del progetto ReLUIS, sono utili risorse per definire un inventario delle tipologie strutturali ed edilizie esistenti in Italia. Esse si basano sulla raccolta di dati relativi ad edifici ordinari realizzati in aree omogenee (comparti) per età di costruzione e tipologia strutturale.
In questo lavoro si presenta una nuova metodologia che utilizza le informazioni provenienti dal database CARTIS per valutazioni speditive di vulnerabilità di edifici in calcestruzzo armato. In particolare, questa metodologia è caratterizzata da una procedura ad albero sviluppata ad hoc. In questo lavoro vengono inoltre presentate alcune applicazioni preliminari di tale metodologia ad un caso studio a diverse scale territoriali (a livello di comparto, di comune, di provincia) ed alcuni confronti.

Importanza della valutazione sismica su edifici in c.a.: quasi il 30% sono realizzati con questo materiale

A partire dagli anni ’80 ed in particolare dal terremoto dell’Irpinia, approcci semplificati alla valutazione di vulnerabilità sismica su larga scala hanno acquisito sempre maggiore interesse per la valutazione di rischio.
I metodi per la valutazione delle vulnerabilità degli edifici su larga scala si basano sulla definizione di stock edilizi rappresentati da tipologie costruttive dalle caratteristiche omogenee, definizione che per sua natura è affetta da incertezze.

La valutazione di vulnerabilità sismica su larga scala degli edifici può seguire differenti approcci: può essere svolta attraverso la considerazione dei valori più rappresentativi nell’area in esame (Pasqual et al. 2022), o può essere svolta considerando le variabilità presenti nei dati raccolti a scala territoriale, dovute alla compilazione per classi omogenee.

Per quanto riguarda le costruzioni in c.a., che si stima oggi rappresentino una larga parte del patrimonio edilizio italiano (circa il 29% valutato sulla base dei dati del censimento Istat 2011), esistono schede che consentono di raccogliere caratteristiche costruttive, potenziali fattori di vulnerabilità e/o livelli di danno (e.g. GNDT, AeDES, CARTIS). In un’ottica di valutazioni a livello territoriale, le schede di rileva- mento possono consentire di caratterizzare tipologie edilizie omogenee in c.a. o in muratura sulla base di caratteristiche costruttive comuni.

Il database CARTIS di 1° livello (che deriva dalla compilazione delle omonime schede “per la caratterizzazione tipologico-strutturale dei comparti urbani costituiti da edifici ordinari” sviluppate nell’ambito del Progetto ReLUIS 2014-2016; Zuccaro et al. 2014, 2015, 2023) raccoglie caratteristiche relative a edifici ordinari realizzati in aree omogenee (che vengono de- finite “comparti”) per età di costruzione e tipologia strutturale. Rappresenta pertanto un’utile risorsa per definire caratteristiche di stock edilizi esistenti in Italia, sia in muratura che in c.a.

Ai dati CARTIS raccolti per le costruzioni in c.a. sono stati applicati metodi di valutazione del rischio a scala territoriale in alcuni recenti contributi (e.g. Corlito & De Matteis 2019 per le sole costruzioni in c.a.; Polese et al. 2020 sia per le costruzioni in muratura e in c.a.).

In questo lavoro vengono presentate alcune preliminari applicazioni di una nuova metodologia sviluppata dagli autori volta a fornire una valutazione di vulnerabilità del costruito in c.a. a partire dai dati raccolti dalle schede CARTIS di 1° livello. La valutazione viene eseguita con l’aggregazione dei risultati ottenuti dall’applicazione multipla di un metodo speditivo di analisi di vulnerabilità ad un set di edifici in c.a.

Tali edifici vengono individuati a partire dai dati raccolti dalle schede, mediante una procedura ad albero appositamente sviluppata. In particolare, con riferimento ad un caso studio, si presenta un confronto tra gli esiti di vulnerabilità ottenuti applicando tale procedura e quelli che si otterrebbero applicando lo stesso metodo speditivo ad un unico edificio, ritenuto rappresentativo dell’area di indagine.

Tale confronto viene presentato a tre scale di indagine (provinciale, comunale e di comparto). Lo studio si concentra sulle tipologie edilizie in c.a. a telaio, ritenute le tipologie tipiche dell’edilizia diffusa e considerate spesso in passato le migliori a resistere alla scossa sismica.

La metodologia sviluppata: descrizione

La metodologia proposta ed applicata in questo studio (Pasqual et al. in prep. e di cui una preliminare elaborazione è riportata in Pasqual et al. 2023), consente di ottenere un indice di sicurezza (espresso da un rapporto capacità/domanda) a livello territoriale a partire dai dati raccolti nel database CARTIS di 1° livello integrati con altre fonti (normative, database su materiali, etc.).

Tale metodologia è in grado di gestire la variabilità dei dati presenti nel database per l’intrinseca natura dello strumento schedografico di raccolta del dato stesso. Le variabilità dei dati derivano infatti dalle diverse modalità di espressione e di scelta presenti nella scheda di rilievo (singoli valori numerici, scelte multiple, range, etc.).

In particolare, la gestione delle variabilità viene garantita attraverso una procedura ad albero: a partire dalle tipologie omogenee in c.a. (nel seguito indicate con CAR) definite dal compilatore CARTIS all’interno dei comparti dell’area selezionata, attraverso ramificazioni definite sulla base dell’espressione dei dati CARTIS, viene definito un set di edifici virtuali a cui applicare RE.SIS.TO® (Mazzotti et al. 2013), il metodo di valutazione della vulnerabilità sismica se- lezionato in questo lavoro. L’output che ne deriva è espresso da un rapporto capacità/domanda valutato per l’area selezionata, ponderato sulla base delle re- gole di ramificazione dell’albero.

La metodologia proposta può essere applicata a diverse scale territoriali, partendo dalla singola tipologia CAR di comparto fino ad arrivare anche alla scala nazionale. A tale scopo si è implementato un plugin di processing in linguaggio Python nel software opensource QGIS per la valutazione dell’indice di sicurezza per uno o più comparti selezionati dall’utente.

In Figure 1 è riportato un flowchart della metodologia, suddivisa in tre fasi: raccolta e integrazione, elaborazione, aggregazione dei dati.

Estrazione ed integrazione dei dati di input: la scheda CARTIS di 1° livello

Per definire le caratteristiche degli stock di edifici a scala territoriale, si è fatto riferimento al database CARTIS di 1° livello mediante interrogazioni PostgreSQL. Tale database raccoglie i parametri che caratterizzano le tipologie omogenee definite all’interno dei comparti. All’interno di ciascun comparto possono essere contenute al massimo 4 tipologie omogenee di edifici in c.a. CAR, ciascuna caratterizzata da una percentuale di ricorrenza sul totale di edifici del comparto.
Come sopra accennato, la modalità di inserimento dei dati nella scheda CARTIS varia in funzione del tipo di dato, prevedendo campi a scelta singola o multipla, così come il valore del dato può essere unico o definito da intervalli di variabilità. In tal modo ciascuna tipologia CAR è caratterizzata da parametri che per loro natura sono definiti da intervalli di variabilità.

Ad esempio, il numero di piani consente la selezione di due valori per definire il range e questo comporta l’assunzione di una distribuzione uniforme di edifici all’interno di questo range.

In questo studio sono stati considerati alcuni parametri delle schede riferiti ad edifici residenziali a telaio in c.a. selezionati sulla base di corrispondenze con i necessari parametri di input per l’applicazione di RE.SIS.TO®, il metodo di analisi considerato.

Non tutti gli input necessari all’applicazione del metodo selezionato possono essere direttamente derivati dal database CARTIS di 1° livello, sia a causa dell’assenza di compilazione di alcuni campi presenti, sia a causa dell’assenza di parametri CARTIS necessari per la derivazione dei valori di input (come, ad esempio, le caratteristiche di resistenza dei materiali).
Se riconducibili ad una modalità costruttiva locale in c.a., i parametri non compilati in database sono stati integrati sulla base delle ricorrenze valutate su base regionale della stessa compilazione delle schede CARTIS di 1° livello.

Nei casi di assenza del campo CARTIS corrispondente all’input necessario al metodo si è fatto riferimento a database relativi alle proprietà dei materiali da costruzione storici (i.e. per l’acciaio Verderame et al. 2011, per il calcestruzzo Masi et al. 2014), alla categorizzazione dei suoli sulla base delle disposizioni delle NTC2018 e dei valori di vs30 forniti dal lavoro di Mori et al. 2020, all’analisi delle normative sismi- che (che hanno consentito di derivare la zona sismica al momento della costruzione), a carte tecniche regionali (che hanno consentito di derivare la superficie media di piano, quando non compilata).

Non sono state prese in considerazione schede in cui erano assenti parametri ritenuti fondamentali per l’analisi (e.g. il numero di piani e l’età di costruzione).

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