In Italia, come in molte altre parti del mondo, i terremoti rappresentano un fenomeno naturale potenzialmente devastante. Ogni anno, migliaia di persone in tutto il mondo perdono la vita a causa dei terremoti, e gli effetti distruttivi sui centri urbani possono essere enormi.
Considerazioni generali e stima del rischio sismico
L’ingegneria antisismica, o meglio l’Ingegneria delle costruzioni in zona sismica, ha lo scopo di ridurre il rischio sismico a livelli accettabili, riducendo in tal modo il danneggiamento dei beni e delle attività e prevenendo, di conseguenza, il più possibile la perdita di vite umane associate a tali beni ed attività.
Il rischio sismico, su citato, rappresenta il prodotto tra la pericolosità simica di un sito e le attività in esso presenti ed è rappresentato dalla formula R = P x A in cui P rappresenta la pericolosità sismica del sito intesa come probabilità che nel sito si possano verificare eventi di una determinata intensità, associati alla meccanica della crosta terrestre in generale ed alla geologia locale nello specifico, ed A rappresenta il complesso delle attività e beni e presenze umane associate alle stesse attività.
Minori sono le attività, intese come beni e presenze umane, associati ad un sito, a parità di pericolosità sismica, e minore sarà il rischio sismico derivante. Sulla base di ciò si può certamente asserire che il rischio sismico può essere abbassato il più possibile ma non potrà mai essere annullato. Portare a zero il rischio sismico vorrebbe dire realizzare delle nuove costruzioni ed adeguare tutto il patrimonio edilizio esistente portandoli ad un livello di resistenza superiore alle massime sollecitazioni associabili alla massima intensità sismica possibile in un determinato sito. La massima intensità di eventi sismici attesi in un sito è prevedibile però solo in senso probabilistico, sulla base degli eventi storici e delle conoscenze geofisiche e geologiche locali; i meccanismi focali sono parzialmente noti ed in continua evoluzione sulla base delle modificazioni che si verificano a livello della crosta terrestre derivanti dai movimenti indotti all’interno dell’astenosfera (strato fluido sottostante la crosta terrestre). Tutto ciò fa si che non siano progettabili a priori, nuove costruzioni o interventi sull’esistente, che possano annullare, come si è detto, il rischio sismico, ma abbassarlo a livelli accettabili. La necessità di avere un livello di rischio accettabile è correlata oltre che all’impossibilità di prevedere la massima intensità sismica di un sito anche all’entità delle risorse economiche che possono essere impiegate dalla società.
Soluzioni ingegneristiche attuali per la mitigazione del rischio sismico
L’ingegneria antisismica attualmente è in grado di mettere in campo diverse soluzioni per mitigare il rischio sismico; esse sono applicabili alle nuove costruzioni ma anche ad interventi sul patrimonio edilizio esistente e comprendono l’uso di tecnologie avanzate, come materiali ad alta resistenza, sistemi di smorzamento sismico, di dissipazione dell’energia, oltre a fondazioni speciali.
L’utilizzo di materiali ad alta resistenza fa si che gli elementi strutturali progettati con gli stessi siano in grado di resistere direttamente alle sollecitazioni sismiche che li cimentano. Uno dei materiali più utilizzati in questo ambito è il calcestruzzo armato con acciaio ad alta resistenza ma anche con maggiore capacità di adattamento plastico che garantisca una maggiore duttilità nell’ottica della metodologia del “Capacity Design” che impone la formazione controllata di cerniere plastiche che consentano la dissipazione dell’energia sismica accumulata senza produrre il crollo dell’edificio (danneggiamento controllato).
I sistemi di smorzamento sismico, attraverso la metodologia dell’isolamento sismico alla base, sono un’altra soluzione di ingegneria antisismica che viene sempre più utilizzata sia nelle nuove costruzioni che in quelle esistenti. Il concetto è quello di disaccoppiare il sistema di fondazione dalla struttura in elevazione attraverso una serie di apparecchi d’appoggio alcuni dei quali hanno anche la funzione di filtro dell’energia sismica trasmessa dalle fondazioni all’elevazione.
Un ulteriore sistema, utilizzato essenzialmente nel miglioramento o adeguamento sismico di edifici esistenti, è quello di introdurre delle rigidezze concentrate che consentano di ridurre gli effetti torsionali, connessi con l’eccentricità tra i baricentri delle masse ed i baricentri delle rigidezze regolarizzandone così il comportamento strutturale. Questo intento è raggiunto attraverso controventature metalliche o pareti di taglio in calcestruzzo armato. Alle controventature metalliche sono spesso associati organi dissipativi di tipo viscoso che oltre a regolarizzare il comportamento strutturale consentono anche la dissipazione dell’energia sismica. Questi sistemi sono progettati per assorbire le forze sismiche e mitigare l’effetto del terremoto sull’edificio.
Infine, le fondazioni speciali sono uno dei componenti fondamentali dell’ingegneria antisismica. Le fondazioni profonde, come i pali di fondazione su platee, vengono utilizzate per sostenere edifici di grandi dimensioni, come grattacieli, che richiedono una maggiore stabilità. Queste fondazioni penetrano in profondità nel terreno ancorandosi a strati di maggiore portanza.
La mitigazione del rischio sismico per gli edifici già esistenti
Nello specifico, per gli edifici esistenti, gli interventi più utilizzati consistono, come in parte già si è detto, nel rinforzo degli elementi strutturali, nell’inserimento di controventi anche dissipativi e laddove possibile nell’isolamento sismico alla base.
Il rinforzo delle strutture portanti esistenti è generalmente un processo di incremento delle resistenze conseguito con l’utilizzo di materiali compositi (FRP) o con il ringrosso delle sezioni degli elementi strutturali.
Altri interventi più innovativi, ancora poco in uso in Italia, consistono nell’inserimento di smorzatori a masse accordate, realizzate con blocchi di calcestruzzo o recipienti riempibili con liquidi, entrambi sostenuti da molle e spesso applicati nella sommità degli edifici. Tale intervento realizzabile su edifici alti quali grattacieli ha lo scopo di inserire delle masse localizzate in sommità che sono in grado di modificare il comportamento strutturale attraverso l’incremento dei periodi di oscillazione dell’edificio.
L’analisi di vulnerabilità sismica
Il processo che porta al miglioramento o all’adeguamento del comportamento sismico di un edificio esistente rispetto alle Norme Tecniche per le Costruzioni, ha inizio con l’analisi di vulnerabilità sismica.
Tale analisi si basa sullo studio dei fattori esterni che possono influire sulla resistenza sismica di un edificio o di una struttura, come la geologia locale, la topografia, la posizione dell’edificio rispetto alle faglie sismogenetiche e la tipologia delle fondazioni, ma anche sulla conoscenza dell’edificio intesa come geometrie degli elementi strutturali e resistenze dei materiali allo stato attuale.
L’obiettivo dell’analisi di vulnerabilità sismica è dunque quello di identificare i punti deboli della struttura e di proporre le soluzioni tecniche più adeguate a migliorarne il comportamento nei confronti delle azioni sismiche e/o di aumentare la sua resistenza sismica. L’uso di tecnologie avanzate come sensori e modelli di simulazione aiuta gli ingegneri a migliorare la precisione dell’analisi di vulnerabilità sismica e a sviluppare soluzioni di ingegneria antisismica sempre più efficaci.
Oggi si usano diversi tipi di sensori per analizzare la vulnerabilità sismica di un edificio o di un’area. Questi sensori possono essere utilizzati per misurare le vibrazioni prodotte da un terremoto, raccogliere dati sulle forze sismiche e monitorare l’efficacia delle tecniche di mitigazione del rischio sismico. Uno dei sensori più comuni è l’accelerometro, che misura l’accelerazione del terreno durante un terremoto. Ci sono anche sensori di deformazione che misurano la deformazione delle strutture durante un terremoto, e sensori di pressione che misurano le variazioni di pressione nelle fondazioni delle costruzioni.
Gli strumenti utilizzati per l’analisi di vulnerabilità sismica includono software di simulazione, modelli numerici e prove di modelli reali in scala ridotta. I software di simulazione consentono di eseguire analisi numeriche dettagliate del comportamento strutturale, e di verificarne la resistenza e la deformabilità anche con riferimento agli elementi strutturali secondari ed agli elementi non strutturali, incluse le parti impiantistiche, e di valutare l’efficacia delle tecniche di mitigazione del rischio sismico. I modelli numerici sono utilizzati per analizzare il comportamento sismico di un edificio, mentre le prove in scala ridotta su tavola vibrante consentono di testare il comportamento sismico delle costruzioni in modo controllato e riproducibile. Altri strumenti utilizzati includono laser scanner per la mappatura 3D di edifici, georadar per la rilevazione di cavità nel terreno e strumenti di analisi non distruttiva per la valutazione dello stato di salute delle costruzioni esistenti.
Considerazioni finali
In conclusione, possiamo affermare che le tecniche dell’ingegneria antisismica sono fondamentali nella progettazione e costruzione di edifici e infrastrutture che possono resistere ai terremoti. Con le soluzioni precedentemente illustrate, gli edifici possono essere resi più sicuri e le popolazioni possono essere maggiormente protette dai pericoli dei terremoti.
Ricordiamoci sempre che non sono i terremoti a uccidere gli uomini, ma le strutture costruite male dall’uomo.
L’esperienza di La SIA Spa in ambito di ingegneria antisismica
La Sia Spa si occupa di ingegneria antisismica e analisi di vulnerabilità sismica da oltre 15 anni. La nostra esperienza e la profonda conoscenza delle soluzioni di ingegneria antisismica a livello diagnostico e applicativo sono consolidate da sviluppo di progetti di ogni tipologia, dalle costruzioni residenziali alle infrastrutture pubbliche e a quelle industriali.
