Valutazione e definizione dell’azione sismica: i nuovi criteri nella circolare 617 del 2 febbraio 2009
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Tali norme, pur rappresentando il più alto progresso tecnologico nel campo dell’ingegneria strutturale e sismica secondo una impostazione del tutto simile agli Eurocodici, hanno seminato profonde incertezze nel mondo delle professioni tecniche che sono molto legate, almeno in Italia, ai tradizionali metodi di calcolo, si pensi alle tensioni ammissibili, e analisi strutturali di elementi singoli staccati dal contesto tridimensionale del corpo di fabbrica. Nel campo dell’ingegneria strutturale civile ed edile le rivoluzioni di calcolo non sono molto spinte come in altri campi, si pensi all’informatica, all’aeronautica o all’ingegneria navale. Quindi, a dire di chi scrive, è opportuno che tutti i tecnici edili seguano il passo con la scienza delle costruzioni che, in questo momento ed in tutto il mondo, vede completamente abbandonato il metodo di calcolo alle tensioni ammissibili. Invero, in Italia, come dopo consegnato, è possibile ancora provvedere al fantomatico calcolo alle tensioni ammissibili almeno, e per fortuna, in limitate circostanze. Sentirsi dire da colleghi con i capelli bianchi che con le tensioni ammissibili si ha “la situazione in mano e sotto controllo” non può far altro che sorridere a chi, invece, ha dedicato un decennio a studi approfonditi sul metodo probabilistico agli stati limite. Le NTC, nonché la Circolare 617, e quindi il Legislatore ha ben capito le problematiche degli ingegneri italiani che sono tanto e troppo legati alla tradizione. Comunque, il metodo di calcolo agli SL non è poi tanto rivoluzionario in quanto, probabilmente, fu introdotto quando lo scrivente non era ancora nato (nel lontano 1971…!!!).
Per tali incertezze, ma soprattutto in considerazione della forte innovazione, il Legislatore ha dato corpo alla Circolare 617 che privilegia, con approfondimento diffuso, tutti gli argomenti più innovativi e complessi delle NTC.
Particolare attenzione è stata dedicata alla valutazione e definizione dell’azione sismica, infatti, per la primissima volta, non solo in Italia, essa è calcolata sito per sito e costruzione per costruzione. Non è più possibile fare riferimento ad una zona sismica che coincideva, fino alla emanazione del d.m. 14.09.2005, con più Comuni e spesso con diverse regioni. Non è più possibile riferirsi ad un’unica forma dello spettro di risposta e ad un determinato periodo di ritorno già prefissato e definito.
Tale approccio, anche se già molto criticato da colleghi ed autori nazionali, ha lo scopo di ridurre drasticamente il costo medio nazionale delle costruzioni antisismiche, che verranno eseguite e costruite facendo riferimento alla pericolosità sismica del posto in cui sorgerebbe la struttura e non più alla massima pericolosità che si potrebbe verificare nella cosiddetta zona sismica. Qualcuno ha “urlato” all’assurdo secondo il quale è possibile, utilizzando le mappe sismiche in funzione della latitudine e longitudine del sito, che due porzioni di uno stesso fabbricato siano sottoposti ad azioni sismiche diverse. A tal riguardo non c’è molto da obiettare. Sì, può essere possibile una tale micro zonazione sismica, ma è altrettanto vero che questo problema è immediatamente risolvibile andando ad utilizzare una accelerazione di picco al suolo più gravosa tra le “tante” possibili per il medesimo opificio. Ricorrere a tale opposizione alla forte innovazione delle NTC e relativa Circolare 617 non trova forte riscontro nella pratica professionale, ma può essere visto solamente come un tentativo inutile di farsi gioco di un Legislatore che non è assolutamente sprovveduto. Tutt’al più, tale micro zonazione sismica deve solamente essere vista alla luce di innovazione tecnologica perché tale approccio si rifà ad approfondite indagini storiche e misurate, oltre che studi geologici ad opera dell’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia.
Viene introdotto il concetto di “Pericolosità Sismica” di un sito, descritta come la probabilità che in un dato “Periodo di Riferimento” (VR) si verifichi un evento tellurico la cui entità sia pari almeno ad un valore prefissato. Tale probabilità indicata con P_(V_R )è denominata “Probabilità di superamento nel periodo di riferimento”.
In funzione di ogni singola P_(V_R ) vengono definite, su tutto il territorio nazionale, delle grandezze in base alle quali è possibile costruire lo spettro di risposta elastico e la corrispondente accelerazione massima al suolo. Tali parametri sono:
a_g è l’accelerazione massima del sito;
F_0 è il valore massimo del fattore di amplificazione dello spettro in accelerazione orizzontale;
T_C^* è il periodo di inizio del tratto a velocità costante dello spetto in accelerazione orizzontale.
Per quanto riguarda l’accelerazione massima del sito, è fornita dalla “Pericolosità sismica di Riferimento” dall’Istituto INGV, mentre gli altri due fattori sono consegnati dalle NTC stesse e sono tali da approssimare al meglio gli spettri elastici di risposta che derivano dalla Pericolosità di Riferimento. La Circolare riporta i grafici dei tre parametri sopra, a_g, F_0 e T_C^*, che variano in funzione del Periodo di Ritorno considerato per l’azione sismica,.
Gli Stati Limite di Esercizio sono essenzialmente divenuti 2: Stato Limite di Danno (SLD) necessario a garantire che le strutture siano sempre agibili anche successivamente ad un sisma, e qualora tale inagibilità sia presente dovrà essere soltanto temporanea; Stato Limite di Operatività (SLO), valido per tutte quelle opere strategiche che devono restare operative anche durante un terremoto come ospedali, caserme e centri esecutivi per la collettività.
Gli Stati Limite Ultimi sono stati ridotti anche essi a 2: Stato Limite di salvaguardia della Vita (SLV), grazie al quale le costruzioni devono resistere al sisma per il quale sono progettate in modo da garantire, per quanto possibile, che per quel prefissato terremoto non si raggiunga il collasso con la conseguente perdita di vite umane; Stato Limite di prevenzione del Collasso (SLC).
Le strutture, secondo la Circolare 617, dovranno essere calcolate in modo da definire, ad ogni passaggio di Stato Limite, le principali caratteristiche prestazionali necessarie al fine di resistere in ordine crescente prima allo SLO, poi allo SLD, per passare allo SLV ed infine allo SLC. Quindi, è possibile sapere con precisione, e trascurando le incongruenze costruttive, a quale determinata azione statica o dinamica l’opera costruita potrà resistere.
Esistono sul mercato diverse soluzioni che permettono celermente la costruzione degli spettri di progetto in funzione dello Stato Limite, del tipo di struttura e della localizzazione del sito.
Il primo parametro da stabilire per la valutazione dell’azione sismica è la Vita Nominale che rappresenta il periodo di durabilità dell’opera che si va a progettare. La durabilità delle strutture dovrà essere garantita nelle dimensioni delle sezioni delle strutture, ma in particolare nel dettaglio costruttivo che è stato scelto al fine di meglio rappresentare le modalità di costruzione del manufatto.
Le NTC introducono il concetto di Vita Nominale di un’opera al fine di garantire al committente il mantenimento della resistenza delle strutture concepite e della funzionalità dell’opera per un numero di anni al di la del quale iniziano ad essere indispensabili opere di manutenzione straordinaria.
Il progettista è obbligato a definire la Vita Nominale della struttura di progetto allo scopo di rassicurare il committente sul fatto che la costruzione che si andrà a realizzare avrà una vita esente da manutenzioni straordinarie sulle strutture per tutto il periodo VN.
Il periodo di Vita Nominale non dovrà essere esteso alle finiture esterne ed interne del fabbricato o dell’opera civile ma, deve essere inteso riferito alle sole strutture portanti del fabbricato (… di un’opera strutturale …) assoggettate durante gli anni della vita alle consuete manutenzioni ordinarie.
Secondo il parere di chi scrive in questo frangente è possibile recuperare un concetto che in Italia non ancora addiviene a consuetudine, come nei paesi appartenenti agli Stati Uniti d’America. Le strutture, per quanto bene costruite, sia esse in acciaio, in cemento armato normale o precompresso, in legno o miste, non possono e non devono durare per l’eternità. Con ciò si vuole precisare che se in America un fabbricato in cemento armato di soli 50 anni viene raso completamente al suolo, ci saranno degli ovvi motivi meccanici per i quali, il Legislatore cerca di introdurre lentamente la filosofia delle opere rinnovabili a scadenza della vita nominale nella mentalità professionale italiana.
Tutti i manufatti invecchiano, ed invecchiando, perdono strada facendo le principali caratteristiche meccaniche e fisiche e di conseguenza è bene provvedere ad una attenta verifica delle strutture che dovessero superare la vita nominale stabilita in progetto.
Si potrebbe ancora andare oltre il pensiero del Legislatore. Tutti i fabbricati che hanno, ad oggi, una vita superiore al periodo di vita nominale di una similare struttura di fabbrica attuale dovranno essere minuziosamente verificati e, se del caso, abbattuti o rinforzati.
Ciò è tanto più vero quanto più si analizza un fabbricato vetusto con le normative in vigore. Tutti i lettori sanno quanto è improbabile che un fabbricato in muratura possa essere verificato con un programma di calcolo agli elementi finiti odierno. Quindi, il consiglio, per quanto superficiale possa essere, è di intraprendere una seria indagine di vulnerabilità statica e soprattutto sismica per ogni fabbricato che abbia superato la vita nominale di un corrispondente fabbricato attualizzato.
Il concetto è molto importante. Tantissima gente non considera la differenza che possa esserci tra un fabbricato di 100 anni nel centro storico del paese in cui vive ed un nuovo fabbricato nella periferia dello stesso. Anzi, in Italia le cose sono completamente state rovesciate!!!! Una costruzione in centro, vecchia e malandata di 200 anni, costa molto di più di una nuova realizzata nel nuovo quartiere.
Sarebbe interessante costituire un Libretto “Sanitario” delle strutture del fabbricato, in modo da garantire l’acquirente sul fatto che l’opera che sta per acquistare è stata già verificata, adeguata alle nuove norme o, quanto meno, i materiali di cui è costituita corrispondono alle caratteristiche fisiche e meccaniche di un nuovo fabbricato.
Il secondo parametro da fissare per la valutazione dell’azione sismica è la Classe della costruzione. Sono definite quattro diverse categorie:
Classe I: Costruzioni con presenza solo occasionale di persone, edifici agricoli.
Classe II: Costruzioni non aventi funzioni pubbliche o sociali essenziali. Industrie non pericolose.
Classe III: Costruzioni il cui uso preveda affollamenti significativi. Industrie con attività pericolose per l’ambiente. Ponti e reti ferroviarie principali.
Classe IV: Costruzioni con funzioni pubbliche o strategiche importanti,
Il terzo parametro è il Periodo di Riferimento VR. È molto importante ai fini della determinazione dell’azione sismica in quanto da esso dipende il periodo di ritorno TR dell’azione tellurica una volta che è stata definita la probabilità di superamento PVR corrispondente allo stato limite considerato.
Il legislatore, al fine di garantire un minimo di resistenza alle azioni sismiche ha stabilito che per valori di VR inferiori a 35 anni si dovrà assumere comunque un VR pari a 35 anni.
Il periodo di riferimento VR si ricava, per ciascun tipo di costruzione, moltiplicando la Vita Nominale VN per il coefficiente d’uso CU.
Il valore del coefficiente d’uso CU è definito, al variare della Classe d’uso, come mostrato nella tabella che segue:
Classe d’uso I II III IV
CU 0.7 1.0 1.5 2.0
Siamo giunti alla designazione del quarto parametro dato dalla categoria di sottosuolo. Il tecnico di concerto con il geologo dovrà stabilire a quale categoria appartiene il sottosuolo come stabilito dalla tabella 3.2.II delle NTC. Inoltre si dovrà stabilire anche una categoria topografica definita dalla tabella 3.2.IV delle stesse norme. In tal modo la valutazione della risposa sismica locale consisterà nella modifica dello spettro di risposta del moto sismico in termini di accelerazione.
Un ulteriore aspetto da precisare è dato dalla possibilità di utilizzare metodi di calcolo semplificati anche in zone sismiche qualora la pericolosità tellurica sia molto bassa. Un metodo semplificato ammesso è quello di utilizzare per le verifiche di sicurezza il calcolo alle tensioni ammissibili, almeno per quanto riguarda le costruzioni di classe I e di classe II a bassa sismicità, o rifacendosi al superato D.M. 14.09.2005, alle strutture ricadenti in zona 4.

Un terremoto può essere molto devastante e soprattutto può intervenire in zone in cui non è mai stato avvisato a memoria d’uomo. In questi ultimi periodi si sta verificando proprio in Italia una forte estensione delle azioni sismiche in zone in cui una volta, pochi anni fa, si credeva che mai avesse colpito. Dobbiamo sempre ricordare che la roccia che crediamo sia assolutamente ferma è, in realtà, sospesa sul mantello fuso che per ovvi motivi fisici non può far altro che muoversi. Quindi, sostenere che una zona come la Sardegna, o parte di essa, possa essere assolutamente non sismica, mentre il Friuli possa essere di prima categoria, a dire dello scrivente non ha molto senso, soprattutto perché distanze di centinaia di chilometri non rappresentano un ostacolo ad eventuali tempeste sismiche che si verificano in Turchia.
Le principali raccomandazioni riguardanti le scelte progettuali che possono influenzare il comportamento sismico e non di una costruzione sono riassunte brevemente nel seguito.
Una struttura deve essere progettata e realizzata in modo che con accettabile probabilità rimanga adatta all’uso per il quale essa è stata prevista, tenendo nel dovuto conto la sua vita presunta e il suo costo.
Con adeguati livelli di affidabilità sia in grado di sopportare tutte le azioni o influenze, cui possa essere sottoposta durante la sua realizzazione e il suo esercizio, e abbia adeguata durabilità in relazione ai costi di manutenzione.
Una struttura deve inoltre essere progettata in modo tale da non essere danneggiata da eventi quali esplosioni, urti o conseguenze di errori umani in misura sproporzionata alla causa scatenante.
Il danno potenziale dovrà essere limitato o evitato mediante la scelta appropriata di una o più delle seguenti modalità:
Evitando, eliminando o riducendo i rischi a cui la struttura viene esposta;
Scegliendo una forma strutturale scarsamente sensibile ai rischi considerati;
Scegliendo una forma strutturale e uno schema di progettazione che possano adeguatamente sopportare la eliminazione accidentale di un elemento;
Provvedendo la struttura di adeguati incatenamenti.
Tutte le esigenze sopraelencate devono essere soddisfatte con la scelta di materiali adatti, con una progettazione adeguata e adeguate disposizioni costruttive e con la definizione di procedure di controllo per la produzione, la progettazione, l’esecuzione e l’utilizzo conformi al particolare progetto.