Ogni anno in Italia ci troviamo ad avere qualche zona colpita da eventi sismici. A volte le scosse di terremoto vengono avvertite in maniera lieve, o comunque non sono devastanti. Altre volte, come nei recenti casi di L’Aquila e Amatrice, il sisma picchia duro, provocando il crollo di intere città.
La causa di questi crolli purtroppo, deriva da una progettazione strutturale antisismica degli edifici sbagliata, anche se in realtà è necessario fare dei distinguo.
Nel caso in cui a crollare siano edifici nuovi, è palese che il calcolo strutturale in fase di progettazione antisismica sia stato errato e che non siano state rispettate le norme che regolano la materia (esistono delle severe norme antisismiche). A meno che non siano stati i materiali utilizzati dalla ditta incaricata alla costruzione, a vanificare l’efficacia contro i terremoti del progetto realizzato dall’ingegnere strutturale incaricato.
Un altro caso possibile è il crollo dei palazzi di un centro storico. Si tratta di edifici realizzati nei secoli scorsi, quando non vi era la minima conoscenza di ingegneria antisisimica. Questo tipo di costruzioni dovrebbero essere sottoposte ad un adeguamento strutturale antisismico per renderle a prova di terremoto ed evitare crolli e morti quando si verifica questo tipo di calamità naturale.
Esistono infatti dei piani di ristrutturazione antisismica per mettere in sicurezza le abitazioni e i loro abitanti. Questi piani, attraverso dei complessi calcoli strutturali e delle indagini geognostiche, permettono di rendere l’edificio conforme alle norme antisismiche vigenti in Italia e di ottenere anche la relativa certificazione.
LA MAPPA SISMICA DELL’ITALIA
Nel nostro paese è di estrema importanza avereedifici a prova di terremoto, vista la conformazione del territorio nel cui sottosuolo l’attività sismica è da sempre rilevante. L’intera dorsale appenninica, dalla bassa Emilia Romagna fino alla punta della Calabria, è considerata a rischio sisma, come si può evincere dalla mappa dei rischi visibile su un sito autorevole come quello dell’INGV (Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia – zonesismiche.mi.ingv.it).
Proprio per questo motivo è stata redatta una mappa sismica dell’Italia, aggiornata recentemente dagli enti preposti, tra cui l’INGV, il CNR (Consiglio Nazionale delle Ricerche) e l’OGS (Istituto Nazionale di Oceanografia e Geofisica Sperimentale). La mappa, oltre ad evidenziare le zone più a rischio della penisola, offre anche utili strumenti conoscitivi per le società e gli studi di ingegneria strutturale. Questi evidenziano gli scuotimenti attesi nel tempo con una certa probabilità in tutte le zone dello Stato italiano, elementi di cui deve esser tenuto conto in fase di progettazione antisismica e calcolo strutturale.
IL CALCOLO STRUTTURALE
Come funziona la progettazione antisismica degli edifici? E su quali elementi si basa? Il punto di partenza è il calcolo strutturale, redatto da professionisti appartenenti a studi di ingegneria edile. Molti ingegneri affidano questa fase delicatissima della progettazione a dei software di calcolo. Il programma, una volta immessi i dati necessari, elabora tutte le informazioni e restituisce i risultati del calcolo strutturale degli edifici, fornendo al progettista le dimensioni delle travi, dei giunti sismici, del ferro che deve essere utilizzato all’interno del cemento armato e altre informazioni sul tipo di materiale utilizzato nella costruzione.
Non sempre infatti gli edifici sono realizzati in cemento armato. Vi sono strutture in acciaio, in calcestruzzo, in muratura e via dicendo.
Ci sono ingegneri che preferiscono eseguire il calcolo strutturale a mano quando la conformazione del terreno ove sorgerà il manufatto antisismico è particolare. Per questo si servono di un geologo che si incarica di eseguire delle indagini geognostiche (chiamate anche sondaggi geognostici). Il risultato delle prove, le misurazioni e le verifiche del geologo, forniscono all’ingegnere strutturale un quadro completo della situazione e gli permetterà di eseguire il calcolo strutturale in maniera tale che l’edificio in costruzione, possa rispondere pienamente alle norme antisismiche vigenti.
Tra le indagini geognostiche rientrano anche le prove sismiche che consistono in prove geofisiche atte a determinare la risposta sismica locale, il rilevamento geostrutturale degli ammassi rocciosi nel sottosuolo, le misure inclinometriche e le misure piezometriche.
L’ADEGUAMENTO SISIMICO DEI FABBRICATI ESISTENTI
Con il calcolo strutturale è possibile anche definire i volumi e la tipologia degli interventi di ristrutturazione antisismica. Rientrano in questa categoria le opere di sostegno realizzate progettando muri in cemento armato, paratie, terra armata ed altro. Tecnicamente questo tipo di progettazione viene applicato per procedere all’adeguamento sismico di edifici esistenti. Per definire le opere da realizzare è però prima necessario procedere con quella che si chiama “analisi sisimica” dei fabbricati esistenti, ricavando da essa l’indice di vulnerabilità e di resistenza.
LA PROGETTAZIONE STRUTTURALE
Nel campo dell’ingegneria strutturale, la progettazione è l’elemento più importante per far si che un edificio o fabbricato possa rispondere pienamente alle norme antisismiche. In questo contesto, particolare attenzione viene posta nella definizione dell’orditura dei solai e della posizione di travi e pilastri. Questo perché la struttura deve essere in grado di portare carichi verticali e azioni orizzontali equivalenti a quelle dei sisma.
L’ingegnere strutturale farà i modo che il manufatto possa garantire un’irrigidimento uniforme nelle due direzioni grazie a tutti gli elementi e i carichi ben distribuiti. Lo fa progettando la struttura tenendo conto di “azioni” che sono classificate nel seguente modo:
- Permanenti: normali azioni che agiscono durante la vita nominale dell’edificio e che tengono in considerazione il peso degli elementi strutturali ( il peso proprio del terreno, le forze indotte dal terreno e le forze risultanti dalla pressione dell’acqua) e quello degli elementi non strutturali (ritiro e viscosità dei materiali, spostamenti differenziali, pretensione e precompressione, ecc..)
- Variabili: azioni che agiscono sulla struttura o sull’elemento strutturale con valori istantanei, sia di breve durata che di lunga durata
- Eccezionali: azioni che si verificano eccezionalmente nel corso della vita dell’edificio, come incendi, esplosioni, urti ed impatti
- Sismiche: Azioni derivanti dai terremoti
Da questa elementare classificazioni delle azioni di cui tener conto si evince quanto sia complesso il calcolo strutturale degli edifici e di come la progettazione antisismica sia solo una delle tante variabili di cui tener conto in fase di progetto.
PROGETTAZIONE ANTISISMICA
Nell’approccio alla progettazione antisismica, l’edificio viene considerato dagli studi di ingegneria come un essere vivente, costituito da elementi strutturali, architettonici e funzionali in luogo di muscoli, ossa e sistema nervoso.
A seconda del tipo di materiale con cui è realizzata la struttura vengono fatti dei calcoli per procedere ad un tipo di progettazione detta sismo-resistente. A tale scopo vengono effettuate delle verifiche preliminare in cui, come detto, l’ingegnere strutturista viene affiancato da un geologo. Dopodiché si passa alla progettazione antisismica vera e propria seguendo dei principi basilari:
- La struttura e le componenti non strutturali devono essere leggere
- La struttura deve avere una distribuzione uniforme e continua di rigidezza, massa e resistenza
- La struttura deve avere “luci contenute”
- Le deformazioni “anelastiche” devono essere delimitate in determinate zone della struttura
- La struttura deve avere elementi di difesa
- La rigidezza e la resistenza devono essere adatte al tipo di terreno di fondazione
La progettazione antisismica, in caso di terremoti di elevata intensità deve poter resistere senza raggiungere il collasso e non deve subire danni gravi. Le strutture delle costruzioni ricadenti in aree a maggior rischio devono essere progettate con dei criteri di protezione sismica più elevati.
LE NORME ANTISISMICHE
Le norme antisismiche sono state definite per stabilire i criteri di costruzione di una struttura atti a ridurre la sua tendenza a subire danni in seguito ad un evento sismico. Sono state approvate dal Decreto Ministeriale del 14 gennaio 2008 e recepite come obbligatorie dalle regioni italiane dal1 Luglio 2009. Nel 2016 si è ritenuto opportuno riscrivere delle linee guida per la classificazione degli edifici che prevedono 6 classi di rischio, dalla A alla F, che determina il grado di resistenza degli edifici in caso di eventi sismici,
Attualmente i lavori di adeguamento sismico degli edifici adibiti a prima casa e delle sedi adibite ad attività produttive ricadenti nelle zone sismiche ad alto rischio, godono dei benefici delle detrazioni fiscali del 65%.
LA CERTIFICAZIONE ANTISISMICA
La certificazione antisismica, altrimenti detta certificazione sismica, è l’attribuzione ad un edificio del riconoscimento del suo basso stato di rischio. Una struttura certificata possiede dei livelli di sicurezza tali da essere in grado di salvaguardare la vita umana. Sono previsti vari livelli di certificazione antisismica, il più alto del quale corrisponde alla classe A+.
IL RUOLO DELL’INGEGNERE STRUTTURALE
Le società e gli studi di ingegneria hanno il gravoso compito di progettare strutture antisismiche di edifici nuovi, di opere di sostegno e di procedere alla progettazione di opere per l’adeguamento sismico di edifici esistenti. È compito dell’ingegnere strutturale compiere l’analisi sismica strutturale (o verifiche sismiche) per la definizione della vulnerabilità e degli indici di sicurezza. Così come è la figura maggiormente qualificata per la direzione dei lavori di messa in sicurezza di opere strutturali antisismiche.
L’ingegnere strutturale procede attraverso dei collaudi statici che consistono in prove di carico, prove sui materiali e monitoraggi del comportamento della struttura. Compie rilievi strutturali, indagini sismiche con valutazione dello stato conservativo e di resistenza per poi procedere con la valutazione del livello di sicurezza.
All’analisi segue il piano di adeguamento sismico che, una volta realizzato, permette l’ottenimento della certificazione antisismica con la relativa classificazione.