giugno 08 2016 0comment
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Storia dell’Ingegneria Sismica Italiana, in pillole (versione integrale)


Premessa

In Italia, l’ingegneria sismica è una disciplina relativamente recente nelle scuole d’ingegneria, nonostante l’Italia sia un  territorio quasi tutto sismico. Il termine “recente”, nel nostro campo, significa che a livello professionale la materia viene trattata da poche decine d’anni e i corsi universitari risalgono alla fine degli anni ’80.

Anche per il semplice cittadino l’argomento sicurezza sismica degli edifici resta, di fatto, un argomento abbastanza sconosciuto e/o poco sentito: se ne parla per un po’ quando un evento colpisce un determinato territorio, ma in modo abbastanza superficiale. Passata l’emergenza e la paura del momento, tutto viene di nuovo accantonato.

Anche nel mondo dei professionisti dobbiamo segnalare una scarsa sensibilità sull’argomento. Si parla molto di efficienza energetica, ma non si parla abbastanza di sicurezza sismica.

Il legislatore, da parte sua, non ha mai spinto molto sull’obbligatorietà della progettazione antisismica delle strutture, visto lo scarso interesse dell’opinione pubblica ma anche il parere contrario delle varie associazioni del settore: costruttori, prefabbricatori, professionisti, ecc., in quanto:

  • Le varie associazioni di operatori del settore (ricordati prima) hanno sempre osteggiato imposizioni sulla progettazione sismica delle strutture, sostenendo che essa avrebbe aumentato i costi (vero solo in parte);
  • La specifica disciplina ingegneristica è abbastanza recente, per cui è solo da pochi anni che i progettisti la trattano, e pochissimi fra gli over 50. Di conseguenza la cosa era vista più come una “grana” che come una risorsa.

Tenuto conto di tutti questi freni, abbiamo dovuto attendere l’evento “catastrofico”, come spesso accade in Italia, prima di svegliarci tutti quanti e capire stavamo correndo rischi inaccettabili. Parliamo di San Giuliano di Puglia: Il crollo della scuola “Jovine” (2002).

Dopo un certo calvario, la norma è entrata in vigore nel 2005, ed ora è applicata in modo obbligatorio. Tuttavia la parte normativa che prevedeva l’obbligatorietà delle verifiche di sicurezza sismica sugli edifici esistenti “rilevanti” o “strategici” (a carico soprattutto degli enti pubblici) fu rimandata per molti anni ancora, fino praticamente a pochi anni fa. Ancora oggi però, a distanza di più di 10 anni, molti edifici non sono dotati di verifica sismica. Quindi, di fatto, nessuno conosce il rischio dell’utilizzo.

 


La progettazione antisismica delle strutture: “tra il dire e il fare…”

La progettazione antisismica di un edificio è cosa assai complessa, molto più complessa della progettazione “statica” ordinaria.

Chi ha studiato la Fisica sa molto bene che i problemi di “statica” quasi sempre portano alla risoluzione di equazioni lineari, o a sistemi di equazioni lineari; nell’ingegneria delle costruzioni questi problemi, sotto la condizione di ammettere spostamenti “piccoli”, costituiscono argomento classico di studio dell’ingegnere civile. I problemi matematici che ne discendono risultano abbastanza complessi, ma affrontabili, anche “manualmente” (senza elaboratore).

I problemi teorici di “dinamica”, che si studiano all’università (a livello di fondamenti)  in tutti i corsi meccanica razionale, al contrario dei problemi di statica portano quasi sempre alla risoluzione di equazioni differenziali o a sistemi di equazioni differenziali, la cui trattazione è molto più complessa; nei casi pratici dell’ingegneria questi problemi sono affrontabili (quasi sempre) solo per via “numerica”, cioè tramite elaboratore.

Gli strumenti matematici necessari per affrontare e risolvere i problemi di dinamica delle strutture sono disponibili da qualche secolo: si utilizza il calcolo integrale e differenziale, e l’analisi armonica per la trattazione dell’input sismico. Sulla carta quindi tutto OK ma, come si dice, tra il dire e il fare…

Anche nell’ambiente della ricerca universitaria, l’esigenza di studiare e trattare in modo rigoroso e approfondito il “problema sismico” delle strutture, anche come elemento di rischio per la vita umana, risale ai primi anni del 900. La ricerca è rimasta abbastanza in sordina, cioè senza applicazioni pratiche, fino agli anni ‘70. L’impulso vero avverrà solo negli anni successivi, cioè in epoca molto recente.

Essendovi in Italia alcune zone situate in territori fortemente sismici, soprattutto la Sicilia e la Calabria, già agli inizi del 900 la tematica veniva affrontata progettualmente, ma solo tramite prescrizioni costruttive; tale approccio si è protratto fino agli anni ’70. Da quest’epoca la materia ha trovato un certo slancio a livello di ricerca, anche per la disponibilità di programmi ed elaboratori potenti, ma ancora troppo costosi. Inoltre, anche se le tematiche teoriche erano in gran parte state sviluppate dai ricercatori, si riteneva l’argomento ancora troppo acerbo e ostico per essere affrontato nella pratica progettuale corrente dell’ingegnere.Ci si limitò quindi a mettere in conto, nelle normative sulle costruzioni, delle azioni statiche orizzontali sulle strutture, cioè adottare metodi ancora fortemente semplificati, in attesa di sviluppi futuri.

Tutto ciò trovò una svolta alla fine degli anni ’80, con l’avvento dei primi PC a prezzo “abbordabile” e programmi di calcolo FEM in grado di eseguire almeno un’analisi cosiddetta “modale”, sempre a prezzi abbordabili. Di conseguenza anche i primi corsi di ingegneria sismica iniziavano a comparire fra i corsi disponibili (all’Università di Bologna, ad esempio, verso la fine degli anni ‘80).

Arriviamo così molto rapidamente agli anni 2000, e poi ad oggi, senza grossi mutamenti di scenario, nel senso che la materia resta di nicchia per gli ingegneri, anche se i corsi ora sono disponibili in quasi in tutte le facoltà universitarie. La differenza grossa oggi sta nel fatto che, a seguito di alcuni crolli rovinosi che hanno provocato morti e soprattutto impressionato la pubblica opinione (e quindi i politici), dal 2005 la progettazione sismica è divenuta obbligatoria su quasi tutto il territorio nazionale, ed inoltre oggi sono disponibili hardware e software in grado di trattare la materia a prezzi accettabili.


Le strategie di progettazione delle strutture antisismiche

Le più avanzate normative di calcolo delle strutture antisismiche (in Italia abbiamo adottato  l’Eurocodice), esprimono di fatto lo stato dell’arte nella progettazione antisismica, e indicano strategie  abbastanza precise su come progettare le strutture sismo-resistenti. Molte di queste strategie sono suffragate dal riscontro pratico in strutture che sono sopravvissute ai sismi più violenti.

L’Eurocodice, da alcuni anni norma cogente in Italia, costituisce per i progettisti un forte stimolo e una forte spinta verso l’innovazione. Forse anche troppo, nel senso che molte questioni sollevate nell’eurocodice in realtà non hanno ancora una strada progettuale percorribile (come l’interazione terreno-struttura), o non sono ancora del tutto condivise in ambito scientifico (come l’analisi pushover). Inoltre l’eurocodice non  distingue le strutture modeste dalle grandi opere, per cui si è costretti ad utilizzare metodi complessi di progetto antisimico anche per il gazebo dietro casa.

In ogni caso, le strategie alternative di progettazione antisismica proposte nell’eurocodice, sono sostanzialmente le seguenti:

  • L’aumento della resistenza alle azioni simiche in termine di resistenze (forze), tramite rinforzi delle strutture tali da a raggiungere i livelli prestabiliti;
  • La riduzione dell’azione in ingresso, tramite il cosiddetto “isolamento alla base”;

La riduzione degli effetti dell’azione sulla struttura, tramite “dissipazione” dell’energia sismica.

 


Le strategie di progettazione antisismica: edifici nuovi

Nella progettazione di nuove strutture, il metodo largamente più adottato dai progettisti è quello dell’aumento della resistenza (caso 1 precedente), cioè strutture progettate per far fronte alle forze sviluppate dal sisma (in pratica le forze d’inerzia del problema dinamico).

Questa tecnica è la più datata (oltre ad essere la meno intelligente) ma in pratica è la più utilizzata (praticamente nel 90% dei casi). Il motivo principale risiede nella maggior semplicità del progetto e quindi nel minor costo dello stesso. Dal momento che essa prevede e ammette un danneggiamento anche notevole della struttura, ovviamente, a seguito di sisma violento, si salvaguarderà la vita degli occupanti (che è la cosa più importante) ma l’edificio sarà da demolire.

I due metodi più moderni, cioè l’isolamento alla base e la dissipazione dell’energia (tramite opportuno progetto delle strutture, oppure tramite inserimento di dispositivi), restano ancora oggi in secondo piano, adottati in rarissimi casi dai progettisti. I progetti risultano infatti molto più complessi e delicati del caso precedente (a fronte di parcelle spesso non remunerative).

L’isolamento alla base degli edifici è una tecnica molto efficace, raffinata, molto utilizzata all’estero ma quasi assente in italia. La progettazione è molto delicata e non ammette errori, pena il collasso rovinoso dell’edificio.

A livello di costi dell’opera vi è un modesto aumento rispetto alle altre tecniche, ma con risultati qualitativi notevoli: in caso di sisma, anche violento, le strutture portanti restano integre, gli occupanti faranno fatica ad accorgersi dell’evento, e tutto ciò che è contenuto nell’edificio sarà salvaguardato.

La tecnica della dissipazione, che è la più complesssa di tutte, ha un costo elevato di progettazione, spesso più dell’isolamento alla base, ma non genera quasi mai aumento di costi dell’Opera; spesso si ottiene una riduzione del costo delle stesse. Si può attuare in due modi:

  • Sfruttando le strutture portanti, modificandone la geometria in modo da creare volutamente zone critiche in certe posizioni predefinite. Con questa tecnica le strutture si danneggiano, ma in modo controllato e in punti prestabiliti, consentendo una facile riparazione dopo l’evento sismico.
  • Inserendo degli appositi dispositivi, isteretici o viscosi. Anche in questo caso è il solo dispositivo a danneggiarsi (in alcuni casi neppure quello), rendendo possibile la riparazione per semplice sostituzione dello stesso.

Il costo dei dispositivi oggi è modesto, sia per gli elementi “isolatore” che “smorzatore” (o dissipatore): si parla di qualche migliaio di euro cadauno per dimensioni ordinarie.

 


Le strategie di messa a norma: edifici esistenti

L’edilizia più “datata” è ovviamente quella a maggio rischio sismico. Parliamo di tutto ciò che è stato realizzato prima dell’obbligatorietà della progettazione antisismica (fine 2005).Tuttavia, con gli eventi sismici che hanno colpito il nostro territorio nel 2012, è emerso un grosso problema generale di sicurezza delle costruzioni, che va oltre gli obblighi normativi; problema in parte inaspettato nella dimensione che si è mostrata.

L’edilizia è stata colpita un po’ tutta quanta: edifici residenziali, capannoni produttivi, palestre, ospedali, ecc; quindi ci si è accorti che l’edilizia storica è piuttosto vulnerabile, e questo era abbastanza atteso, ma anche che nel “nuovo” (o recente) forse abbiamo costruito abbastanza male.

Per capire il perché di questi fenomeni, molto legati alla speculazione, possono aiutare alune riflessioni fatte nei capitoli precedenti.

Occorre anche dire che, purtroppo, l’ evento sismico del 2012, in virtù dei forti contributi pubblici stanziati (a fondo perduto), avrebbe potuto e dovuto essere un trampolino importante per la messa in sicurezza degli edifici pubblici e privati, ma qualcosa in realtà non ha funzionato.

La messa in sicurezza dell’edilizia produttiva (capannoni) non è mai decollata realmente, pur essendoci precisi obblighi di legge. Un po’ per effetto della crisi, un po’ per la sottovaluitazione del rischio da parte di alcuni, un po’ per l’atavico vizio di altri di cercare sempre scorciatoie, nonostante i contributi pubblici gli interventi effettivamente realizzati sono pochi.

            Sull’edilizia privata siamo andati un po’ meglio, nel senso che l’occasione dei contributi pubblici è stata colta.

            Sull’edilizia pubblica i problemi di sicurezza sono emersi soprattutto nelle scuole (spesso risalenti agli anni ’60 e ’70),  nelle palestre (quasi sempre prefabbricate), nei palazzetti (idem), in diversi municipi, in alcune caserme e in alcune strutture ospedaliere. E questi sono anche i casi a maggior rischio per gli utenti  (la Norma li inquadra in classe d’uso III e IV, cioè le più alte). Sono cose che, negli anni 2000, i cittadini non si aspetterebbero, ma viviamo un’epoca difficile, dove accade anche questo, purtroppo.. Essendo stati stanziati anche per questi immobili importanti contributi statali, quasi tutti gli enti coinvolti (Regioni, Province, Comuni, ASL, ecc) si sono attivati per realizzare interventi antisismici, salvo qualche rara eccezione.

            Le chiese in molti casi sono rimaste al palo. Vi sono infatti diversi edifici di culto non completamente coperti da contributo statale, per i quali il co-finanziamento delle parrocchie non è possibile, per cui i lavori non partono.

 

Le tecniche di intervento

In questi casi, le tecniche sono molto legate alla tipologia costruttiva, ma sono sempre molto più complesse e costose rispetto alla progettazione del nuovo. Salvo pochi casi, i progettisti si orientano sempre verso le soluzioni che minimizzano i costi di progettazione (o massimizzare l’utile del progetto, che è uguale), per i motivi già richiamati più volte, che potremmo definire anche sinteticamente “logiche di mercato”.

Sugli edifici esistenti, in linea teorica, si possono adottare tutte le tecniche disponibili per il nuovo, anche se la più efficace e semplice da adottare resta quella della dissipazione, sia isteretica che viscosa. In questi casi infatti, paradossalmente, a fronte di un raddoppio del costo di progetto si può ottenere una riduzione notevole dei costi complessivi d’intervento.

NOTA: Non esistono invece, nella realtà, tecniche di intervento “leggere” o “poco invasive”, come si sente dire, che rispettano le norme e al contempo costano 1/3 del normale. Ovviamente in questi casi siamo davanti a proposte semi-truffaldine sponsorizzate da soggetti senza scrupoli, quindi progetti basati su teorie inesistenti che poi non funzionano, né sulla carta (e quindi non rispettano la normativa), né nella realtà. E questo bisogna cominciare a segnalarlo, perché i casi a cui assistiamo stanno aumentando in modo preoccupante, a discapito di committenti ignari. Occorre prestare attenzione anche ai soggetti che propongono soluzioni progettuali inutilmente costose e/o invasive, al fine solo di sfruttare al massimo i contributi, gonfiare le parcelle e, se possibile, ingrassare le imprese amiche. Spesso in questi casi non vi è neppure attenzione al lato “prestazionale” del progetto, che potrebbe risultare addirittura poco efficace anche se costoso. Si tratta quindi di un uso irresponsabile e spregiudicato della qualifica professionale, completamente da censurare, da cui ovviamente ci dissociamo completamente, ma di cui vogliamo informare i possibili committenti.

Ogni intervento, quindi, richiede uno studio attento del progettista, il quale deve essere in grado di individuare la soluzione progettuale che meglio si adatta alla struttura esistente, oltre che alle richieste del committente. In certi casi, come gli edifici storici tutelati, gli interventi antisismici possono diventare molto difficili, se non addirittura incompatibili con il vincolo di tyutela dell’edificio. Essendo l’Italia  dotata di moltissimi edifici storici, questa è una ricchezza, ma vi è un  problema molto grande di compatibilità fra la sicurezza reale di questi edifici (anche a seguito di rinforzi) e il loro utilizzo.

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