Rischio sismico: come assegnare la classe alle strutture

Dal mese di febbraio 2017 è entrato in vigore il D.M.58 che prescrive i criteri per la classificazione del rischio sismico delle costruzioni. La scala del rischio sismico è molto simile alla nomenclatura usata per la classificazione energetica degli edifici. E’ definita da otto livelli che vanno dalla lettera A+ (rischio minimo) alla lettera G (rischio massimo).

Nel post di oggi voglio illustrarti i concetti chiave che sono alla base della classificazione del rischio sismico delle costruzioni esistenti. Anche se non sei un esperto di Analisi di Vulnerabilità di strutture esistenti, sono sicuro che dopo aver letto quest’articolo ti risulterà tutto più chiaro. Sei pronto? Cominciamo.

Il ministero ha pubblicizzato questo decreto come uno strumento efficace e di facile comprensione. Senza dubbio si tratta di un testo molto breve, di sole 11 pagine; i contenuti di queste linee guida riprendono i concetti di analisi delle strutture esistenti riportati nelle NTC2008, senza introdurre nulla di nuovo. Ma è proprio questo il punto: se non hai ben chiari i concetti alla base dell’analisi di vulnerabilità delle strutture esistenti, queste linee guida, nonostante la brevità, saranno tutt’altro che di semplice comprensione. Richimano concetti quali PGA di domanda e di capacità, periodi di ritorno dell’azione sismica e probabilità di superamento. Cosa significano questi fattori? Te lo spiego nel seguito del post.

 

Due metodi alternativi: vuoi leggere le tabelle o vuoi eseguire un calcolo?

Le linee guida del D.M.58 consentono di fare una scelta fra due metodi alternativi per la valutazione del rischio sismico di una costruzione:

  • il metodo convenzionale;
  • il metodo semplificato;

Il metodo semplificato non è nient’altro che una lettura di tabelle. Dovrai leggere da diverse tabelle il livello di vulnerabilità della struttura associato a ciascuna tipologia costruttiva e i corrispondenti interventi previsti per il rafforzamento della costruzione. Tutto qui, non dovrai eseguire nessun calcolo strutturale, nessuna analisi sismica.

Il metodo convenzionale invece richiede l’analisi numerica della costruzione esistente per ottenere i dati necessari alla classificazione del rischio sismico:

  • Capacità in PGA prima dell’intervento;
  • Capacità in PGA dopo l’intervento;

Se vuoi utilizzare questo metodo dovrai mettere mano al tuo software di calcolo ed eseguire l’analisi di vulnerabilità sismica della struttura.

Sembrerebbe molto più comodo e veloce l’utilizzo del metodo semplificato: non devi eseguire calcoli, devi solo interpretare delle tabelle. Perchè mai dovresti scegliere di seguire il metodo convenzionale che richiederebbe più tempo? In realtà il metodo semplificato ha dei limiti, che ti riporto di seguito.

I limiti del metodo semplificato

Il metodo semplificato può essere utilizzato solo per le strutture in muratura portante. Con alcune limitazioni può essere applicato anche alle strutture in cemento armato con telai in entrambe le direzioni e ai capannoni industriali. Il miglioramento di classe che si può avere con questo metodo è limitato ad un solo passaggio di classe (esempio: se sei in classe G, puoi passare al massimo in classe F a seguito degli interventi di rafforzamento locale). Il miglioramento di una classe si ottiene se vengono eseguiti gli interventi di rafforzamento locale previsti dalle linee guida del D.M.58.

Il metodo semplificato può anche essere applicato a tipologie costruttive diverse dalla muratura:

  • strutture assimilabili ai capannoni industriali;
  • edifici in calcestruzzo armato con telai in entrambe le direzioni.

Anche in questi due casi è ammesso utilizzare il metodo semplificato per ottenere al massimo un solo passaggio di classe, ma ad una condizione: non puoi sapere a quale classe appartiene la struttura che stai classificando. Le Linee Guida prescrivono che puoi migliorare di una classe se prevedi di eseguire gli interventi di rafforzamento locale riportati nel D.M., ma non sai da quale classe parti e di conseguenza non sai a quale classe arrivi. Potresti essere in classe F* e passare alla E*, oppure in classe C* e passare alla B*. Se utilizzi il metodo semplificato per queste tipologie strutturali saprai solo che migliorerai di una classe, ma non saprai in che classe sei

Il metodo convenzionale: metti mano al tuo software di calcolo

Se invece scegli di adottare il metodo convenzionale, dovrai eseguire l’analisi di vulnerabilità sismica della struttura esistente. Il che vuol dire eseguire un’analisi Statica non-lineare ovvero un’analisi Pushover della costruzione esistente nel suo stato di fatto e nella configurazione post-intervento

Il procedimento in tal caso è molto più laborioso rispetto al caso in cui utilizzi il metodo semplificato. Il lato positivo è che  il metodo convenzionale non ha limiti: puoi classificare qualsiasi tipologia strutturale e non c’è alcun limite sul numero di classi di miglioramento.

Per ottenere la classe di rischio sismico utilizzando il Metodo Convenzionale, avrai bisogno di due parametri che otterrai come risultato dall’analisi Pushover della struttura e che rappresentano una misura della capacità della costruzione di resistere all’azione sismica:

  • Capacità in PGA allo SLV (PGA = Peak Ground Acceleration allo Stato Limite di Salvaguardia della Vita); si tratta dell’accelerazione di picco al suolo che la struttura può sopportare per il raggiungimento dello Stato Limite di Salvaguardia della Vita. E’ solitamente espressa in [g].
  • Capacità in PGA allo SLD (PGA = Peak Ground Acceleration allo Stato Limite di Danno); si tratta dell’accelerazione di picco al suolo che la struttura può sopportare per il raggiungimento dello Stato Limite di Danno.

Questi due valori della PGA dovrai calcolarli per lo Stato di Fatto e per lo Stato di Progetto ovvero nella configurazione post-intervento. 

Dovrai aggiungere a questi parametri, la domanda in termini di PGA, ovvero l’accelerazione di picco al suolo che la tua costruzione deve essere in grado di sopportare secondo la Normativa Tecnica (NTC2008). Quindi avrai:

  • Domanda in PGA allo SLV [g]
  • Domanda in PGA allo SLD [g]

In pratica la PGA di domanda non è nient’altro che l’accelerazione dello spettro di progetto elastico corrispondente ad un periodo di vibrazione pari a zero. Ti riporto un esempio nell’immagine seguente.

 

Ora hai tutto ciò che ti occorre. Da questi parametri, secondo le Linee Guida del D.M.58, puoi ottenere due indici utili per la definizione della classe di rischio sismico:

  • Indice PAM;
  • Indice IS-V;

Ti spiego di seguito cosa sono questi due indici.

Quanto costerà riparare la struttura? L’indice PAM

Il primo indice che entra in gioco è il PAM, acronimo di Perdita Annua Media. Per ottenerlo hai bisogno di una curva come quella rappresentata in basso:

 

Curva per il calcolo dell’indice PAM

 

Questa curva è ottenuta in funzione dei periodi di ritorno delle PGA di capacità della struttura per ciascuno stato limite. Più sarà alto il periodo di ritorno della PGA di capacità, maggiore sarà l’accelerazione che la struttura è in grado di sopportare. La curva mi dice quanto costerà riparare la costruzione esistente, in funzione del periodo di ritorno dell’evento sismico per ciascuno Stato Limite previsto. Il costo di riparazione dei danni è espresso come percentuale del costo di ricostruzione della struttura. L’indice PAM sarà dato dall’area sottesa da questa curva.

Quanto è a rischio la sicurezza? l’indice IS-V

L’indice IS-V non è altro che il classico indice di vulnerabilità sismica della struttura. E’ dato dal rapporto fra l’accelerazione sismica di picco al suolo in termini di Capacità (PGA,C) e l’accelerazione di Domanda (PGA,D) per lo Stato Limite di Salvaguardia della Vita. A seconda del valore assunto da quest’indice, corrisponderà una classe di rischio sismico.

Il rischio sismico finale

Come hai potuto vedere, la classificazione del rischio sismico attraverso il metodo convenzionale richiede il calcolo di due indici e di conseguenza otterremo due differenti classi di rischio sismico. La classe finale sarà data dalla peggiore fra le due classi. (Esempio: una costruzione appartenente alla classe E secondo l’indice PAM e alla classe F secondo l’indice IS-V. La classe di rischio della costruzione sarà la peggiore fra le due, ovvero la classe F)

Conclusioni + 1 novità

Come hai potuto vedere, la classificazione del rischio sismico per una costruzione esistente non introduce nuovi concetti rispetto a quelli già introdotti dall’attuale Normativa Tecnica. Occorre avere chiari i concetti quali la Capacità di una struttura in termini di PGA e il periodo di ritorno dell’azione sismica. Se non hai dimestichezza con l’esecuzione di analisi statiche non-lineari (Pushover) di strutture esistenti, allora il contenuto delle Linee Guida può risultare un po’ complesso da afferrare.

Per facilitarti la procedura di classificazione sismica di una costruzione esistente, sto preparando una nuova risorsa. Potrai assegnare la classe sismica alla tua struttura con pochi dati di input. Potrai ottenere in maniera automatica il modulo di asseverazione già compilato e pronto per la stampa e una dettagliata relazione tecnica sui diversi passaggi del calcolo. Tieni d’occhio la tua email. Nei prossimi giorni ti darò maggiori dettagli sulla nuova risorsa. 

Se hai trovato utile l’articolo, puoi suggerirlo ai i tuoi colleghi su LinkedIn o sul tuo social preferito cliccando sui tasti di condivisione qui in basso.

Al prossimo articolo.

Marco.