Analisi di vulnerabilità speditiva degli edifici in c.a.: un nuovo approccio

La vulnerabilità degli edifici esistenti è un tema cruciale in particolar modo in Italia, dove il vetusto patrimonio edilizio consta di un considerevole numero di edifici progettati senza criteri antisismici e con standard di sicurezza minori di quelli richiesti dalla normativa attuale. Tuttavia, gli approcci speditivi disponibili per l’analisi della vulnerabilità degli edifici, concepiti per l’applicazione su larga scala, generalmente non forniscono risultati sufficientemente affidabili per il singolo edificio. Il metodo per l’analisi rapida della vulnerabilità sismica degli edifici in c.a. qui proposto è rivolto specialmente ai grandi proprietari immobiliari, come le Pubbliche Amministrazioni, che necessitano strumenti per l’identificazione degli edifici che richiedono la progettazione di interventi di consolidamento urgenti. Esso si basa su curve di correlazione tra epoca di costruzione dell’edificio e caratteristiche geometriche e dei materiali degli elementi strutturali, le quali consentono la modellazione semplificata della struttura partendo da un limitato numero di informazioni facilmente reperibili.

L’analisi di vulnerabilità richiede valutazioni accurate sulle strutture, dalle proprietà meccaniche dei materiali alla caratterizzazione dei nodi strutturali

Secondo una recente statistica (Gevorgian et al. 2021), circa il 40% delle costruzioni in Europa sono antecedenti al 1970. Un valore simile si riscontra anche in Italia dove tuttavia, in controtendenza con la media Europea, la percentuale sale fino a sfiorare il 45% se si considerano gli edifici destinati al settore dei servizi. In questo scenario, la robustezza strutturale delle strutture esistenti costituisce un tema sensibile, in particolare per le pubbliche amministrazioni e i proprietari privati di grandi patrimoni immobiliari, dovendo spesso gestire numerosi edifici costruiti in epoche diverse.

Nell’ambito dei piani di investimento per il miglioramento della sicurezza strutturale degli immobili, tali soggetti ricorrono frequentemente alle cosiddette analisi multicriterio, le quali tengono conto degli aspetti sociali, politici e tecnici (Sangiorgio et al. 2020; Shadmaan & Popy 2023, Alizadeh et al. 2018).

L’analisi multicriterio definisce il rischio sismico come una funzione di tre variabili: la pericolosità, l’esposizione e la vulnerabilità. La pericolosità indica la probabilità che avvenga in una data località un terremoto di intensità e magnitudo superiori a determinati valori, l’esposizione descrive gli effetti diretti e indiretti sulla popolazione e sull’ambiente circostante provocati dal danneggiamento o collasso di un edificio o una infrastruttura, mentre la vulnerabilità esprime la predisposizione di una struttura a subire danni o crolli causati dall’azione sismica.

Tuttavia, mentre la pericolosità e l’esposizione sono definibili a partire da alcuni dati facilmente reperibili, quali la zona sismica in cui ricade il fabbricato, la destinazione d’uso e il numero di persone coinvolte direttamente o indirettamente dal danneggiamento dell’edificio, l’analisi di vulnerabilità richiede valutazioni accurate sulle strutture, dalle proprietà meccaniche dei materiali alla caratterizzazione dei nodi strutturali. Infatti, le tecniche di confezionamento e getto del calcestruzzo, la tipologia delle armature e gli approcci alla di progettazione del layout e dei dettagli strutturali sono strettamente legate all’epoca di costruzione.

Ciò è dovuto ai progressi fatti nell’ambito della ricerca che hanno prodotto una crescente attenzione su temi come la durabilità dei materiali, la duttilità strutturale e la riduzione della vulnerabilità sismica, conducendo a un progressivo miglioramento delle pratiche di progettazione.
Ad esempio, la dinamica strutturale è stata introdotta in Italia a metà anni ‘70 con la Legge del 2 Febbraio 1974 n. 64, mentre solo con il DPCM n. 3274 del 2003 l’intero territorio nazionale è stato classificato come sismico. Pertanto, la maggior parte degli edifici sono stati progettati senza tenere conto delle azioni orizzontali date dal sisma, oltre a essere suscettibili a fenomeni di degrado (Dominguez- Santos et al. 2017).

Particolarmente significative sono le cattive pratiche progettuali osservabili negli edifici a telaio in c.a., costruiti massivamente a partire dal secondo dopoguerra, che comprendono le problematiche legate a pilastri eccessivamente snelli e ai meccanismi trave forte – pilastro debole (Chiang & Leong 2021; Hyo-Gyoung & Jin-Kook 2007), scarsa duttilità strutturale (Hosen et al. 2022; Jeon et al. 2012; Ozan & Bruce, 2010), scarsa resistenza ai fenomeni di fatica (Carpinteri et al. 2020), presenza di fenomeni corrosivi (Bossio et al. 2018), irregolarità sia di pianta (Bosco et al. 2013; Islam et al. 2022) che in altezza (Rajeev & Tesfamariam 2017; Fragiadakis et al. 2006).

Le scarse coperture economiche a disposizione, a fronte della improrogabile necessità di condurre verifiche di sicurezza sul vasto patrimonio edilizio esistente, hanno incentivato lo sviluppo di numerosi procedure di analisi di vulnerabilità rapida su larga scala. Tali metodi consistono in approcci semplici che hanno lo scopo di individuare le strutture con caratteristiche tali da denunciare potenziali vizi strutturali e da sottoporre a ulteriori approfondimenti (Thermou & Pantazopoulou 2011). Essi richiedono solitamente la raccolta di dati facilmente reperibili sulle caratteristiche generali dell’edificio e della relativa struttura, ottenibili ad esempio con rilievi visivi (Coşkun et al. 2020), permettendo di risparmiare il tempo che sarebbe necessario per condurre le indagini sui materiali, ricercare progetti originali ed eseguire le analisi strutturali (Al-Nimry et al. 2015).

Tuttavia, tali metodi semplificati sono basati su un campione di strutture con determinate caratteristiche.

Ad oggi, sono disponibili in letteratura approcci semplificati per l’analisi della vulnerabilità sismica delle infrastrutture quali ponti (Banerjee & Shinozuka 2007; Chen et al. 2014) e dighe (Frigo et al. 2018). Per quanto concerne gli edifici, in Italia sono largamente diffuse la “Scheda di 1° livello per il rilevamento dell’esposizione e della vulnerabilità degli edifici” (AA.VV 2014) e la “Scheda di 1° livello per la caratterizzazione tipologico-strutturale dei comparti urbani costituiti da edifici ordinari” (Dolce et al. 2014). Tuttavia, le schede sono finalizzate alla creazione di una panoramica a scala regionale e nazionale sulla vulnerabilità sismica dei centri urbani, perciò non sono adatti a essere utilizzati per stimare la vulnerabilità sismica di un singolo edificio.

Lo scopo del metodo qui proposto è quello di rispondere alla seguente domanda: “Come valutare speditivamente ma in modo affidabile la vulnerabilità sismica in via preliminare di un edificio avendo solo limitate e basilari informazioni sulla struttura?”

Nei prossimi paragrafi verrà spiegato integralmente il metodo.

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