Metodologia per costruire mappe di rischio sismico e valutare la sostenibilità finanziaria degli interventi

In questo articolo si descrive una metodologia per lo sviluppo di mappe di rischio sismico per il patrimonio edilizio residenziale in Italia basata sulla simulazione di scenari sismici e la valutazione della sostenibilità finanziaria di piani di riduzione del rischio

Il presente lavoro illustra i risultati di uno studio pluriennale che ha portato alla costruzione delle mappe di rischio sismico per il patrimonio edilizio residenziale italiano, tramite l’applicazione di una procedura basata sulla simulazione di scenari sismici ed il calcolo di una serie di indici di rischio sismico a scala territoriale derivati dalla stima della Perdita Annua Media Comunale (Municipal Expected Annual Loss – MEAL). Per gli oltre 43’000 scenari sismici simulati si è valutato il relativo impatto economico in termini di costi per la riparazione del danno sismico in ciascuno degli 8081 comuni italiani, per un numero totale di stime di perdita superiore ai 350'000'000. Le stime di rischio qui ottenute sono state derivate adottando modelli di pericolosità ed esposizione (MPS04, ISTAT2011) e caratterizzando la fragilità sismica degli edifici residenziali, tramite l’uso di set di curve di fragilità per una tassonomia comprensiva di 8 classi tipologiche di edifici. Successive elaborazioni sono state svolte sui risultati ottenuti, nell’ottica di fornire delle mappature del rischio sismico ai differenti livelli amministrativi (comunale, provinciale, regionale) in maniera tale da poter essere usate nella definizione della distribuzione di risorse destinate allo sviluppo di piani territoriali di mitigazione del rischio sismico. Sono state sviluppate anche mappe di rischio sismico di carattere qualitativo con finalità prettamente divulgativa, per una comunicazione più immediata del livello di rischiosità alla cittadinanza. Infine, è stata valutata la sostenibilità finanziaria di un possibile piano nazionale di mitigazione del rischio sismico del patrimonio residenziale italiano, introducendo differenti possibili schemi di contribuzione integrativa tramite la creazione di una aliquota fiscale specifica per la copertura dei costi battezzata aliquota fiscale per la riduzione del rischio sismico (ARS).

Strategie per ridurre le perdite economiche legate ad eventi sismici

Ridurre le perdite economiche indotte da eventi sismici rappresenta una delle più importanti sfide del nostro tempo. Tale obiettivo richiede una conoscenza approfondita dei vari elementi che concorrono alla definizione del rischio sismico di un territorio, partendo dal livello della sismicità, valutando la suscettibilità al danneggiamento dell’edificato, e stimando l’impatto economico che il danneggiamento sismico genera. Il problema è particolarmente sentito in Italia, vista la frequenza e la violenza con cui i terremoti causano rilevanti perdite. Il Parlamento italiano ha pertanto deciso di intraprendere una politica d’incentivazione degli interventi di adeguamento/miglioramento sismico delle costruzioni esistenti, con i provvedimenti previsti dalla Legge 11 dicembre 2016 n. 232, cui ha fatto seguito il recente Decreto Ministeriale 7 marzo 2017 n. 65, che definisce una metodologia di stima del rischio sismico basata sulla definizione di una coppia d’indicatori tecnico-economici, che vogliono rappresentare il livello di sicurezza strutturale (IS-V) e il valore di perdita media annua (PAM) di una costruzione esistente. Un edificio esistente oggetto di riqualificazione antisismica vede quindi migliorare il rating di tali indicatori, e l’entità di tale miglioramento permette di usufruire delle agevolazioni fiscali definite dalla succitata legge. Tuttavia, sebbene il rischio sismico possa considerarsi non trascurabile sull’intero territorio italiano, esistono aree maggiormente esposte. 

Perchè è importante definire delle mappe di rischio sismico

Saper redigere una mappa del rischio sismico risulta inoltre fondamentale qualora si debba andare a delineare un piano nazionale di riduzione del rischio sismico, in quanto, a tal proposito, risulta necessario quantificare il rischio sismico ante e post operam, stimando così i relativi benefici. Il prezzo da pagare per l’ottenimento di tali benefici è rappresentato dai costi da sostenere per la realizzazione di interventi strutturali volti al rinforzo antisismico dell’asset oggetto di interesse. Risulta pertanto evidente come il problema si possa ricondurre alla trattazione finanziaria applicabile alla classica casistica di un investimento economico, e pertanto, si debba procedere ad un’attenta analisi della sua sostenibilità finanziaria.

Metodologia per la costituzione delle mappe di rischio sismico

Il presente contributo fornisce una breve ma esaustiva descrizione della metodologia utilizzata dagli autori per la costruzione della mappa di rischio sismico per il patrimonio edilizio residenziale italiano, partendo dai modelli attualmente disponibili per la caratterizzazione della pericolosità sismica, della distribuzione spaziale del valore esposto e dalla caratterizzazione statistica della vulnerabilità sismica delle varie tipologie edilizie presenti sul territorio nazionale. Viene inoltre descritto un esempio d’implementazione di un possibile piano di mitigazione del rischio sismico alla scala nazionale, illustrando dal punto di vista metodologico i passi da seguire per analizzarne la sostenibilità finanziaria. Per gli specifici dettagli e le varie assunzioni si può far riferimento ai contributi su rivista internazionale recentemente pubblicati (Zanini et al. 2018; Zanini et al. 2019). 

E’ anzitutto stato assunto un modello sismogenetico in grado di caratterizzare la sismicità del territorio italiano: la scelta è ricaduta sul modello sismogenetico utilizzato per lo sviluppo delle vigenti mappe di pericolosità (ZS9, Meletti et al. 2008) consistente in 36 zone sismogenetiche (Figura 1a) caratterizzate da leggi di ricorrenza Gutenberg-Richter, i cui parametri sono stati definiti in accordo a Barani et al. (2009). Successivamente è stata definita una griglia di calcolo di mesh pari a 5 km, e sono stati identificati complessivamente 7237 epicentri appartenenti alle aree coperte dal modello sismogenetico: ogni zona sismogenetica è stata pertanto caratterizzata da un numero di epicentri di calcolo proporzionale alla sua estensione superficiale. In seguito, per ciascun epicentro di calcolo sono stati computati 6 scenari sismici di magnitudo equispaziate e comprese all’interno del range di magnitudo definito per ciascuna sorgente sismogenetica (Barani et al. 2009). Per ognuno dei 43’422 scenari sismici si è valutato lo scuotimento in corrispondenza degli 8’084 centroidi comunali utilizzando la legge di attenuazione proposta da Bindi et al. (2011), andando così a costruire una shakemap per ciascun evento in termini di accelerazione di picco al suolo (PGA), per un totale di 351'023’448 stime di PGA. Data la sostanziale assenza di zone sismogenetiche insistenti sul territorio sardo, si è deciso di non considerare la regione nelle successive elaborazioni utilizzate per la quantificazione delle perdite dirette.

Il patrimonio edilizio residenziale è stato spazialmente rappresentato utilizzando i dati censuari ISTAT2011 (Istituto Nazionale di Statistica, 2011) dettagliati alla scala municipale, e considerando un valore unitario di costo di ricostruzione assunto omogeneo sull’intero territorio nazionale pari a 1200 €/m2. In Figura 1b viene riportato il modello di esposizione utilizzato per il calcolo della mappa del rischio sismico. 

Figura 1: Modelli adottati per la costruzione della mappa del rischio sismico in Italia: modello sismogenetico ZS9 (a), carta del valore esposto (b), tassonomia tipologie edilizie e relative curve di fragilità (c).

Sulla base dei dati disponibili nel modello di esposizione, è stata definita una specifica tassonomia per la caratterizzazione della vulnerabilità sismica del patrimonio edilizio residenziale nazionale. Nello specifico, sono state considerate 2 classi di edifici in muratura (pre-1919 e post-1919), 2 classi di edifici con struttura portante a telaio in calcestruzzo armato non progettati sismicamente (con numero di piani al massimo pari a 2, o superiore ai 3), 2 classi di edifici con struttura portante a telaio in calcestruzzo armato progettati per resistere alle azioni sismiche (con numero di piani al massimo pari a 2, o superiore ai 3), e 2 classi di edifici a struttura mista muratura-calcestruzzo armato non progettati sismicamente e resistenti alle azioni sismiche. Per ciascuna delle 8 tipologie strutturali è stato adottato un set di curve di fragilità (Figura 1c), e sono stati definiti i rispettivi rapporti di costo di ricostruzione, necessari per il calcolo della perdita economica attesa corrispondente al dato livello di PGA dato dalle varie shakemaps (Zanini et al. 2018).

Complessivamente sono stati considerati 5 livelli di danneggiamento crescente (DS0 - nessun danno, DS1 – danno lieve, DS2 – danno moderato, DS3 – danno esteso, DS4 - collasso), e per ciascuno di essi sono state definite le percentuali di costo di riparazione unitario relative adimensionalizzate rispetto al valore di costo di ricostruzione unitario, ed assunte pari a 0%, 15%, 40%, 65% e 100% rispettivamente per ciascuno dei 5 stati di danno precedentemente elencati, sulla base di alcune rielaborazioni svolte a partire dai dati presentati in Dolce e Manfredi (2015). 

Per ciascun scenario si è quindi proceduto alla stima del costo di riparazione unitario delle 8 tipologie edilizie considerate in ognuno degli 8’084 centroidi comunali, e successivamente sono stati calcolati i valori assoluti per tipologia ed infine aggregando i totali comunali. 

Stimate le perdite totali comunali indotte dai 43’422 scenari sismici simulati, si è passati quindi al calcolo dei valori di Perdita Annua Media Comunale (PAMC) tramite il procedimento descritto nel dettaglio in Zanini et al. (2019). Il calcolo della PAMC consiste sostanzialmente nella sommatoria dei valori di PAMC generati da ciascuna delle 36 zone sismogenetiche. Il contributo al PAMC fornito dalla sismicità di una generica zona sismogenetica viene calcolato tramite integrazione di una funzione lineare a tratti, i cui vertici sono rappresentati da coppie di punti nel piano tasso annuo medio di superamento di un evento di data magnitudo M vs. valore di perdita assoluta comunale Lc corrispondente ad un frattile ritenuto di interesse dall’analista del rischio (ad esempio il valor medio, o percentili rappresentativi dei range interquartili e della mediana) generata da quel dato evento. Nel presente lavoro la funzione lineare a tratti si caratterizza tramite 6 coppie di punti V_M - L_c, alle quali vengono aggiunti due punti di costruzione per la chiusura della funzione utili per permettere il successivo calcolo integrale. 

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Articolo tratto dagli Atti del XVIII Convegno ANIDIS 

A questo link è possibile trovare tutti i VIDEO di presentazione delle memorie realizzati da INGENIO in occasione del Convegno