Sisma Turchia Siria: report sugli effetti del terremoto e sulle risposte degli edifici in cemento armato

Terremoto Turchia Siria: due missioni dedicate

Il Dipartimento di Protezione Civile si è fatto promotore di un’importante attività tecnico scientifica nelle aree colpite dai terremoti avvenuti in Turchia e Siria a partire dal 6 Febbraio di quest'anno, con magnitudo massima 7.8.

In questo contesto sono stato organizzate due missioni una finalizzata alle indagini degli effetti del terremoto da un punto di vista geologico e sismologico ed un'altra finalizzata alle indagini sulla risposta strutturale dell'edificato.

Ingenio seguirà giorno per giorno l’attività della missione di ingegneria sismica che durerà 6 giorni, riproponendo le attività e le risultanze preliminari dei sopralluoghi.

Prima missione tecnica scientifica: geologica – sismologica

Questa missione ha come obiettivo, attraverso un'indagine scientifica sul campo, quello di indagare l'effetto della sequenza sismica sull'ambiente (Geologia dei terremoti) e sulle strutture (Sismologia e Geofisica Applicata) da un punto di vista geologico e sismologico. Ad essa partecipano con un team di 6 persone:

• Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV),
• Istituto Superiore per la Protezione e la Ricerca Ambientale (ISPRA);
• Istituto Nazionale di Oceanografia e di Geofisica Sperimentale (OGS, Italia).

In particolare, gli studi pianificati riguardano gli effetti geologici sismici primari e secondari superficiali, le osservazioni tettoniche prossime alle faglie, la valutazione delle intensità locali sulla base degli effetti ambientali dei terremoti (scala ESI), la valutazione preliminare degli effetti di sito dovuti alla risposta sismica e alle potenziali interazioni suolo-struttura.

Seconda missione tecnica scientifica: comportamento e risposta strutturale

La seconda missione è finalizzata a effettuare una ricognizione dei danni sismici e della risposta sismica di diversi tipi di strutture, ed è dunque composta dai due centri di competenza ingegneristici:

• Centro Europeo per la Formazione e la Ricerca in Ingegneria Sismica Fondazione - EUCENTRE;
• Consorzio RELUIS della Rete dei Laboratori Universitari di Ingegneria Sismica e Strutturale.

Una delegazione di ricercatori della METU (Middle East Technical University) e della TED (Turkish Education Association) University si unirà al team EUCENTRE e ReLUIS per cooperare e contribuire al successo della missione. La collaborazione tra istituzioni italiane e turche si realizzerà grazie anche alla disponibilità del consorzio ReLUIS a finanziare la partecipazione dei ricercatori turchi.

Un team di 24 ricercatori italiani, cui si aggiungono 11 ricercatori turchi, svolgerà un'indagine scientifica sul campo volta ad approfondire l'effetto della sequenza sismica sulle costruzioni dal punto di vista dell'ingegneria strutturale, con particolare attenzione alla seguente casistica:

1.  Edifici che sono stati oggetto di consolidamento strutturale prima del manifestarsi dell’azione sismica del 6 febbraio 2023.
2. Edifici progettati secondo il nuovo codice sismico più recente vigente prima del terremoto.

In questa missione si darà priorità agli edifici con interventi di adeguamento, già individuati in numero cospicuo, mentre gli edifici progettati con la nuova normativa potranno essere oggetto principale di una prossima missione congiunta.

9 maggio 2023 – Primo sopralluogo e primi commenti

I sopralluoghi hanno interessato edifici in c.a. con telai nelle due direzioni e su cui sono stati operati degli interventi di rinforzo, prima ovviamente del 6 febbraio 2023. Di seguito, alcune prime considerazioni sulla base di quanto riscontrato sul campo.

Quali sono le caratteristiche di questi edifici

1. Sono caratterizzati da un numero di piani fuori terra compreso tra due e quattro.
2. Sono regolari in pianta ed in elevazione.
3. Sono realizzati tra la fine degli anni 50 e la fine degli anni 70. In alcuni casi a partire dagli anni 80 sono stati realizzati degli ampliamenti connessi alla struttura originaria mediante giunti tecnici.
4. Gli interventi di rinforzo e adeguamento sismico consistono per lo più nell'inserimento di setti in c.a. posizionati all'interno della maglia strutturale ed orientati in entrambe le direzioni.
5. Un altro intervento di adeguamento riscontrato riguarda il consolidamento delle fondazioni mediante allargamento di quelle esistente per far fronte alle nuove più onerose sollecitazioni indotte dalla presenza dei setti in c.a. inseriti nella maglia strutturale. 

Quali sono i danni riscontrati e come ha risposto la struttura

1. Gli edifici ispezionati in maggior dettaglio, che hanno avuto interventi di adeguamento sismico, hanno mostrato un livello di danneggiamento globale modesto con danni per lo più concentrati nelle zone di giunto dovuti al martellamento delle diverse unità strutturali contigue.
2. Le strutture portanti non hanno in genere subito danni rilevanti.
3. Sono state riscontrate lesioni nella zona di interfaccia tra il telaio originario in c.a. ed il setto adottato come sistema di rinforzo.
4. I setti di rinforzo sono stati installati al posto dei pannelli di tramezzatura / tamponatura esistenti, connettendoli al telaio esistente. L’ancoraggio è risultato pertanto inefficace.

Per quanto concerne, invece, la città Iskerenderun (Alessandretta), è stato possibile osservare un quadro di danneggiamento relativo agli edifici residenziali mediamente più severo rispetto agli edifici scolastici ispezionati e oggetto dell’attività in corso di svolgimento.

Si riportano alcuni casi emblematici di danno relativi alla crisi a taglio dovuta all’interazione con la tamponatura di 2 edifici in c.a. e allo sviluppo di un meccanico di piano soffice (Figura 1 e Figura 2).

10 maggio 2023 – Secondo giorno di sopralluoghi

Nella giornata del 10 maggio, 8 squadre di tecnici organizzate in 7 gruppi di lavoro ognuno dei quali affiancato da un tecnico proveniente dalle Università METU o TED di Ankara hanno proseguito i sopralluoghi su edifici scolastici (scuole primarie e secondarie) localizzate nelle aree delle province di Hatay, Maras, Antep e Adana.

A ciascuna squadra sono state assegnati gli edifici scolastici da ispezionare, al rientro il risultato di ispezione è consistito in 56 scuole, alcune di queste sono state investite da un’accelerazione di picco stimata dalla mappa di scuotimento USGS in 0.78 g (Figura 1). Le risultanze principali sono contenute nel report giornaliero redatto dalla missione sismica (metto link) ed a questo proposito abbiamo interpellato, e continueremo nei prossimi giorni, il professore Mauro Dolce di ReLUIS.

La restituzione delle ispezioni condotte è consistita in:

• Individuazione della posizione e correlazione con l’accelerazione di picco registrata;
• Rilievo del quadro fessurativo;
• Analisi storico critica speditiva, in quanto ricordiamo che l’obiettivo della missione è quello di comprendere il comportamento sì dell’edificio, ma anche la risposta dell’intervento di adeguamento laddove eseguito.

Questo ha comportato il riscontro de:

• Regolarità planimetrica ed altimetrica confermata anche oggi? «Per lo più sì, ad eccezione di pochi casi. In merito alla regolarità in pianta, le poche eccezioni hanno riguardato piante rettangolari allungate e ad L; la regolarità in elevazione è quasi sempre garantita, tuttavia si segnala la presenza sul lastrico di una copertura a falde in acciaio o in legno semplicemente appoggiata alla struttura in c.a (spesso danneggiata) utilizzata come camera d’aria o per regolare il deflusso delle acque in copertura (in alcuni casi anche utilizzata come ampliamento aule)».
• Anno di costruzione: in alcuni casi non reperibile, ma per lo più inizio anni ’90 fino al 2010. Nella tabella riportata nel report giornaliero dell’10 maggio 2023, risulta una frequenza di questo tipo: 23% di strutture realizzate prima degli anni 90, 23% tra il 1990 e il 2000, 30% successivo al 2000, 30% non identificato.
• Tipologia di rinforzo corrispondente alle seguenti casistiche:

• Inserimento di setti in c.a.
• Inserimento di setti in c.a. e giunto tecnico
• Ringrosso in c.a.

• Anno dell’intervento di rinforzo: in questo caso tutti gli interventi, laddove riscontrati e/o documentati, sono tendenzialmente realizzati dopo il 2003. In particolare, risulta una frequenza di questo tipo:

• 7% di interventi realizzate tra il 1998 ed il 2007;
• 11% tra il 2007 ed il 2018; 48% dopo il 2018,
• 34% non è stato possibile identificare anno di intervento)

Le percentuali maggiori si riscontrano a fine anni ’90, c’è una qualche corrispondenza con una modifica normativa o di mappatura territoriale in merito all’azione sismica?

«Solo nel 2007, in seguito anche al terremoto di Izmit del 1999, è stata introdotta nella nuova versione del codice normativo con una sezione specifica e dedicata atta ad indirizzare i progettisti nella definizione di interventi di consolidamento. Dal 2018 è stata introdotta una nuova mappa di pericolosità oltre ad introdurre una metodologia di calcolo più prossima a quella richiamata nell’ACI. Infine, sono state introdotte sezioni specifiche per costruzioni in c.a., acciaio e legno etc».

Di seguito si riporta una lista dell’evoluzione della normativa sismica in Turchia.

L’ispezione speditiva del plesso scolastico segue la compilazione di scheda Aedes?

L’ispezione speditiva si è articolata in diverse fasi, la prima delle quali ha riguardato l‘individuazione del responsabile della scuola cui, anche grazie all’ausilio dei colleghi turchi, vengono richieste informazioni e documentazione sulla data di realizzazione dell’edificio, l’esecuzione e la realizzazione degli interventi di rinforzo e una descrizione sommaria degli effetti degli eventi sismici registrati a partire dal 6 febbraio 2023.

A valle di ciò i componenti della squadra procedono all’ispezione visiva finalizzata alla individuazione delle caratteristiche tipologiche della struttura, degli interventi eseguiti e al rilievo del danno.

I dati vengono raccolti mediante l’ausilio di un protocollo di raccolta dati appositamente messo a punto che prevede di utilizzare per la parte descrittiva relativa alla tipologia strutturale nonché agli elementi che possano impattare sulla vulnerabilità, le relative sezioni della scheda di rilievo “Diamoci una Scossa” mentre per la parte più specificatamente relativa al danno, le relative sezioni della scheda AeDES.

Quale tipo di danno è stato riscontrato

La scuola MUSTAFA GENÇAY ILKOKULU è stata realizzata ad inizio degli anni ’90 posta in un’area con accelerazione di picco stimata pari a 0,58g. Questa scuola è un esempio di edificio non soggetto ad alcun tipo di rinforzo.

Nonostante ne fosse stato previsto uno nel 2021, durante l’ispezione non è stato riscontrato alcun intervento.

Rispetto ad altri edifici in c.a. il comportamento del fabbricato all’azione sismica si è manifestato attraverso:

1. Muri esterni ribaltati (tamponature).
2. Plasticizzazione dei pilastri con disorganizzazione del nucleo del calcestruzzo per mancanza di adeguato confinamento passivo.
3. Effetto di piano soffice connesso anche al ribaltamento parziale delle tamponature di facciata.
4. Plasticizzazione flessionale dei pilastri.

Diverso il caso invece İSMET AYŞE BEHZETOĞLU AL, un edificio del 1997 rinforzato nel 2018, posto in un’area con accelerazione di picco stimata pari a 0,22g. Questo è stato classificato come moderatamente danneggiato e chiuso temporaneamente alle attività didattiche a causa di fessure di tipo flessionale su due travi dei telai longitudinali e di ampiezza pari a 0.5 millimetri. L’edificio presenta un sistema di rinforzo costituito da setti in cemento armato disposti nella zona centrale della pianta e su tutta l’altezza.

Qual è un primo riscontro circa la tecnologia costruttiva ed il relativo comportamento

Una prima e preliminare considerazione può riguardare le tamponature e la relativa tecnologia costruttiva. Le tamponature sono tipicamente realizzate in diverse modalità: laterizi forati, blocchi di calcestruzzo e blocchi di calcestruzzo aerato autoclavato.

Soprattutto in questi ultimi casi hanno certamente contributo all’incremento di rigidezza globale.

11 maggio 2023 – Terzo giorno di sopralluoghi

In questo terzo giorno c’è spazio per altre immagini e le riflessioni che ne conseguono. Continua l’attività della missione Eucentre e Reluis in merito alle ispezioni degli edifici turchi e siriani colpiti dallo sciame sismico iniziato lo scorso febbraio 2023. In particolare, i 7 gruppi di lavoro hanno eseguito sopralluoghi su 54 edifici scolastici (scuole primarie e secondarie) localizzate nelle aree delle province di Hatay, Maras, Antep e Adana. Tali edifici si sommano a quelli visionati nei giorni precedenti (43 in data 9 maggio e 56 in data 10 maggio) pervenendo quindi a un totale di 153 edifici visionati.

La crisi degli edifici non rinforzati è evidente, si ripropongono situazioni di danno già prescritte nelle normative come critiche: pilastri tozzi, nodi non adeguatamente confinati e crisi delle tamponature. Ma procediamo con gradi, sempre con l’aiuto del professore Mauro Dolce (Reluis) che ci accompagna in questa ispezione, per noi virtuale, ma emotivamente significativa.

In questa giornata, rispetto forse alla restituzione dei giorni precedenti, si comincia a percepire una diversa concezione di intervento e di realizzazione a seconda del tipo di fabbricato e relativa destinazione d’uso, corretto?

In questa giornata si è potuto osservare più chiaramente il diverso comportamento degli edifici nel caso di esecuzione di interventi di consolidamento rispetto al caso in cui, seppur progettati, gli interventi non erano ancora stati eseguiti.

In diversi casi si sono riscontrati, in tali edifici, danni più significativi, tali da condurre anche alla necessità di demolizione. Il mancato intervento di consolidamento che, come si è potuto riscontrare dai sopralluoghi consisteva tipicamente in un significativo incremento di rigidezza attraverso l’inserimento di setti in c.a. in due direzioni, ha portato alla individuazione, in taluni casi, di danni ai pilastri con crisi a taglio per effetto dell’interazione telaio tamponatura.

La deformabilità delle strutture, che sarebbe evidentemente ridotta dall’inserimento di setti, ha indotto la formazione di tali meccanismi; danni significativi sono stati, pertanto, rilevati sulle tamponature negli edifici non rinforzati a differenza di quanto emerso nel caso di strutture consolidate. Per gli edifici scolastici ciò ha portato alla necessità di interrompere le normali attività didattiche, oggi riprese nelle scuole rinforzate, in attesa di interventi che necessitano, inevitabilmente di tempistiche più lunghe nonché elevati costi in relazione ai danni ai sistemi impiantistici e alle finiture.

Edifici scolastici: danni riscontrati l’11 maggio 2023

1. Sopraelevazione in acciaio su corpo in c.a.: la parte sopraelevata, per quanto leggera, non è stata collegata adeguatamente alle tamponature perimetrali, comportandone un’espulsione fuori piano. Il danno è qualificabile come non strutturale ma l’accessibilità del fabbricato è ovviamente interdetta fatto salvo le condizioni delle strutture portanti.

2. Comportamento dello scheletro in c.a. in corrispondenza delle finestre a nastro in edifici non rinforzati: la debolezza corrisponde a una condizione di pilastro tozzo ed alla mancanza di confinamento del corrispondente nodo.
3. Distacco ed espulsione delle tamponature in edifici non rinforzati: determinati inizialmente da una eccessiva deformabilità dei telai e poi dalle plasticizzazione nei telai stessi.

Edilizia residenziale: il comportamento di piano soffice e crisi degli impalcati

Nell’edilizia residenziale, al netto degli edifici crollati o semi crollati e oramai rimossi, è stato possibile osservare diversi quadri di danno per lo più connessi a meccanismi di piano soffice, crisi a taglio dei setti o dei pilastri, crisi dei nodi e dei pilastri nelle zone di estremità per effetto dell’interazione con le tamponature. Occorre peraltro dire che nelle aree più epicentrali, dove si sono verificati scuotimenti con accelerazioni orizzontali massime del terreno vicine o superiori all’accelerazione di gravità (1g), il fatto che l’edificio non abbia subito crolli rovinosi è già di per sé un aspetto positivo.

Negli edifici mono o bifamiliari (caratterizzati da uno o due piani fuori terra) la presenza di telai in due direzioni spesso non è stata sufficiente a prevenire meccanismi di danno severi. Si è spesso, infatti, rilevato un meccanismo di piano legato alla non corretta gerarchia delle resistenze, oggi perseguita obbligatoriamente dalle norme sismiche, nella realizzazione delle stesse (pilastro debole e trave forte). La presenza, inoltre, di porzioni di struttura al primo piano adibite a patio (quindi senza presenza di tamponatura) ha chiaramente acuito la formazione di tali meccanismi.

Non solo gli edifici mono o bifamiliari hanno subito danni rilevanti, ma soprattutto gli edifici alti in c.a., prevalentemente realizzati con setti in c.a., sono stati oggetto di danni diffusi e severi che hanno condotto alla necessità, inevitabile, di procedere alla demolizione e ricostruzione. Nella zona di Antiochia, dove si sono manifestati i maggiori danni, è stato davvero impressionante rilevare il numero di “vuoti” determinati dalla demolizione già avvenuta di diversi edifici nell’area più vitale della città prima dell’evento sismico.

In base alle immagini diramate, gli edifici residenziali sono stati teatro di:

• colassi parziali degli impalcati e delle relative travi in c.a.
• crisi per taglio dei pilastri. È il caso di pilastri, la cui altezza è spesso pari 4 m al piano terra con uno o massimo due piani al di sopra Figura 9 del report)
• meccanismi di piano soffice.

Edifici a grande luce: rilievo del danno

È stato possibile visionare il danno occorso ad un capannone in calcestruzzo armato prefabbricato ubicato nell’area industriale prossima alla città di Kahramanmaraş, nel distretto di Türkoğluù. Il danno dovuto al sisma consiste nella perdita d’appoggio della capriata e del conseguente collasso dei tegoli. Sono oggi in corso di esecuzione su tale capannone interventi di consolidamento realizzati mediante incamiciatura dei pilastri con sistema di angolari e calastrelli.

12 maggio 2023 – Quarto giorno di sopralluoghi

Nell’ultima giornata di missione sul campo del 12 maggio 2023, le 8 squadre di tecnici hanno eseguito sopralluoghi su 53 edifici scolastici (scuole primarie e secondarie) localizzate nelle aree delle province di Hatay, Maras, Antep e Adana.

Questi edifici si sommano a quelli visionati nei giorni precedenti (43 in data 9 maggio, 56 in data 10 maggio, e 54 in data 11 maggio) pervenendo quindi a un totale di 206 edifici scolastici ispezionati.

La Figura sotto mostra che nelle giornate dell’11 e del 12 maggio sono stati effettuati sopralluoghi nelle aree soggette a PGA più elevate (in media 0.54g e 0.47g), rispetto alla PGA delle aree rilevate nei primi due giorni di sopralluoghi (in media 0.27g e 0.34g).

«Attraverso questa rendicontazione giornaliera, si è cercato di fornire un’osservazione in tempo reale della situazione fabbricati direttamente sul campo. La mole di informazioni è notevole e la finalità di questa missione è quella di valutare il comportamento degli edifici rinforzati prima del terremoto. Preliminari valutazioni di sintesi richiederanno alcuni giorni per il riordino della documentazione raccolta da 35 ricercatori in questi 4 giorni di attività sul campo. La revisione di tale documentazione consentirà sicuramente di avere prime utili indicazioni da questa missione di ricognizione, mentre valutazioni quantitative e puntuali richiederanno molto più tempo e saranno coordinate con i colleghi turchi delle Università METU e TEDU, con cui è stato stabilito un promettente rapporto di collaborazione».

Struttura ospedaliera: Città di Kahramanmaraş

È stato condotto un sopralluogo presso l’ospedale a servizio della città di Kahramanmaraş. Nello specifico si tratta di due strutture, la prima ancora in fase di realizzazione durante la sequenza sismica iniziata nel Febbraio 2023 (figura a sinistra), e la seconda realizzata nel 2012 (figura destra).

La struttura in costruzione è realizzata in cemento armato del tipo gettato in opera su base isolata realizzata su una piastra di fondazione in c.a. di circa 1.5m poggiante su pali.

La soluzione di fondazione è legata alle scarse caratteristiche di resistenza del terreno. Gli isolatori a pendolo a doppia curvatura, in numero pari a 361 e di diametro pari ad 1.0m, la cui corsa è pari a ±1000mm, viene riportata dal D.L. presente al sopralluogo come soluzione progettuale adottata a causa della vicinanza del sito di costruzione alla faglia (entro 10km). Le dimensioni degli isolatori sono compatibili con gli spettri di spostamento ottenuti dalle registrazioni accelerometriche ottenute per l’area interessata.

«In Turchia, l’isolamento sismico rappresenta già da diversi anni una strategia di difesa dai terremoti per le strutture strategiche, in particolare quelle ospedaliere e infrastrutturali. Vale la pena ricordare che alcuni ponti con isolamento sismico di tecnologia italiana furono in grado di sostenere il terremoto di Izmit, di magnitudo Mw 7.6, in prossimità della faglia e, per un viadotto, con la faglia intersecante l’asse del viadotto. Numerose sono le strutture di edifici ospedalieri dotate di isolamento sismico nell’area epicentrale dei terremoti del 6 febbraio 2023 che, come accaduto per altri edifici isolati in altri terremoti del passato hanno avuto un ottimo comportamento. È importante sottolineare come nella normativa turca più recente attualmente in vigore, ossia quella del 2018, è dedicato un apposito capitolo all'isolamento sismico, che sicuramente facilita, come è avvenuto in Italia con le NTC 2008 prima, e poi con quelle del 2018, l'applicazione dell'isolamento anche a strutture meno impegnative degli ospedali. In particolare, vale la pena citare uno studio per l'applicazione sistematica dell'isolamento sismico agli edifici di 5, 10 e 15 piani per il piano di rinnovamento dell'edilizia nell'area di Istanbul» afferma il professore Mauro Dolce.

La sovrastruttura consiste in un sistema intelaiato spaziale con travi emergenti delle dimensioni di 40x80cm ed in pilastri di sezione quadrata variabile da 90x90cm a 70x70cm, la luce delle campate è di circa 7.0m. Sono presenti pareti in c.a. in corrispondenza dei vani scala. I solai sono di tipo a piastra piena in c.a. Il numero di piani è pari a 5, con interpiano variabile tra 5.0m e 5.40m. L’area d’impronta della piastra di fondazione è pari a 150x120m.

Si è potuto osservare che nella sovrastruttura non sono stati realizzati giunti termici/sismici.

Sul perimetro della piastra del primo livello isolato è stata realizzata una parte a sbalzo di circa 2.0m con soletta piena. Tale zona a sbalzo risulta distaccata di circa 4.0cm dal sottostante muro di contenimento.

È stato stimato otticamente, a seguito del terremoto, uno spostamento residuo degli isolatori di circa 3.5 cm, che farebbe presupporre che l’isolamento sia stato sottoposto a spostamenti massimi durante il sisma dell’ordine delle decine di cm.

Report Fotografico: Danni agli edifici scolastici oggetto di studio

Di seguito si richiamano, con riferimento agli edifici ispezionati in data 12 maggio, alcuni aspetti peculiari relativi al danno riscontrato nei sopralluoghi negli edifici più severamente danneggiati.

Kaymakam Hasan Zenginalp Ilkokulu

Report Fotografico: Danni agli edifici residenziali

Nel contesto urbano degli edifici ispezionati si sono osservati diversi meccanismi di crisi e quadri di danneggiamento severi sugli edifici residenziali. Di seguito si richiamano alcuni esempi significativi.

Città di Antiochia

Città di Kirikhan

Nel centro di Kirikhan si sono osservati danni all’edificio residenziale (parte destra), in cui si evince un meccanismo di piano sul corpo strutturale di sinistra e un collasso progressivo sul corpo strutturale di destra. Nella parte sinistra della figura si nota la presenza di una moschea, con evidenti danneggiamenti a taglio sulle superfici esterne e un apparente fuori asse del minareto.

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