Stima della vulnerabilità sismica dei centri urbani: il caso di Forlì

La stima della vulnerabilità sismica dei centri urbani rappresenta certamente uno dei temi di maggiore interesse nell’ambito della prevenzione sismica, soprattutto nell’ottica di delineare possibili scenari di danno, definire strategie e priorità di intervento sugli edifici e di organizzazione dell’emergenza nell’immediato post-evento.

Nella presente memoria viene presentata l’analisi della vulnerabilità sismica del centro storico del Comune di Forlì, basandosi su una classificazione tipologico-strutturale degli edifici in muratura ed in c.a. sviluppata da alcuni degli autori in precedenti lavori, valida per modelli previsionali su scala territoriale. Essa individua 5 classi di edifici in muratura e 4 per quelli in c.a., definite in funzione dell’epoca di costruzione e delle relative norme, delle tecniche costruttive e del comportamento strutturale osservato sul campo a seguito dei terremoti Italiani avvenuti negli ultimi decenni. Per ciascuna classe è stato definito un range di vulnerabilità sismica utilizzando come misura di intensità sismica la massima PGA al suolo.

A partire da indagini visive in situ e dai dati ISTAT, sono state redatte mappe di vulnerabilità sismica e definite curve di fragilità specifiche in modo da delineare un quadro sinottico complessivo del livello di vulnerabilità dell’intero Comune.

Vulnerabilità sismica: l'approccio più usato è quello empirico, mentre qui ne viene presentato uno 'ibrido'

La valutazione del rischio sismico dei centri urbani rappresenta un tema di grande attualità in Italia, soprattutto a seguito delle disastrose conseguenze verificatesi nei centri urbani, ed in particolare in quelli storici, a seguito degli eventi sismici degli ultimi anni.

La definizione - a priori – di mappe di rischio sismico relative a determinate porzioni di territorio consente di individuare aree strategiche utili per l’organizzazione e la gestione dell’emergenza in caso di terremoti. Infatti, non solo la gestione dell’emergenza, ma soprattutto l’individuazione di aree fortemente esposte a rischio è particolarmente utile per la riduzione del rischio stesso.

Nel caso di analisi di rischio a larga scala la vulnerabilità, che insieme alla pericolosità ed alla esposizione concorrono nel definire il rischio, non è da intendersi come strettamente legata alla capacità sismica della singola costruzione, ma piuttosto relativa ad un’area più o meno ampia del territorio, all’interno quale possono ricadere tipologie di edifici con caratteristiche costruttive anche molto diverse tra di loro.

I metodi per la valutazione della vulnerabilità su larga scala possono essere di tipo empirico, analitico o del tipo “expert-judgement based” (Calvi et al., 2006). La combinazione, poi, di due di questi metodi dà luogo a metodi ibridi (Kappos et al., 2006).

L’approccio più utilizzato per la stima della vulnerabilità sismica è quello empirico, che a partire da dati di rilievo del danno post-sisma su un numero significativo di edifici, risale a indici globali di vulnerabilità e a curve di fragilità suddivise per classi tipologiche. La definizione di tali classi tipologiche è quindi conseguenza di analisi statistiche svolte su un campione significativo di edifici (Jaiswal et al., 2011; Zuccaro e Cacace, 2015; Brando et al., 2017; Zuccaro et al., 2017; Del Gaudio et al., 2018).

Nel presente lavoro viene presentata una metodologia per lo svolgimento di l’analisi di vulnerabilità sismica su larga scala basata su un approccio ibrido, dato dalla combinazione del metodo meccanico e dell’expert-judgement based. E’ parere degli scriventi che, contrariamente a quanto avviene per metodi empirici, la classificazione tipologico-strutturale degli edifici esistenti (in muratura ed in c.a.) rappresenta il punto di partenza per analisi di vulnerabilità su larga scala e che mappe di vulnerabilità e curve di fragilità siano diretta conseguenza delle classi tipologiche presenti in una determinata area del territorio.

A tal proposito, alcuni degli autori in precedenti memorie hanno messo a punto una classificazione tipologico-strutturale - relativamente alle principali tipologie edilizie Italiane - finalizzata all’analisi di vulnerabilità su scala territoriale. La classificazione proposta è stata utilizzata per svolgere l’analisi di vulnerabilità del Comune di Forlì, con particolare rifermento alla zona del centro storico ed a quella circostante. Sono state elaborate mappe di vulnerabilità e curve di fragilità, che rappresentano un valido strumento in fase di pianificazione urbanistica (definizione di aree maggiormente a rischio, definizione di vie di fuga, programmazione e strategie di interventi di miglioramento sugli edifici) e programmazione degli interventi ai fini delle attività della Protezione Civile immediatamente dopo l’emergenza sismica.

La classificazione degli edifici

Di seguito si riporta un breve sunto della classificazione tipologica-strutturale, relativa a tipologie esistenti sul territorio Italiano, che verrà utilizzata per determinare la vulnerabilità sismica del Comune esaminato.

Tale classificazione, presentata in maniera esaustiva in Calderoni et al., 2017 e successivamente approfondita in Sandoli e Calderoni, 2018, è frutto di: (i) risultati di analisi numeriche svolte dagli autori e/o reperite in letteratura su differenti tipologie di edifici in muratura e c.a.; (ii) dall’analisi del comportamento sismico e dei danni osservati direttamente sul campo a seguito degli eventi sismici avvenuti in Italia negli ultimi quarant’anni.

Analogamente ad altre classificazioni proposte da altri autori (Gruntal, 1998; Di Pasquale et al., 2005; Rota et al., 2008), essa tiene conto dei principali aspetti che condizionano il comportamento sismico degli edifici, come il periodo di costruzione, il tipo di strutture portanti verticali e orizzontali etc. Ma a differenza delle altre è basata su una stretta correlazione tra epoca costruttiva, tipologia costruttiva e danni osservati; questi tre parametri hanno consentito di definire differenti tipologie costruttive in funzione del comportamento globale.

Gli edifici in muratura

Le costruzioni in muratura sono quelle che, in genere, subiscono i danni più gravi durante i terremoti ed alle quali sono ascrivibili il maggior numero di crolli globali o parziali, costituendo nell’immaginario collettivo la tipologia di edifici più pericolosa in caso di sisma.

In realtà, il termine generico di “edificio in muratura” rappresenta un insieme molto vasto di costruzioni di epoche diverse, che possono presentare caratteristiche costruttive anche molto diverse e, conseguentemente, comportamenti sismici molto differenti.

Esiste infatti una correlazione abbastanza stretta tra l’epoca della costruzione ed il comportamento strutturale, e ciò quasi indipendentemente dalle altre caratteristiche costruttive e dallo stato di conservazione, che contano, più che altro, come condizioni migliorative o peggiorative della situazione comportamentale di base (Calderoni et al., 2016).

In particolare, l’elemento fondamentale in relazione alla risposta sismica è costituito dal livello di connessione tra le diverse pareti murarie e tra le pareti stesse e gli impalcati. Pertanto, è possibile definire una prima tipologia di edifici in muratura, qui denominata “MUR-1 edifici antichi”, che è caratterizzata da collegamenti tra le varie parti non sufficientemente affidabili (o comunque facilmente danneggiabili) tali da portare, in caso di sisma, alla separazione tra loro delle pareti murarie e/o dei singoli maschi murari, che risultano quindi fortemente esposti al pericolo del ribaltamento al di fuori del piano (Figg. 1a e 1b). Analisi numeriche di dettaglio svolte da molti autori hanno mostrato che edifici di questo tipo hanno capacità sismica molto bassa dell’ordine di qualche unità percentuale di g, rappresentando la tipologia di edifici in muratura di maggiore pericolosità. A parere degli scriventi le altre caratteristiche, quali ad esempio il tipo e la qualità della muratura o la tipologia di impalcati (piani o a volte), non modificano sostanzialmente il comportamento di base, ma possono unicamente ridurre o incrementare (in un intervallo non molto ampio) l’accelerazione sopportabile.

Se gli edifici di tale prima tipologia sono stati sottoposti (in periodi più o meno recenti) ad interventi di rinforzo, consistenti principalmente in efficaci collegamenti diffusi, viene garantito, anche se a volte in maniera non del tutto efficace, un comportamento scatolare della costruzione, con la sostanziale eliminazione, o quanto meno una sensibile riduzione, della possibilità di attivazione dei meccanismi fuori piano. Ciò porta ad un incremento significativo delle prestazioni sismichedella costruzione, che saranno correlate quasi sempre al molto più efficiente comportamento delle pareti nel piano.

E’ possibile definire, quindi, una seconda tipologia di edifici in muratura, qui denominata “MUR-2 edifici antichi migliorati” (Fig. 2), la cui capacità sismica si incrementa in genere fino anche a valori dell’ordine di 1/10 di g, (per maggiori dettagli si veda in Sandoli e Calderoni, 2018).

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Articolo tratto dagli atti del XVIII Convegno ANIDIS.