Ingegneria Sismica: diagnosi e classificazione del rischio sismico


IDES - Società di ingegneria strutturale, specializzata nella diagnosi sismica, dalla diagnostica alla verifica di vulnerabilità sismica e classificazione del rischio sismico


INGEGNERIA SISMICA
DIAGNOSI E CLASSIFICAZIONE DEL RISCHIO SISMICO



DIAGNOSI SISMICA "VVS-RS"
VERIFICA DI VULNERABILITÀ SISMICA
DI EDIFICI RILEVANTI E STRATEGICI
Ai sensi dell'Ordinanza P.C.M. 3274/2003, la Verifica di Vulnerabilità Sismica (VVS) è obbligatoria per tutti gli edifici Strategici (ospedali, caserme, municipi, ecc.) e per tutti gli edifici Rilevanti quali scuole, oratori, teatri, cinema, chiese, centri commerciali, strutture sanitarie, socio-assistenziali (RSA), ricreative, sportive, culturali e destinate all'erogazione di pubblici servizi, quali servizi bancari, servizi alle persone, ecc.

DIAGNOSI SISMICA "VVS-CR"
VERIFICA DI VULNERABILITÀ SISMICA
PER L'ATTRIBUZIONE DELLA CLASSE DI RISCHIO SISMICO
Ai sensi del D.M. 58 del 28.02.2017, la Verifica di Vulnerabilità Sismica (VVS) è obbligatoria per usufruire degli incentivi fiscali del SismaBonus. Solo mediante il confronto tra la Classe di Rischio sismico iniziale (pre-intervento) e quella finale (post-intervento) è possibile valtare l'efficacia dell'intervento di miglioramento sismico, da cui si ottiene l'entità del bonus fiscale (50%-85%).

IDES effettua autonomamente le 3 FASI secondo cui si articola la diagnosi sismica di un edificio esistente, dalla diagnostica strutturale (fase 1, a cura della divisione Diagnostica), all'analisi e verifica di vulnerabilità sismica (fase 2, a cura della divisione Ingegneria), fino all'attribuzione della classe di rischio sismico (fase 3, obbligatoria per il SismaBonus).

FASE 1 - DIAGNOSTICA SISMICA


Il percorso della conoscenza dell'edificio ha inizio con la raccolta e l'analisi di tutti i documenti progettuali, costruttivi, di collaudo e di manutenzione reperibili, atti a fornire notizie sulla struttura esistente. A completamento ed integrazione della documentazione disponibile, comunque datata in quanto si riferisce all'epoca di costruzione, la diagnosi sismica prevede l'esecuzione di una campagna diagnostica strumentale: rilievi, prove, controlli e indagini per accertare l'effettivo e attuale stato di salute dell'edificio.
Nello specifico, gli aspetti da definire nella diagnosi conoscitiva sono:
geometria e dettagli strutturali, ossia le caratteristiche geometriche e materiche degli elementi strutturali, compresa la qualità e lo stato di conservazione dei materiali e degli elementi costitutivi.
proprietà dei materiali, ossia le caratteristiche meccaniche e degrado di tutti i materiali che assolvono funzioni strutturali (muratura, legno, calcestruzzo, acciaio d’armatura ecc.).
proprietà sismiche del terreno di sedime, ossia le modalità di propagazione delle onde sismiche nel terreno di fondazione.

1. GEOMETRIA E DETTAGLI STRUTTURALI
Poiché rilievo materico-costruttivo richiede l’acquisizione di informazioni spesso nascoste (sotto intonaco, dietro a controsoffitti, ecc.), si prevede l’esecuzione di un’indagine preliminare che costituisca la base di riferimento del campionamento della successiva indagine, più mirata e approfondita sul piano dei risultati.
L’indagine preliminare della diagnosi strutturale viene eseguita con tecniche non distruttive (termografia, georadar, tomografia sonica, ecc.) o ispezioni dirette debolmente distruttive (scrostamento di intonaci, saggi, piccoli scassi, ecc.). In particolare, per individuare l’organismo resistente, ossia lo scheletro strutturale e l’orditura dei solai, generalmente nascosto dall’intonaco, viene effettuato uno screening termografico all’infrarosso.
Per ottenere informazioni circa lo stato visibile di conservazione dei materiali e la stratigrafia di murature o solai vengono eseguite ispezioni endoscopiche con strumentazione a fibre ottiche.
I dettagli costruttivi per gli elementi in cemento armato, ossia la quantità e disposizione delle armature, vengono definiti mediante prove di tipo diretto, effettuando saggi: rimozione del copriferro e messa a nudo delle barre d'armatura. Nelle situazioni in cui non è possibile effettuare saggi, si ricorre a prove di tipo indiretto, ossia all’analisi magnetometrica con pachometro volta alla determinazione delle armature.
I dettagli costruttivi per gli elementi in muratura vengono esaminati, a seguito di rimozione dell’intonaco, mediante analisi della tessitura muraria e verifica degli ammorsamenti.

2. PROPRIETÀ DEI MATERIALI
Per la diagnosi delle proprietà meccaniche del calcestruzzo si prevede l’estrazione di campioni (diametro 5 o 10 cm) mediante carotaggio e la successiva prova a compressione in laboratorio. Prima della prova a rottura, sul campione di calcestruzzo si valuta il degrado mediante analisi della profondità di carbonatazione.
Per la diagnosi delle barre di armatura delle strutture in cemento armato si prevede il prelievo di uno spezzone di lunghezza 40 cm e la successiva prova a trazione in laboratorio. Prima del prelievo si valuta il degrado mediante analisi del potenziale di corrosione.
Per la diagnosi della muratura si prevede la prova con martinetti piatti.
Per la diagnosi della malta si prevede la prova penetrometrica.
Per la diagnosi del legno si prevede la prova resistografica.
Le Normative consentono, anzi consigliano, di sostituire alcune delle suddette prove distruttive, non più del 50%, con un più ampio numero, almeno il triplo, di prove non distruttive, singole o combinate, tarate su quelle distruttive. I controlli e le prove non distruttive limitano l’invasività nei confronti della struttura portante (stress degli elementi soggetti a prova) e minimizzano l’impatto delle indagini, riducendo il più possibile le interferenze con le attività svolte all'interno dell'edificio.
I metodi di prova indiretti (detti anche non distruttivi) impiegati per la stima delle proprietà meccaniche dei materiali da costruzione sono:
Per il calcestruzzo:
metodo combinato SonReb (Sonic = analisi sonica + Rebound = rimbalzo sclerometrico);
prova di estrazione Pull-Out.
Per la muratura:
analisi sonica per trasparenza;
prova sclerometrica su elemento lapideo;
analisi con sclerometro a pendolo su malta.
Per il legno:
analisi penetrometrica;
analisi ultrasonica.
I metodi indiretti (non-distruttivi), supportati da una vasta e consolidata letteratura, recentemente hanno trovato anche in Italia un riconoscimento ed inquadramento normativo. Poichè le espressioni numeriche che esprimono le caratteristiche meccaniche dei materiali non hanno validità generale, è necessario e obbligatorio, che le prove non distruttive siano calibrate su quelle distruttive.

3. PROPRIETÀ SISMICHE DEL TERRENO
La diagnosi delle proprietà sismiche del terreno di sedime si valutano attraverso la prova MASW che determina la velocità di propagazione delle onde di taglio fino a 30 metri di profondità (Vs30). Trattasi di una tecnica di prospezione sismica a rifrazione che consiste nella misura dei tempi di primo arrivo delle onde sismiche generate in un punto in superficie (punto di sparo), in corrispondenza di una molteplicità di punti allineati sulla superficie topografica (geofoni).
QUALIFICA DEGLI OPERATORI ADDETTI ALLA DIAGNOSTICA SISMICA
Esecuzione, elaborazione e restituzione delle prove strumentali sono affidati a Tecnici laureati in ingegneria civile o architettura in possesso di Qualifica specifica di:
Esperto di 3° livello - settore PnD Ingegneria Civile
rilasciata da RINA o CICPND secondo le norme UNI EN 473 (Qualifica e certificazione del personale addetto alle prove non distruttive) e ISO 9712:1999 (Nondestructive Testing – Qualification and Certification of Personnel)
ovvero
Tecnico addetto alle indagini diagnostiche sugli edifici storici
conferita da almeno 10 anni da Regione Lombardia a seguito di corso specifico della durata non inferiore a 600 ore

VOCI DI CAPITOLATO DELLE PROVE DIAGNOSTICHE
Per le citate prove, nella sezione download si può scaricare la descrizione della procedura di esecuzione, la strumentazione che si intende utilizzare ed i riferimenti normativi.

FASE 2 - ANALISI E VERIFICHE SISMICHE


Questa fase consiste nell'elaborazione dei dati acquisiti con la diagnostica sisimica (prove, controlli, monitoraggi e indagini strumentali), fino a giungere alla classificazione del rischio sismico.
Tale elaborazione, da effettuarsi tramite le procedure dell'ingegneria sismica, rappresenta la seconda fase dell'iter che conduce alla definizione dello stato di salute attuale dell'edificio.
Le caratteristiche geometriche, materiche e meccaniche degli elementi strutturali vengono impiegate per la modellazione numerica della struttura: si costruisce con specifico software (agli elementi finiti) un modello tridimensionale della costruzione che rappresenti il più fedelmente possibile le effettive distribuzioni di massa e di rigidezza, considerando, laddove appropriato, anche il contributo degli elementi non strutturali. Il modello della struttura è costituito da elementi resistenti piani a telaio e/o a parete connessi da diaframmi orizzontali.
Ai 4 Stati Limite previsti dalle Normative, ossia:
SLD (Stato Limite di Danno)
SLO (Stato Limite di Operatività)
SLV (Stato Limite per la salvaguardia della Vita)
SLC (Stato Limite di prevenzione del Collasso)
si attribuiscono valori della probabilità di superamento PVR pari rispettivamente a 81%, 63%, 10% e 5% (cfr. Tabella 3.2.I delle NTC08). Tali probabilità definiscono, per ciascuno Stato Limite, l’azione sismica di progetto corrispondente.
Definiti gli spettri di risposta elastici in accelerazione, ossia i moti sismici di un punto della superficie del suolo di domanda (PGA, Peak Ground Acceleration), per ogni Stato Limite si assegna al modello numerico l'azione sismica di progetto (in funzione della PGAD), che viene combinata con le altre azioni, permanenti e variabili, agenti sulle struttura.
Eseguite le analisi in campo lineare e/o non-lineare (push-over), per i 4 Stati Limite si determinano i valori delle accelerazioni al suolo di capacità (PGAC), che inducono il raggiungimento degli stati limite indicati dalle Norme (SLC, SLV, SLD e SLO).
Infine, per ogni Stato Limite si determinano gli indici di sicurezza per la classificazione del rischio sismico: indicatori, compresi tra 0 e 1, che rappresentano quantitativamente - in estrema sintesi - il rischio sismico nei vari stati limite: di collasso (IS-C), di salvaguardia della vita umana (IS-V) e di inagibilità (IS-D) dell'edificio: valori prossimi o superiori all'unità definiscono un livello di rischio sismico vicino a quello richiesto dalle NTC08; valori bassi, prossimi a zero, caratterizzeranno un elevato rischio strutturale in caso di evento sismico.

FASE 3 - CLASSIFICAZIONE DEL RISCHIO SISMICO
Per poter usufruire delle agevolazioni fiscali introdotte dal SismaBonus, è necessario attribuire la classe sismica di appartenenza prima di eseguire qualsiasi intervento volto alla riduzione del rischio sismico (classificazione).
Il confronto tra la classe di rischio iniziale (classificazione pre-intervento o iniziale) e quella finale (classificazione post-intervento o finale) consente di attestare l'efficacia degli interventi finalizzati alla riduzione del rischio sismico. In caso di miglioramento sismico, ossia di passaggio ad una o più classe sismica superiore, si ha diritto allo sconto fiscale previsto dal SismaBonus. Nelle spese incentivabili rientrano anche quelle per la diagnosi sismica (indagini, verifica, classificazione sismica iniziale e finale).

ATTRIBUZIONE DELLA CLASSE DI RISCHIO SISMICO
La nuova metodologia consente di attribuire ad un edificio una specifica classe di rischio sismico, mediante due parametri che tengono conto sia della sicurezza per la vita umana, sia degli aspetti economici collegati a un eventuale terremoto. In particolare, i due parametri sono:
la Perdita Annuale Media attesa (PAM), che tiene in considerazione le perdite economiche associate ai danni degli elementi e riferite al costo di ricostruzione (CR) dell'edificio;
l'Indice di Sicurezza (IS-V) della struttura, in funzione dell'accelerazione di picco al suolo (PGA, Peak Ground Acceleration) che determina il raggiungimento dello Stato Limite di Salvaguardia della Vita (SLV).
La classe di rischio sismico della costruzione è la peggiore tra la classe PAM e la classe IS-V.
Si osservi che una nuova costruzione, calcolata e realizzata ai sensi delle vigenti Norme Tecniche delle Costruzioni NTC, si colloca in classe B, avendo un valore PAM pari a 1,13% e un valore IS-V pari a 100%.