Geologo Carlo Nobile

Sismica

Valutazione sismica locale operata tramite apposite indagini ed elaborazioni, in associazione agli studi geotecnici.

Normativa:
D.M. 17 gennaio 2018 “Aggiornamento delle ‘Norme tecniche per le costruzioni’” (NTC)
Circolare 21 gennaio 2019, n. 7 C.S.LL.PP. “Istruzioni per l'applicazione dell'«Aggiornamento delle "Norme tecniche per le costruzioni"» di cui al decreto ministeriale 17 gennaio 2018.”

Il moto generato da un terremoto in un sito dipende dalle particolari condizioni locali, cioè dalle caratteristiche topografiche e stratigrafiche del sottosuolo e dalle proprietà fisiche e meccaniche dei terreni e degli ammassi rocciosi di cui è costituito. Per la progettazione delle costruzioni è importate, dal punto di vista sismico, definire lo Spettro di risposta elastico.
Lo Spettro di risposta elastico è un diagramma che rappresenta, al variare del periodo di oscillazione T, il valore dell’accelerazione massima o dello spostamento massimo. In sostanza lo spettro ci dice su quali frequenze di vibrazione la sollecitazione sulle strutture risulta massima e sono possibili fenomeni di risonanza, che potrebbero determinarne il collasso.
Lo spettro di risposta elastico che caratterizza un sito non è riferito ad un particolare terremoto ma è ottenuto come elaborazione della risposta a più eventi sismici.
Altro parametro è l’accelerazione di picco al suolo (PGA) prodotta dal terremoto è il principale indicatore per stimare il danno potenziale su un edificio ma non è sufficiente a caratterizzare il sisma.

Il progettista nel dimensionare la struttura considera tali dati e valuta, in particolare, la sua capacità dissipativa che è funzione dei materiali, dei giunti, ecc. In alternativa all’elaborazione della risposta a più eventi sismici le norme consentono “…qualora le condizioni stratigrafiche e le proprietà dei terreni siano chiaramente riconducibili alle categorie definite nella Tab. 3.2.II, si può fare riferimento a un approccio semplificato che si basa sulla classificazione del sottosuolo in funzione dei valori della velocità di propagazione delle onde di taglio, Vs.”

Le NTC, basandosi su elaborazioni statistiche, fanno riferimento ad uno spettro di risposta “normalizzato” definito cioè in funzione di una accelerazione al suolo attesa nel sito e riferito a un valore medio dello smorzamento pari al 5%. Lo spettro varia in funzione del profilo stratigrafico del terreno considerato.
Individuato un determinato sito, l’azione sismica di riferimento da assumere per la verifica varia in funzione degli obiettivi che la verifica si propone.

Per edifici diversi si possono accettare gradi di danneggiamento più o meno gravi:

Con tale approccio gli spettri di risposta sono ricavati mediante l’uso di storie temporali del moto del terreno, oggetto d’intervento, ovvero, mediante l’opportuna elaborazione di accelerogrammi.
Dopo la definizione dello spettro target, sono ricavati, dai data base, gli accelerogrammi da considerare e le loro combinazioni.
Gli accelerogrammi sono rielaborati inserendo il modello sismostratigrafico del terreno e sono ottenute, così, le curve normalizzati da raffrontare con quelli ottenuti con il metodo semplificato e, quindi, ottenere il fattore di amplificazione (fa).

La “risonanza” si manifesta quando il periodo dei terreni coincide a quello degli edifici; in queste condizioni durante il terremoto, il terreno e l’edificio iniziano a oscillare con le stesse frequenze con incremento delle oscillazioni fino al collasso (come l’altalena che incrementa la sua oscillazione a causa della spinta che riceve, sempre della stessa entità, nel punto più altro).
È possibile affermare che i fenomeni di "risonanza" costituiscono la vera causa delle distruzioni generate da un terremoto.

La verifica del “rischio di risonanza” è effettuata dal raffronto fra la frequenza fondamentale del sottosuolo con quella dell’edificio.
La frequenza fondamentale è valutata da indagini sismiche locali dirette (HVSR, M.A.S.W, RE.MI.) che permettono di definire la suddivisione del sottosuolo dal punto di vista sismico, individuando i contrasti d’impedenza, e i parametri necessari per derivare tale parametro.
La frequenza fondamentale dell’edificio è ricavata anch’essa da indagini diretta ma anche tramite relazioni che prendono in considerazione l’altezza dell’edificio e la sua costituzione strutturale.
Nel grafico seguente, ad esempio, sono riportate le varie frequenze che un edificio con struttura in calcestruzzo possiede in funzione dell’altezza.

Nel grafico è riportato, come esempio, la frequenza fondamentale (in rosso) di un edificio e la frequenza fondamentale (in verde) del sito. I valori sono diversi e non vi è rischio di risonanza.

Semplificando: gli edifici più alti presentano una frequenza fondamentale più bassa, gli edifici più bassi hanno una frequenza più alta.

Di conseguenza in un terreno rigido, con alta frequenza, il “rischio di risonanza” è per gli edifici più bassi, mentre in un terreno più soffice, come quelli alluvionali di bassa pianura, il rischio maggiore è per gli edifici più alti.

A conferma di ciò, basti pensare che il terremoto che ha scosso Amatrice e le altre cittadine dell’Appennino, è risultato “fatale per edifici in muratura di 1-2 piani non costruiti secondo criteri antisismici, mentre gli effetti del sisma sono stati di uno o più ordini di grandezza inferiori per edifici più alti”.
È da considerare, infine, che il danneggiamento che si verifica durante lo scuotimento conferisce maggiore rigidità alla struttura ed attenua il fenomeno della risonanza.

La liquefazione è il fenomeno per il quale, durante lo scuotimento causato dal terremoto, le sabbie sature nel sottosuolo cominciano a perdere consistenza ed acquisire un comportamento liquido, con conseguente cedimento della superficie topografica e, talvolta, loro fuoriuscita attraverso le fratture o altre aperture presenti nel terreno.

La verifica è effettuata, dove il rischio è più concreto, utilizzando specifici software ed eseguendo prove in sito di maggiore dettaglio, ossia le “prove penetrometriche statiche con piezocono” che permettono una caratterizzazione del substrato per strati di spessore di 2 cm, quindi un’indagine di elevato dettaglio.

Il potenziale rischio di liquefazione degli strati sabbiosi è valutato attraverso il fattore di sicurezza FSL ottenuto tramite procedura che valuta la domanda di resistenza ciclica CSR e di capacità dello strato di terreno a resistere alla liquefazione CRR.

Collegati alla liquefazione delle sabbie, ed agli altri fenomeni di addensamento conseguenti all’evento sismico, sono i “cedimenti post-sismici”, ossia i cedimenti permanenti di riconsolidazione conseguenti ad un terremoto.
Le procedure per la valutazione del cedimento post-sismico sono recenti e talvolta non sempre prese in debita considerazione. Le procedure per la valutazione del rischio di liquefazione e dei cedimenti post-sismici in certe regioni d’Italia sono esplicitamente raccomandate.