L’adozione di un approccio integrato basato su:
- studio bibliografico della pericolosità sismica di base;
- analisi di risposta sismica locale;
- studio vibrazionale dell’edificio oggetto di analisi;
consente infatti di ottenere una valutazione completa della suscettività sismica di un’opera nel contesto geologico in cui essa è inserita.
Questo tipo di analisi permette di comprendere come le caratteristiche del sottosuolo e della struttura interagiscano durante un evento sismico, evidenziando eventuali condizioni di amplificazione del moto sismico e di risonanza strutturale. I risultati ottenuti costituiscono un valido supporto per la valutazione della vulnerabilità sismica dell’edificio e per l’individuazione della necessità di interventi di miglioramento o adeguamento sismico. Qualora tali interventi risultino necessari, lo studio fornisce indicazioni tecniche utili ai progettisti per definire strategie di intervento efficaci e mirate. Un successivo studio vibrazionale, eseguito a lavori conclusi, consente inoltre di verificare l’efficacia delle soluzioni adottate e di validare gli interventi realizzati.
Tali approfondimenti assumono un ruolo particolarmente rilevante nelle aree a maggiore pericolosità sismica, dove eventi di elevata magnitudo possono causare danni significativi alle strutture e rappresentare un serio rischio per la sicurezza delle persone.
Classificazione sismica di base
Per ridurre gli effetti dei terremoti su edifici e infrastrutture, lo Stato italiano ha suddiviso il territorio nazionale, su base comunale, in diverse classi di pericolosità sismica. Questa classificazione si basa sull’analisi dell’intensità e della frequenza dei terremoti storici e costituisce il riferimento per la definizione delle norme tecniche da applicare nelle aree a diversa sismicità.
La legislazione antisismica italiana, in linea con i più avanzati standard internazionali, stabilisce criteri progettuali finalizzati a garantire che gli edifici resistano senza gravi danni agli eventi sismici più frequenti e non collassino in occasione dei terremoti più intensi, ponendo come obiettivo prioritario la salvaguardia della vita umana.
A partire dal 1981, il territorio italiano è stato progressivamente classificato in differenti zone di pericolosità sismica e sono state introdotte specifiche norme tecniche per la progettazione antisismica. Nel corso degli anni, tali studi hanno portato a un continuo aggiornamento della normativa, migliorando significativamente i livelli di sicurezza strutturale. Un contributo fondamentale a questo processo è stato fornito dai principali centri di competenza nazionali, tra cui INGV, RELUIS ed EUCENTRE.
L’ultimo aggiornamento della pericolosità sismica a scala nazionale è stato adottato con l’Ordinanza del Presidente del Consiglio dei Ministri n. 3519 del 28 aprile 2006. Lo studio allegato all’ordinanza ha introdotto un modello aggiornato di classificazione del territorio, basato su intervalli di accelerazione di picco al suolo (ag), associati a una probabilità di superamento del 10% in 50 anni, individuando quattro principali zone sismiche. Questo strumento consente alle Regioni di definire in modo più accurato le proprie mappe di pericolosità e di adeguare le norme tecniche alle specifiche caratteristiche sismiche del territorio.
| Zona | Accelerazione con probabilità di superamento pari al 10% in 50 anni |
| 1 | 0.25 < ag ≤ 0.35g |
| 2 | 0.15 < ag ≤ 0.25g |
| 3 | 0.05 < ag ≤ 0.15g |
| 4 | ≤ 0.05g |
Nel rispetto degli indirizzi e criteri stabiliti a livello nazionale, alcune Regioni hanno classificato il territorio nelle quattro zone proposte, altre Regioni hanno classificato diversamente il proprio territorio, ad esempio adottando solo tre zone (zona 1, 2 e 3) e introducendo, in alcuni casi, delle sottozone per meglio adattare le norme alle caratteristiche di sismicità (Figura 1).
Risposta sismica locale sito specifica e opera specifica
La risposta sismica locale (RSL) è il fenomeno per cui le caratteristiche geologiche, geotecniche e morfologiche di un sito influenzano la propagazione, verso la superficie topografica, delle onde sismiche, modificandone ampiezza, frequenza e durata rispetto al moto sismico originario registrato alla base del substrato roccioso. Quando si genera un treno di onde sismiche, queste si propagano attraverso il bedrock e interagiscono con le differenti unità geologiche caratterizzate da distinte proprietà meccaniche, come: densità, velocità delle onde di taglio (Vs) e modulo di rigidezza. Le onde sismiche subiranno una serie di modificazioni legate a:
- Litologia e stratigrafia: La natura e lo spessore dei depositi influiscono sul modo in cui le onde vengono riflesse e rifratte; inoltre, strati caratterizzati da forte contrasto di impedenza sismica possono generare risonanze e amplificazioni significative.
- Topografia: Rilievi o morfologie particolari possono determinare una più elevata concentrazione di onde sismiche, provocando un incremento dell’energia vibratoria in corrispondenza di creste o versanti.
- Profondità del substrato sismico: Un elevato spessore di sedimenti può portare a fenomeni di risonanza con range prossimi a quelli tipici degli edifici causando così maggiori danni in caso di sisma.
- Non linearità del comportamento del suolo: A forti sollecitazioni, il comportamento dei terreni può diventare non lineare, modificando la risposta in modo complesso e non prevedibile tramite modelli lineari.
Al variare delle condizioni locali, il moto alla superficie risulterà quindi differente per quanto attiene ai suoi caratteri principali: ampiezza, contenuto in frequenza e durata. Si osserva che tutti e tre questi caratteri sono significativi e concorrono a causare il danneggiamento delle strutture e l’instabilità dei terreni (frane, cedimenti e liquefazione).
Per la caratterizzazione sismica del sito le NTC18 al paragrafo 3.2. riportano come ai fini della definizione dell’azione sismica di progetto, l’effetto della risposta sismica locale sia da valutare mediante specifiche analisi geofisiche. In alternativa, qualora le condizioni stratigrafiche e le proprietà dei terreni siano chiaramente riconducibili ad una delle 7 categorie di sottosuolo e ad una delle 4 categorie topografie riportate in normativa, è possibile 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, definendo in particolare il valore di VS,eq.
I risultati finali di uno studio di Risposta Sismica Locale, sia condotto con approccio rigoroso sia mediante metodologie semplificate, sono rappresentati da una serie di elaborati fondamentali per la valutazione e la progettazione antisismica.
In particolare, lo studio produce gli spettri delle accelerazioni ottenuti a partire dai sette accelerogrammi di input previsti dalla normativa vigente, che consentono di analizzare la variazione dell’accelerazione sismica alle diverse frequenze. A questi si affianca la funzione di trasferimento, calcolata come rapporto tra lo spettro medio in input e quello in output, utile per individuare i fattori di amplificazione e le frequenze di risonanza caratteristiche del sito.
Completano l’analisi gli spettri di risposta in accelerazione, velocità e spostamento, strumenti essenziali nella progettazione strutturale antisismica. Tali spettri permettono di determinare in modo accurato i carichi di progetto e di valutare l’efficacia di eventuali strategie di mitigazione del rischio sismico, fornendo un supporto tecnico concreto alle scelte progettuali.
Studio vibrazionale
Le componenti strutturali di un edificio quali: altezza, massa, sistemi a telaio, pareti portanti, strutture a nucleo, ecc., concorrono a determinare la frequenza propria di vibrazione dell’opera. Per la determinazione della frequenza fondamentale di un edificio è possibile seguire tre differenti approcci:
- approccio semplificato, basato su formulazioni normative
- approccio analitico, fondato su calcoli ingegneristici strutturali che prevedono il rilievo geometrico dell’opera e la caratterizzazione meccanica dei materiali;
- approccio empirico-sperimentale, basato su analisi vibrometriche mediante l’impiego di terne di velocimetri triassiali.
Per un approfondimento teorico sul fenomeno si rimanda all’articolo Doppia risonanza.
Con riferimento all’approccio empirico-sperimentale, le misure vibrometriche consentono di determinare in modo diretto la frequenza fondamentale di un edificio esistente, senza ricorrere a modellazioni complesse. Il valore ottenuto viene successivamente confrontato con la frequenza fondamentale del terreno, al fine di verificare l’eventuale presenza di fenomeni di doppia risonanza, e con lo spettro di risposta in accelerazione, per valutare il posizionamento della struttura rispetto al plateau associato al massimo valore di Sa(g). Questa analisi consente di comprendere il reale comportamento dinamico dell’edificio e il suo livello di esposizione alle azioni sismiche attese.
Conclusioni
L’approccio integrato descritto consente di individuare eventuali sovrapposizioni tra la frequenza propria dell’edificio e il plateau dello spettro di risposta in accelerazione, condizione che può amplificare significativamente la domanda sismica sulla struttura. L’analisi dettagliata lungo l’intera altezza dell’opera permette inoltre di identificare i piani più sollecitati e gli spostamenti orizzontali associati, evidenziando i punti critici da sottoporre a interventi di messa in sicurezza.
Gli interventi di miglioramento o adeguamento sismico possono così essere progettati in modo mirato, con l’obiettivo di modificare la risposta dinamica della struttura e ridurre l’accelerazione sismica agente durante un evento sismico. Questo approccio consente di aumentare il livello di sicurezza dell’edificio, ottimizzando al contempo l’efficacia e la sostenibilità degli interventi di mitigazione del rischio sismico.