Capire gli indici di vulnerabilità - 2° Parte

Indice o indici?

Nel post precedente abbiamo visto come è nato e cosa rappresenta l'Indice di rischio, ma non sappiamo ancora come viene determinato.

La domanda vera che dovremmo porci non è come si calcola l'indice ma come viene scelto tra quelli calcolati. Si, quando si effettua un'analisi di vulnerabilità sismica si calcolano più indici di rischio, e precisamente uno per ogni tipo di verifica che viene effettuata.

A secondo della struttura oggetto di analisi, la normativa tecnica chiede che vengano effettuate un certo numero di verifiche, per ognuna di loro viene quindi determinato un indice di rischio.

Vediamo nel dettaglio.

1. Edifici in cemento armato
1. Verifiche a taglio
2. Verifiche a flessione
3. Verifiche dei nodi trave-pilastro
4. Verifica geotecnica per le fondazioni
5. Verifica del contenimento del danno di elementi non strutturali (tramezzi e tamponature)
2. Edifici in acciaio
1. Verifiche a taglio
2. Verifiche a flessione
3. Verifiche di instabilità
4. Verifiche delle giunzioni tra gli elementi
5. Verifica geotecnica per le fondazioni
6. Verifica del contenimento del danno di elementi non strutturali (tramezzi e tamponature)
3. Edifici in legno
1. Verifiche a taglio
2. Verifiche a flessione
3. Verifiche di instabilità
4. Verifiche delle giunzioni tra gli elementi
5. Verifica geotecnica per le fondazioni
6. Verifica del contenimento del danno di elementi non strutturali (tramezzi e tamponature)
4. Edifici in muratura
1. Verifiche a pressoflessione fuori dal piano dei muri
2. Verifica al ribaltamento
3. Verifica geotecnica per le fondazioni
4. Verifica della capacità di spostamento d'insieme
5. Verifica del contenimento del danno

quindi per ogni tipo di edificio devo effettuare un certo numero di verifiche secondo norma (in media 5/6 tipi di verifiche differenti). Ad ogni verifica corrisponde un indice di rischio dato dal rapporto tra la PGAC e la PGAD e cioè il rapporto tra l'accelerazione a cui l'elemento verificato può resistere e l'accelerazione a cui la normativa chiede di resistere.
Va da se che se l'indice di rischio è inferiore all'unità, l'edificio non è adeguato, cioè, non rispetta le attuali richieste di legge.
Tra tutti gli indici calcolati, quello minore è l'indice di rischio IR dell'edificio in quanto rappresenta la prima criticità strutturale che si verifica (quella che si attiva per prima).

Rappresentatività dell'indice di vulnerabilità

Ultimamente, sono comparsi nei siti di molti comuni del centro Italia pubblicazioni riportanti l'elenco delle scuole e/o degli edifici pubblici più importanti con il rispettivo indice di vulnerabilità. A seguito di queste vi sono state innumerevoli discussioni, allarmismi, polemiche sull'effettiva sicurezza degli edifici alla luce dei valori di rischio pubblicati.
Innanzitutto va precisato che l'indice di rischio finale (quello dell'intero edificio) da solo non è molto rappresentativo; per dare un'informazione corretta si dovrebbero pubblicare tutti gli indici calcolati per quell'edificio, in modo che si possa avere un quadro abbastanza completo dello stato di sicurezza dell'immobile. Aggiungerei che andrebbe allegato anche un disegno in cui sono riportati tutti gli elementi strutturali che non superano la verifica.
Per capire bene facciamo un esempio:
Prendiamo tre edifici in muratura che abbiano la stessa destinazione d'uso e dimensioni simili. Effettuiamo l'analisi di vulnerabilità per ambedue ed otteniamo a valle i valori di tutti gli indici.
Supponiamo di chiamarli Edificio A, Edificio B ed Edificio C e che i valori determinati siano quelli seguenti:

	Edificio A	Edificio B	Edificio C
Pressoflessione fuori piano	0.60	0.66	0.66
Ribaltamento	0.92	0.68	0.68
Fondazioni	1.18	0.72	0.72
Capacità di spostamento	0.82	0.67	0.67
Danneggiamento	1.05	0.86	0.86

I numeri in rosso sono gli indici di rischio dei tre edifici, per cui sarei portato a dire che gli edifici più sicuri sono l'Edificio B e l'Edifico C e a seguire l'Edificio A.
Andiamo a confrontare i risultati di due edifici alla volta.

Edificio A vs Edificio B

Se guardiamo l'indice di rischio dei due edifici diremmo che l'Edificio A è meno sicuro dell'Edificio B in quanto, per il primo abbiamo IRA = 0.60 mentre per il secondo abbiamo IRB = 0.66.
Andiamo ora a rappresentare graficamente i valori di tutti gli indici calcolati per i due fabbricati e mettiamoli a confronto.

Come possiamo notare, l'Edificio A ha solo il primo meccanismo con IR =  0.60, gli altri sono vicini o addirittura superiori all'unità. L'Edificio B in vece pur avendo un IR = 0.66 (maggiore di 0.60) ha tutti gli altri indici più bassi di quelli dell'Edificio A e soprattutto non ne ha nemmeno uno superiore al valore 1.00.
E' chiaro che l'Edificio A è "probabilmente" più sicuro dell'Edificio B in quanto la maggior parte dei meccanismi hanno indici piuttosto elevati al contrario dell'Edificio B che ha la maggior parte dei suoi IR tra 0.66 e 0.70.
In generale potremmo dire che per l'Edificio A una volta attivato il collasso del primo elemento bisogna attendere un po' prima di attivare gli altri collassi; per l'Edificio B, al contrario, il primo elemento collasserà un attimo dopo quello dell'Edificio A ma immediatamente dopo il primo si attiveranno quasi tutti gli altri.
Questo discorso ovviamente è corretto se il collasso del primo elemento non pregiudica l'equilibrio dell'intero edificio.

Edificio B vs Edificio C

Prendiamo ora a riferimento gli altri due, il B ed il C. Supponiamo che i due edifici abbiano lo stesso numero di elementi strutturali (stesso numero di muri). Se andiamo a vedere i valori dei singoli indici, i due fabbricati risultano sicuri allo stesso modo, hanno lo stesso livello di sicurezza.
In realtà, però, i valori degli IR da soli non sono sufficienti a dire come stanno le cose, è necessario sapere la distribuzione degli elementi che non rispettano la normativa.
Supponiamo che gli elementi non verificati per ogni tipo di meccanismo di collasso siano così distribuiti all'interno dei singoli edifici.

	Edificio B		Edificio C
Pressoflessione fuori piano	0,66	15	0,66	8
Ribaltamento	0,68	9	0,68	6
Fondazioni	0,72	7	0,72	5
Capacità di spostamento	0,67	10	0,67	11
Danneggiamento	0,86	9	0,86	6

Nella tabella precedente sono riportati i valori IR ed affianco il numero di elementi che sono fuori verifica (non rispettano la norma tecnica).

Graficamente.....

E' facile vedere come pur avendo gli stessi IR i due edifici hanno un numero differente di elementi che non rispettano la verifica, per cui, l'Edificio C è più sicuro dell'Edificio B in quanto ha molti meno elementi fuori verifica.

Interventi di miglioramento sismico

Il progetto di miglioramento sismico è un insieme di interventi che servono per aumentare il valore dell'Indice di Rischio del fabbricato.
Per poter dimostrare che dopo aver effettuato un certo numero di interventi di rinforzo ci sia stato miglioramento sismico, è necessario effettuare due calcoli in cui vengono determinati gli IR dell'edificio senza interventi di rinforzo e dell'edificio con gli interventi di rinforzo, ovvero, prima e dopo gli interventi di rinforzo.
Se l'edificio con gli interventi ha IR maggiore di quello senza interventi, allora si può dire di aver effettuato un miglioramento sismico altrimenti no.
L'attuale revisione delle N.T.C. 2008 impongono che ci sia un aumento dell'IR di almeno il 10% dell'adeguamento (cioè se si parte da IR = 0.63 si deve arrivare almeno a un IR = 0.73).
Andiamo ad esaminare un caso ipotetico di progetto di miglioramento sismico rappresentando in un grafico i valori degli IR di un edificio per i vari meccanismi prima e dopo gli interventi di rinforzo.

Come è possibile vedere gli interventi progettati hanno conseguito l'aumento degli IR di tutti i meccanismi tranne il primo.
Di fatto non vi è stato miglioramento sismico in quanto l'IR finale (che è il minore tra tutti quelli calcolati) non ha subito variazioni.
In definitiva, è inutile migliorare (rendere meno vulnerabili) alcuni meccanismi se poi non si va ad innalzare quello più critico (il minore).
Per spiegare meglio la cosa potremmo fare questo esempio:

vado al pronto soccorso perché mi sono tagliato, il medico mi somministra delle vitamine.... le vitamine di sicuro non mi fanno male, anzi, probabilmente mi fanno bene, ma non vanno a risolvere il vero problema che è la mia ferita da taglio.

Trasportando l'esempio precedente nell'ambito del miglioramento sismico potremmo dire che: è inutile inserire le catene metalliche (utili per combattere il ribaltamento delle facciate) se i pannelli murari non hanno la minima resistenza alla flessione fuori piano o bassissima capacità di spostamento.......
                        a buon intenditor........😂😂