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15.03.2010 | Costruzioni e sisma nella Svizzera italiana
I terremoti sono sempre avvenuti anche in Svizzera, seppur con meno intensità rispetto a paesi a noi vicini come l’Italia e la Turchia.
Nella nostra società fortemente industrializzata e urbanizzata, anche un piccolo sisma potrebbe provocare danni enormi, come ad esempio nel caso di una panne di lunga durata di corrente elettrica in un ospedale o nel caso di rottura di un impianto in un’industria chimica. Anche senza crolli potremmo avere perdite e danni di non poco conto.
La migliore prevenzione è costruire edifici parasismici e salvaguardare il patrimonio costruito: sono infatti gli edifici che crollano – e non le scosse di terremoto - a causare vittime.
Già da molti anni nelle norme SIA sono contenute disposizioni in merito.
Apparso su Rivista archi 2/2010 www.rivista-archi.ch
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Costruzioni e sisma nella Svizzera italiana

Premessa
I terremoti sono sempre avvenuti anche in Svizzera, seppur con meno intensità rispetto a paesi a noi vicini come l’Italia e la Turchia.
Nella nostra società fortemente industrializzata e urbanizzata, anche un piccolo sisma potrebbe provocare danni enormi, come ad esempio nel caso di una panne di lunga durata di corrente elettrica in un ospedale o nel caso di rottura di un impianto in un’industria chimica. Anche senza crolli potremmo avere perdite e danni di non poco conto.
La migliore prevenzione è costruire edifici parasismici e salvaguardare il patrimonio costruito: sono infatti gli edifici che crollano – e non le scosse di terremoto - a causare vittime.

Sviluppi degli ultimi decenni in Svizzera
Già da molti anni nelle norme SIA sono contenute disposizioni in merito e per parecchi ingegneri strutturisti il dimensionamento sismico è noto e affrontato come qualsiasi altra sollecitazione agente sulle strutture.
Negli ultimi decenni la ricerca universitaria si è occupata sempre più intensamente di questi temi ed ha posto domande importanti all’opinione pubblica , ad esempio:
• nel caso di un sisma in Svizzera, sarebbe garantita o meno una sicurezza sufficiente per gli edifici strategicamente importanti (struttura e impianti)?
• come sono assicurati i danni alle costruzioni in caso di terremoto?
• quali sono i terreni di fondazione che amplificano le forze sismiche?
La Confederazione e i Cantoni hanno perciò intrapreso studi specifici con le compagnie di assicurazione, con i servizi geologici, con le scuole universitarie per dare risposte a questi quesiti. Nel contempo si è pure attivata una campagna di sensibilizzazione rivolta ai progettisti e ai proprietari privati e pubblici.
Il lavoro svolto nel contempo dalle specifiche cattedre al Politecnico di Zurigo e Losanna ha portato all’introduzione di regole dettagliate nelle nuove norme Swisscodes nel 2003, coerenti con le normative internazionali. Grazie a corsi di aggiornamento e alla formazione proposta oggi nei Politecnici e nelle Scuole universitarie professionali SUP, le conoscenze della maggioranza degli ingegneri strutturisti sono aggiornate: il dimensionamento con forze sostitutive o spettri di risposta è applicato regolarmente nella pratica professionale.

Situazione attuale in Svizzera
Visto l'elevato potenziale di danno, in Svizzera il terremoto è il pericolo naturale che comporta i rischi maggiori . La sicurezza sismica di circa il 90% degli edifici non è mai stata esaminata oppure lo è stata secondo norme obsolete, pertanto potrebbe essere insufficiente. Gli istituti di riassicurazione svizzeri hanno calcolato che un evento di magnitudo 6 della Scala Richter provocherebbe danni per 7 miliardi di franchi, mentre un sisma vicino a magnitudo 7 causerebbe danni per circa 60 miliardi di franchi.
La prevenzione sismica nelle costruzioni è di competenza dei Cantoni.
A livello federale attualmente si discute sugli aspetti assicurativi, visto che questi danni al momento non sono coperti dalle polizze assicurative.
In Vallese e a Basilea, dove il rischio sismico è più alto, molti proprietari pubblici e privati si sono già attivati per mettere in regola le costruzioni e gli impianti esistenti.
In alcuni Cantoni le amministrazioni pubbliche hanno avviato l’esame dei propri edifici e manufatti, come pure l’allestimento delle carte di catalogazione dei terreni in classi sismiche secondo la norma SIA 261.
Il cantone di Basilea città ha inoltre introdotto l’obbligo legale di allestimento di un’autodichiarazione di sicurezza sismica al momento della domanda di costruzione. A dipendenza dell’importanza dell’edificio, questo Cantone controlla pure la conformità alle norme SIA 260 e 261 tramite la verifica del calcolo statico .
I committenti importanti - come le Ferrovie Federali Svizzere – operano incaricando un ingegnere verificatore del controllo della progettazione dei manufatti e degli edifici.

Situazione in Ticino
In Ticino il rischio sismico è più basso rispetto alle altre regioni svizzere, ma non per questo trascurabile. Nella progettazione ancora oggi l’argomento viene spesso messo in secondo piano, poiché si ritiene che il rischio non sia rilevante rispetto ad altri pericoli naturali .
Per quanto concerne le seguenti categorie di edifici e impianti è pure da noi importante procedere con una seria riflessione sui reali rischi di danno sismico:
• edifici di importanza rilevante in caso di catastrofe come ospedali, centrali di polizia, caserme pompieri, ecc,. , che devono garantire la propria efficienza soprattutto in caso di catastrofe,
• scuole e edifici interessati da assembramenti di persone,
• edifici di grandi dimensioni o particolarmente alti,
• monumenti storici.
Anche in Ticino le nuove costruzioni vengono progettate e dimensionate in base alle recenti normative. Per contro, poco viene fatto per verificare la resistenza degli edifici e monumenti esistenti, anche laddove vengono eseguiti dei lavori di ristrutturazione.

Regole di progettazione per le nuove costruzioni
La conformazione dell’edificio è determinante per stabilire se sarà in grado o meno di rispondere efficacemente alle scosse di terremoto. In base all’osservazione del comportamento degli edifici danneggiati da terremoti in varie parti del mondo, emerge infatti che gli edifici rispondono al sisma in modo molto differenziato a dipendenza del loro sistema costruttivo e di controventamento.
È possibile costruire strutture efficienti al sisma, semplicemente impostando in modo adeguato la struttura, senza ripercussioni economiche e senza necessità di complessi calcoli statici.
Nelle norme SIA in vigore , sono state raccolte regole di progettazione semplici da adottare, che devono essere applicate non solo dagli ingegneri civili, ma soprattutto anche dai progettisti architetti. Esiste oggi numerosa letteratura in merito che spiega questi concetti basilari, validi sia per le costruzioni nuove che per quelle esistenti, rivolta anche a persone non specialiste .
Ritengo che valga la pena illustrare alcune di queste regole, ricordando che - come sempre - è fondamentale una collaborazione efficace fra architetto, ingegnere civile e specialisti sin dall’inizio della progettazione.

Forze sismiche
Il sisma è un fenomeno di dissipazione di energia, che sollecita le strutture in modo molto differente rispetto alle normali azioni statiche.
L’energia sismica viene trasmessa alle strutture in tempi brevissimi con scosse improvvise e oscillatorie, provocando forze dinamiche e spostamenti considerevoli.
L’analisi strutturale deve quindi considerare il comportamento dinamico e il comportamento ultimo dei materiali (plasticità), in modo analogo a quanto viene eseguito in campo automobilistico nell’analisi del comportamento delle autovetture in caso di forti impatti (crash test). Si parla di “dimensionamento a capacità”: si tratta di un approccio innovativo per l’ingegneria civile, dove nel calcolo strutturale tradizionale si analizza in genere secondo la teoria elastica di primo ordine.
In genere le scosse sismiche vengono modellate con forze statiche orizzontali, stabilite sulla base di un modello ad asta con masse oscillanti.

Costruzioni massicce o leggere
Le scosse di terremoto dissipano energia negli edifici attraverso spostamenti e forze.
Costruzioni leggere e flessibili assorbono le scosse in modo preponderante oscillando con deformazioni più grandi rispetto alle costruzioni massicce e pesanti.
Le forze sismiche agenti sulle strutture sono proporzionali alla massa degli edifici e inversamente proporzionali alla capacità deformativa.
In genere le costruzioni in materiale massiccio (calcestruzzo o laterizio) sono interessate da forze sismiche più grandi rispetto ad edifici in costruzione leggera (legno, acciaio).
Le costruzioni leggere in acciaio e legno sono meno sensibili al sisma, il quale spesso non risulta determinante rispetto ad altre situazioni di carico.
Le recenti ricostruzioni in Umbria con case in legno hanno seguito questo principio.

Sistemi di irrigidimento
Gli edifici vengono irrigiditi con solette orizzontali collegate a elementi stabilizzanti verticali, realizzati con pareti piene oppure con telai.
In Svizzera si impiega correntemente il sistema con pareti piene eseguite con calcestruzzo gettato in opera. La ripresa degli sforzi sismici viene concentrata su questi elementi, le restanti strutture verticali (colonne o pareti) vengono dimensionate prevalentemente per la ripresa dei carichi verticali.
La ripresa degli ulteriori carichi orizzontali come il vento o le spinte della terra segue il medesimo principio.
L’inerzia delle pareti stabilizzanti deve essere proporzionata alle dimensioni dell’edificio e alla sua massa: prevedere un solo corpo lift e scala non è sempre sufficiente.

Disposizione delle pareti d’irrigidimento
Nel caso di edifici con pareti irrigidenti, esse devono essere disposte in pianta in modo che il loro baricentro (centro d’inerzia S) corrisponda con il baricentro della massa dell’edificio (centro di massa M). Ciò permette di riprendere le scosse sismiche prevalentemente con oscillazioni traslatorie e di dissipare in modo efficiente l’energia sismica.
In caso di elementi stabilizzanti fortemente eccentrici, l’edificio risponde al sisma con oscillazioni rotatorie e con forti sforzi torcenti nella struttura.
Un errore di concezione di questo tipo può essere difficilmente corretto con il calcolo.
La disposizione simmetrica in pianta di almeno due pareti in ogni direzione è perciò di fondamentale importanza.
È pure indispensabile che gli elementi d’irrigidimento verticali siano continui su tutta l’altezza, senza discontinuità in verticale e con poche aperture.
Sono assolutamente da evitare piani poco rigidi, al piano terreno o ai piani superiori (effetto “soft floor”).

Elementi secondari non portanti
La caduta di suppellettili, controsoffitti, tamponamenti, impianti, può causare danni importanti. Quindi gli elementi non portanti devono essere adeguatamente fissati, pur mantenendo la loro indipendenza rispetto alla struttura portante principale.

Dimensionamento sismico
Nella nuova norma SIA 261 si prevedono due metodi di dimensionamento: il metodo degli spettri di risposta oppure il metodo delle forze sostitutive.
Il metodo degli spettri di risposta è in genere applicato con l’ausilio di programmi informatici e permette di analizzare in modo preciso il comportamento oscillatorio e le relative sollecitazioni sismiche in base alle teorie dinamiche.
Il metodo delle forze sostitutive permette di modellare il sisma con forze statiche proporzionali alla massa e distribuite sulla verticale in modo crescente. Si tratta di un metodo molto utilizzato per la sua semplicità di utilizzo, in genere più conservativo ma accettabile laddove il rischio sismico è basso come ad esempio nella Svizzera italiana.

Duttilità
Se l’energia sismica riesce ad essere assorbita con deformazioni, le forze dinamiche sono piu’ ridotte. Perciò le nuove norme prevedono accorgimenti per aumentare la flessibilità della struttura sfruttando le capacità plastiche presenti anche nel caso di pareti stabilizzanti in calcestruzzo armato.
Aumentando la duttilità del sistema d’irrigidimento è possibile ridurre il quantitativo di armature necessarie. Per fare ciò è possibile scegliere acciaio d’armatura duttile tipo B500C e predisporre rinforzi con staffe conformate con ganci a 135 gradi.

Conclusione
Il campo dell’ingegneria sismica si è arricchito negli ultimi decenni di nuove conoscenze, che permettono di ottimizzare la struttura degli edifici e ridurre notevolmente il rischio di danni in caso di terremoto.
Anche nella nostra regione che ha un rischio sismico contenuto, le nuove costruzioni devono essere concepite in base ai principi delle recenti normative Swisscodes.
Con i medesimi principi è indispensabile verificare e progettare eventuali interventi di rinforzo anche per gli edifici esistenti: spesso con investimenti poco importanti (aggiunta di controventi o tiranti disposti nei punti giusti) è possibile migliorare sensibilmente il comportamento sismico degli edifici che mostrano carenze.
Nei prossimi anni l’aumento di complessità dei nuovi edifici come pure la necessità di rinnovo del parco immobiliare richiederanno sempre più frequentemente a ingegneri, architetti e committenti di trattare con la dovuta importanza anche questo tema e sicuramente verranno proposti ulteriori contributi anche in questa rivista.