Cos’è il rischio sismico e come si determina la classe di rischio sismico di un edificio?

Rischio sismico: ecco come si determina la classe di rischio sismico di un edificio col metodo semplificato e col metodo analitico

Il MIT ha pubblicato il decreto contenente le linee guida per la determinazione della classe di rischio sismico degli edifici. Tali classi sono necessarie per stabilire l’entità del sisma-bonus (detrazione fiscale Irpef) che varia in funzione del miglioramento di classe ottenuto a seguito dell’intervento.

Cos’è il rischio sismico

Il rischio sismico è la misura matematica/ingegneristica per valutare il danno atteso a seguito di un possibile evento sismico.

Il rischio sismico dipende da un’interazione di fattori. Esso è funzione di:

  • pericolosità
  • vulnerabilità
  • esposizione

In particolare è valida la relazione:

Rischio = Pericolosità · Vulnerabilità · Esposizione

ove:

  • pericolosità: è la probabilità che si verifichi un sisma (terremoto atteso); è legato alla zona sismica in cui si trova l’edificio
  • vulnerabilità: consiste nella valutazione delle conseguenze del sisma; è legata alla capacità dell’edificio di resistere al sisma
  • esposizione: è la valutazione socio/economica delle conseguenze; è legata ai contesti delle comunità

 

Rischio sismico

Rischio sismico

Metodi per la determinazione della classe di rischio sismico

Le classe di rischio sismico sono le seguenti:

  1. classe A+ (minor rischio)
  2. classe A
  3. classe B
  4. classe C
  5. classe D
  6. classe E
  7. classe F
  8. classe G (maggior rischio)

La determinazione della classe di appartenenza di un edificio può essere condotta secondo due metodi alternativi:

  1. metodo convenzionale
  2. metodo semplificato

Metodo semplificato

Il metodo semplificato si basa su una classificazione macrosismica dell’edificio. E’ indicato per una valutazione speditiva della Classe di Rischio dei soli edifici in muratura e può essere utilizzato sia per una valutazione preliminare indicativa, sia per valutare la classe di rischio in relazione all’adozione di interventi di tipo locale.

Metodo convenzionale

Il metodo convenzionale è applicabile a qualsiasi tipologia di costruzione. Esso è basato sull’applicazione dei normali metodi di analisi previsti dalle attuali NCT 20080 e consente la valutazione della Classe di Rischio della costruzione

  • sia nello stato di fatto
  • sia nello stato conseguente intervento progettato

Classe di rischio sismico con il metodo semplificato

Con tale metodo è possibile calcolare la classe di rischio sismico solo per strutture in murature e per interventi di tipo locale.

Nel caso di valutazioni finalizzate all’esecuzione di interventi sugli edifici volti alla riduzione del rischio, è consentito l’impiego del metodo semplificato nei soli casi in cui si adottino interventi di rafforzamento locale; in tal caso è ammesso il passaggio di una sola classe di rischio.

Nello specifico si determina, sulla base delle caratteristiche della costruzione, la classe di rischio di appartenenza a partire dalla classe di vulnerabilità definita dalla Scala Macrosismica Europea (EMS) di seguito riportata.

figura_2_approccio_semplificato_classe_vulnerabilita

Vengono definite 7 tipologie di edifici in muratura a cui corrisponde una vulnerabilità media di ciascuna individuando 6 classi di vulnerabilità, da V1  a V6, con vulnerabilità crescente dal pedice 1 al pedice 6.

Per ogni tipologia e ogni classe di vulnerabilità, il valore più credibile (cerchio) e la dispersione intorno a tale valore, espressa con i valori più probabili (linee continue) e meno probabili o addirittura eccezionali (linee tratteggiate).

La valutazione della classe di vulnerabilità, necessaria per la determinazione della classe di rischio della costruzione in esame mediante il metodo semplificato, deve essere condotta in due passi successivi:

  1. determinazione della tipologia strutturale che meglio descrive la costruzione in esame e della classe di vulnerabilità media (valore più credibile) associata;
  2. valutazione dell’eventuale scostamento dalla classe media a causa di un elevato degrado, di una scarsa qualità costruttiva o della presenza di peculiarità che possono innescare meccanismi di collasso locale per valori particolarmente bassi dell’azione sismica e aumentare la vulnerabilità globale.

Per la determinazione della classe di vulnerabilità media e per la valutazione dell’eventuale scostamento, si può utilizzare la seguente tabella:

Si sottolinea come, nell’ambito di queste linee guida, sia previsto lo scostamento dalla classe media solo nel verso di un aumento della vulnerabilità.

La classe di vulnerabilità, in relazione alla pericolosità del sito in cui è localizzato l’edificio, corrisponde a una classe di rischio.

Per semplicità, la pericolosità del sito è individuata attraverso la zona sismica di appartenenza cosi come definita dall’O.P.C.M. 3274.

È così possibile definire le corrispondenze tra classi di vulnerabilità V1, V2, … V6 e classi di rischio A+, A, …, G, come indicato nela tabella successiva.

Classe di Rischio

PAM

Zona 1

Zona 2

Zona 3

Zona 4

A+* PAM ≤ 0,50% V÷ V2
A* 0,50% < PAM ≤ 1,0% V÷ V2 V÷ V4
B* 1,0% < PAM ≤ 1,5% V1 V÷ V2 V3 V5
C* 1,5% < PAM ≤ 2,5% V2 V3 V4 V6
D* 2,5% < PAM ≤ 3,5% V3 V4 V÷ V6
E* 3,5% < PAM ≤ 4,5% V4 V5
F* 4,5% < PAM ≤ 7,5% V5 V6
G* 7,5% < PAM V6

Tabella 5 – Classe PAM attribuita in funzione della classe di vulnerabilità assegnata all’edificio e della zona sismica in cui lo stesso è situato

NOTA BENE: Per distinguere l’attribuzione di classe mediante il metodo semplificato da quella ottenuta mediante il metodo convenzionale, le classi ottenute con il metodo semplificato sono contrassegnate da un asterisco (A+*, A*, B*, ecc.).

Nota della redazione: il testo del decreto firmato dal Ministro ma non ancora pubblicato in Gazzetta riporta nell’ultima riga della colonna PAM il seguente testo errato; abbiamo provveduto a sistemarlo con quello della colonna destra

PAM

PAM

7,5% ≤ PAM 7,5% < PAM

Per tutti gli interventi che, pur riducendo il rischio, non consentono il passaggio alla Classe di Rischio minore, si può comunque ricorrere agli sgravi fiscali minimi già previsti dalle altre misure di agevolazione vigenti.

Classe di rischio sismico con il metodo convenzionale

Parametri per la determinazione della classe di rischio sismico

Per determinare la classe di rischio si fa nel seguito riferimento a due parametri:

  1. la Perdita Annuale Media attesa (PAM), che tiene in considerazione le perdite economiche associate ai danni agli elementi, strutturali e non, e riferite al costo di ricostruzione (CR) dell’edificio privo del suo contenuto
  2. l’indice di sicurezza (IS-V) della struttura, definito come il rapporto tra l’accelerazione di picco al suolo (PGA, Peak Ground Acceleration) che determina il raggiungimento dello Stato Limite di salvaguardia della Vita (SLV), capacità in PGA – PGAC, e la PGA che la norma indica, nello specifico sito in cui si trova la costruzione e per lo stesso stato limite, come riferimento per la progettazione di un nuovo edificio, domanda in PGA – PGAD.

NB: si determina la classe sia in termini di PAM  che di IS-V, dopodiché si associa all’edificio la classe minore (quella corrispondente al rischio maggiore).

Come si attribuisce la classe di rischio sismico

Il parametro da usare è il PAM: costo di riparazione dei danni prodotti dagli eventi sismici che si manifesteranno nel corso della vita della costruzione, ripartito annualmente ed espresso come percentuale del costo di ricostruzione.

Esso costituisce l’area sottesa alla curva rappresentante le perdite economiche dirette, in funzione della frequenza media annua di superamento (pari all’inverso del periodo medio di ritorno) degli eventi che provocano il raggiungimento di uno stato limite per la struttura.

Tale curva può essere discretizzata con una spezzata. Minore sarà l’area sottesa da tale curva, minore sarà la perdita media annua attesa (PAM).

I valori di riferimento per la definizione delle Classi PAM sono riportati di seguito.

Perdita Media Annua attesa (PAM)

Classe PAM

PAM ≤ 0,50% A+PAM
0,50% < PAM ≤ 1,0% PAM
1,0% < PAM ≤ 1,5% B PAM
1,5% < PAM ≤ 2,5% PAM
2,5% < PAM ≤ 3,5% PAM
3,5% < PAM ≤ 4,5% PAM
4,5% < PAM ≤ 7,5% PAM
7,5%  < PAM PAM

Nota della redazione: il testo del decreto firmato dal Ministro ma non ancora pubblicato in Gazzetta riporta nell’ultima riga della colonna PAM il seguente testo errato; abbiamo provveduto a sistemarlo con quello della colonna destra

PAM

PAM

7,5% ≤ PAM 7,5% < PAM

Analogamente, i valori di riferimento dell’indice di sicurezza da cui derivare la Classe IS-V, legata alla salvaguardia della vita umana, sono riportati in tabella 2.

Indice di Sicurezza

Classe IS-V

100% < IS-V A+IS-V
80% < IS-V ≤ 100% IS-V
60% < IS-V ≤ 80% IS-V
45% < IS-V ≤ 60% IS-V
30% < IS-V ≤ 45% IS-V
15% < IS-V ≤ 30% IS-V
IS-V ≤ 15% IS-V

Tabella 2 – Attribuzione della Classe di Rischio IS-V in funzione dell’entità dell’Indice di Sicurezza

Nota della redazione: il testo del decreto firmato dal Ministro, ma non ancora pubblicato in Gazzetta, riporta nella colonna dell’indice di sicurezza il seguente testo errato. Abbiamo provveduto a sistemarlo con quello della colonna destra

Indice di Sicurezza

Indice di Sicurezza

100% < IS-V 100% < IS-V
100% ≤ IS-V < 80% 80% < IS-V ≤ 100%
80% ≤ IS-V < 60% 60% < IS-V ≤ 80%
60% ≤ IS-V < 45% 45% < IS-V ≤ 60%
45% ≤ IS-V < 30% 30% < IS-V ≤ 45%
30% ≤ IS-V < 15% 15% < IS-V ≤ 30%
IS-V ≤ 15% IS-V ≤ 15%

A titolo indicativo, una costruzione la cui capacità, in termini di accelerazione di picco al suolo associata allo SLV pari a quella richiesta dalle vigenti Norme Tecniche per le Costruzioni per un edificio di nuova costruzione e caratterizzato dalla medesima vita nominale e classe d’uso, ha un valore di IS-V che lo colloca in Classe IS-V A.

Per la valutazione della Classe PAM e della Classe IS-V della costruzione in esame, necessarie per l’individuazione della Classe di Rischio, è sufficiente fare uso dei metodi indicati dalle vigenti Norme Tecniche per le Costruzioni, procedendo con i seguenti passi:

  1. Si effettua l’analisi della struttura e si determinano i valori delle accelerazioni al suolo di capacità, PGAC(SLi), che inducono il raggiungimento degli stati limite indicati dalla norma (SLC, SLV, SLD, SLO). È possibile, in via semplificata, effettuare le verifiche limitatamente(3) allo SLV (stato limite per la salvaguardia della vita) ed allo SLD (stato limite di danno)
  2. Note le accelerazioni al suolo, PGAC, che producono il raggiungimento degli stati limite sopra detti, si determinano i corrispondenti periodi di ritorno, TrC, associati ai terremoti che generano tali accelerazioni. In assenza di più specifiche valutazioni, il passaggio dalle PGAC ai valori del periodo di ritorno possono essere eseguiti utilizzando la seguente relazione(4):

TrC = TrD (PGAC / PGAD)η             con η = 1/0,41

3. Per ciascuno dei periodi sopra individuati, si determina il valore della frequenza media annua di superamento:

λ = 1/TrC

È utile sottolineare che, per il calcolo del tempo di ritorno TrC associato al raggiungimento degli stati limite di esercizio (SLD ed SLO) è necessario assumere il valore minore tra quello ottenuto per tali stati limite e quello valutato per lo stato limite di salvaguardia della vita. Si assume, di fatto, che non si possa raggiungere lo stato limite di salvaguardia della vita senza aver raggiunto gli stati limite di operatività e danno

  1. Si definisce Stato Limite di Inizio Danno (SLID), quello a cui è comunque associabile una perdita economica nulla in corrispondenza di un evento sismico e il cui periodo di ritorno è assunto, convenzionalmente, pari a 10 anni, ossia λ = 0,1
  2. Si definisce Stato Limite di Ricostruzione (SLR) quello a cui, stante la criticità generale che presenta la costruzione al punto da rendere pressoché impossibile l’esecuzione di un intervento diverso dalla demolizione e ricostruzione, è comunque associabile una perdita economica pari al 100%. Convenzionalmente si assume che tale stato limite si manifesti in corrispondenza di un evento sismico il cui periodo di ritorno è pari a quello dello Stato Limite dei Collasso (SLC)
  3. Per ciascuno degli stati limite considerati si associa al corrispondente valore di λ il valore della percentuale di costo di ricostruzione secondo la seguente tabella 2(5):

Stato Limite

 CR(%)

SLR 100%
SLC 80%
SLV 50%
SLD 15%
SLO 7%
SLID 0%

Tabella 3 – Percentuale del costo di ricostruzione (CR), associata al raggiungimento di ciascuno stato limite

  1. Si valuta il PAM (in valore percentuale), ovvero l’area sottesa alla spezzata individuata dalle coppie (λ, CR) per ciascuno dei sopra indicati stati limite, a cui si aggiunge il punto (λ=0, CR=100%), mediante la seguente:

PAM = ∑5i=2 [λ(SLi-1) – λ(SLi)]*[CR%(SLi) + CR%(SLi-1)]/2 + λ(SLC)*CR%(SLR)

dove l’indice “i” rappresenta il generico stato limite (i=5 per lo SLC e i=1 per lo SLID)(6).

Nota della redazione: il testo del decreto firmato dal Ministro, ma non ancora pubblicato in Gazzetta, riporta il seguente testo errato:

PAM = ∑5i=2 [λ(SLi) – λ(SLi-1)]*[CR%(SLi) + CR%(SLi-1)]/2 + λ(SLC)*CR%(SLR)

Abbiamo provveduto a sistemarlo con quello corretto

PAM = ∑5i=2 [λ(SLi-1) – λ(SLi)]*[CR%(SLi) + CR%(SLi-1)]/2 + λ(SLC)*CR%(SLR)

  1. Si individua la Classe PAM, mediante la tabella 1 che associa la classe all’ intervallo di valori assunto dal PAM.
  2. Si determina l’indice di sicurezza per la vita IS-V, ovvero il rapporto tra la PGAC (di capacità) che ha fatto raggiungere al fabbricato lo stato limite di salvaguardia della vita umana e la PGAD (di domanda) del sito in cui è posizionato la costruzione, con riferimento al medesimo stato limite.
  3. Si individua la Classe IS-V, mediante la tabella 2 che associa la classe all’intervallo di valori assunto dall’Indice di sicurezza per la vita IS-V, valutato come rapporto tra la PGAC (SLV) e PGAD(SLV).
  4. Si individua la Classe di Rischio(7) della costruzione come la peggiore tra la Classe PAM e la Classe IS-V.

Il valore della Classe di Rischio attribuita a ciascuna costruzione, come detto, può essere migliorato a seguito di interventi che riducono il rischio della costruzione e, quindi, che incidono sul valore PAM e/o sulla capacità che la struttura possiede rispetto allo stato limite della salvaguardia della vita, valutato come rapporto tra la PGAC (SLV) e PGAD(SLV).

 

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