di Alessandro Martelli (esperto di sistemi antisismici, già direttore ENEA) – Soprattutto per le strutture strategiche (in primis per le scuole, per gli ospedali e per gli impianti a Rischio di Incidente Rilevante – RIR) situate in zone altamente sismiche, sarebbe di fondamentale importanza poter apprendere, in modo dettagliato, quale è stato il loro comportamento dinamico dopo che esse sono state colpite da terremoti quantomeno significativi. Ciò è possibile grazie all’installazione, al loro interno, di adeguati sistemi di monitoraggio sismico. Un adeguato monitoraggio sismico è importante in occasione non solo di terremoti violenti, come quelli di progetto, ma anche di sismi di entità inferiore, perché, grazie ai dati (accelerazioni, velocità e spostamenti) misurati da appositi sensori (accelerometri, velocimetri e trasduttori di spostamento) durante tali eventi è possibile controllare sia la correttezza di progetto stesso che l’entità dell’eventuale danneggiamento delle strutture.
La suddetta conoscenza dovrebbe, poi, essere considerata indispensabile per le strutture protette da moderni sistemi antisismici, in particolare (ma non solo) da quelli d’isolamento sismico. Infatti, è di particolare interesse verificare l’efficacia dei sistemi utilizzati, in ogni loro singola applicazione.
L’installazione di terne di accelerometri (per misurare l’accelerazione delle strutture nelle due direzioni orizzontali ed in quella verticale) è necessaria sia alla base delle strutture che alla loro sommità. Nel caso di edifici isolati sismicamente alla base, terne accelerometriche dovranno esse installate anche immediatamente sopra gli isolatori, per valutarne i benefici in termini di riduzione delle azioni sismiche. Per tali edifici è pure importante misurare, grazie ad appositi trasduttori, gli spostamenti orizzontali relativi tra la sommità e la base degli isolatori, che sono sovente considerevoli (nel caso di terremoti violenti) e dal cui valore massimo dipende la larghezza dei giunti strutturali che devono essere realizzati attorno a ciascun edificio isolato, per permettergli di muoversi liberamente nel piano orizzontale, impedendone anche urti contro edifici adiacenti.
Ho utilizzato sopra il condizionale (“sarebbe di fondamentale importanza”, “dovrebbe, poi, essere considerata indispensabile”), perché, purtroppo, quanto sopra è realizzato in modo esteso solo in alcuni Paesi (in Giappone, negli USA, nella Repubblica Popolare Cinese, ecc.): in Italia, invece, mi risulta che siano ancora assai poche le strutture, anche importanti e protette da moderni dispositivi antisismici, che sono dotate di sistemi di monitoraggio sismico.
La normativa sismica italiana, infatti, non prevede l’obbligatorietà dell’installazione di sistemi di monitoraggio sismico degli edifici: l’unica cosa che possono fare, ad esempio, i collaudatori statici è di “suggerirla” (io lo faccio da anni, nei miei certificati di collaudo statico di edifici isolati sismicamente, ma mi risulta che il mio suggerimento sia stato raramente seguito).
Esempi di monitoraggio sismico
Per sottolineare l’utilità del monitoraggio sismico, soprattutto per le strutture protette da isolatori, ritengo utile ricordare come l’efficacia di tali dispositivi sia stata dimostrata, grazie al succitato monitoraggio, per alcuni edifici importanti, durante violenti terremoti.
Gli esempi che, a tal fine, riporto sotto riguardano il comportamento misurato per:
– l’University of Southern California (USC) Hospital di Los Angeles (USA), durante il terremoto di Northridge del 1994 (https://www.meteoweb.eu/2023/02/terremoto-turchia-ospedali-isolamento-sismico/1001205925/);
– il Ministero delle Poste e Telecomunicazioni di Sanda City (Giappone), durante il terremoto di Hyogo-ken Nanbu del 1995 (https://www.meteoweb.eu/2021/05/violenti-terremoti-e-isolamento-sismico/1689633/ e https://www.meteoweb.eu/2022/03/la-prevenzione-sismica-in-giappone/1772957/);
– edifici di Ojiya City (Giappone), durante il terremoto di Niigata-ken Chetsu del 2004;
– alcuni dei tanti edifici della Regione di Tohoku (Giappone) e delle zone limitrofe, durante l’omonimo terremoto del 2011;
– una scuola di Lu Shan (Repubblica Popolare Cinese), durante d’omonimo terremoto del 2013;
– il “Centro Direzionale Sala Operativa” del Centro della Protezione Civile di Foligno (Italia), durante il terremoto di Norcia del 2016 (https://www.meteoweb.eu/2021/05/la-protezione-dal-terremoto-degli-edifici-strategici-per-la-gestione-delle-emergenze-foto/1686615/).
Un esempio di monitoraggio sismico di edifici isolati sismicamente negli USA
L’USC Hospital di Los Angeles, USA (Fig. 1), protetto da isolatori elastomerici con nucleo interno in piombo (Lead Rubber Bearing o LRB, Fig. 2), era situato a soli circa 30 km dall’epicentro del terremoto di Northridge del 17 gennaio 1994 (magnitudo M = 6,7), ma da esso non fu danneggiato, contrariamente ad altri ospedali vicini, fondati convenzionalmente. Il sistema di monitoraggio sismico di cui l’ospedale era dotato permise di valutare una riduzione delle componenti orizzontali dell’accelerazione alla sua sommità di un fattore 9, rispetto a quelle riscontrate in analoghe costruzioni fondate convenzionalmente.
Esempi di monitoraggio sismico di edifici isolati sismicamente in Giappone
Anche l’edificio del Ministero delle Poste e Telecomunicazioni di Sanda City, in Giappone (Fig. 3) era situato a circa 30 km dall’epicentro del violento sisma che lo colpì, esattamente un anno dopo quello summenzionato di Northridge. Si trattò del terremoto di Hyogo-ken Nanbu (detto anche di Kobe) del 17 gennaio 1995 (M = 6,8), al quale l’edificio, protetto da isolatori elastomerici a basso smorzamento (Low Damping Rubber Bearing o LDRB, Fig. 4) e da dissipatori elastoplastici (Elastic Plastic Device o EPD, Fig. 5), resistette indenne. Pure per quest’edificio il sistema di monitoraggio sismico di cui era dotato permise di valutare una riduzione delle componenti orizzontali dell’accelerazione alla sommità di un fattore 9, rispetto a quelle di analoghe costruzioni fondate convenzionalmente.
Nel 2004, dopo il terremoto di Niigata-ken Chetsu, nuovamente in Giappone, del 23 ottobre (M = 6,6), fu possibile determinare l’efficacia dell’isolamento sismico, grazie ai sistemi di monitoraggio, per varie strutture, ad esempio, per un grande edificio che era stato isolato sismicamente ad Ojiya City nel 1996 (Figg. 6÷8), con isolatori elastomerici (Rubber Bearing o RB) e dispositivi a scorrimento a superficie piana (Sliding Device o SD). Il sistema di monitoraggio di tale edificio, rimasto indenne dopo il terremoto, evidenziò una riduzione del valore massimo delle componenti orizzontali dell’accelerazione da 0,725 g (alla base) a 0,194 g (alla sommità).
L’11 marzo 2011, quando in Giappone si verificò il disastroso terremoto di Tohoku (di magnitudo momento Mw = 9,1), nell’omonima Regione sorgevano già 118 edifici isolati sismicamente. Anche per essi i sistemi di monitoraggio sismico furono assai utili per determinare la riduzione del valore massimo delle componenti orizzontali dell’accelerazione, dalla base alla sommità. Tre di tali edifici furono:
- il Municipio di Hachinohe (città della Prefettura di Aomori, a nord di Sendai), di 10 piani (Fig. 9), isolato con LRB, per il quale i valori massimi delle componenti orizzontali dell’accelerazione furono ridotti da 0,21g e 0,29 g alla base a 0,12 g alla sommità;
- un edificio governativo a Sendai (nella Prefettura di Miyagi), di 9 piani, che era stato adeguato sismicamente con isolatori elastomerici ad alto smorzamento (High Damping Rubber Bearing o HDRB) nel 2009 (Fig. 10), per il quale i valori massimi delle componenti orizzontali dell’accelerazione furono ridotti da 0,25g e 0,29 g alla base a 0,14 g e 0,18 g alla sommità e lo spostamento orizzontale massimo risultò di soli 18 cm;
- l’MT Building, anch’esso a Sendai, di 18 piani, isolato sismicamente con RB e SD (Fig. 11), per il quale i valori massimi delle componenti orizzontali dell’accelerazione furono ridotti da 0,23g e 0,31 g alla base a 0,19 g alla sommità e lo spostamento orizzontale massimo risultò di soli 23 cm.
Per quanto attiene al comportamento, durante il suddetto terremoto di Tohoku del 2011, di edifici giapponesi isolati sismicamente situati più lontano dall’epicentro, da citare sono:
- il Municipio di Tsukuba (città della Prefettura di Ibaraki, nella Regione di Kanto, situata tra Tokyo e Sendai), di 6 piani (Fig. 12), per il quale i valori massimi delle due componenti dell’accelerazione orizzontale furono ridotti da 0,23 g e 0,33 g alla base a 0,09 g e 0,13 g alla sommità;
- il National Western Art (Le Corbusier) Museum di Tokyo, di 4 piani (Fig. 13), che era stato adeguato sismicamente con HDRB in sottofondazione nel 1999, per il quale i valori massimi delle due componenti dell’accelerazione orizzontale furono ridotti da 0,19 g e 0,28 g alla base a 0,08 g e 0,10 g alla sommità.
Un esempio di monitoraggio sismico di edifici isolati sismicamente nella Repubblica Popolare Cinese
Per quanto riguarda la Repubblica Popolare Cinese un esempio di monitoraggio sismico di un edificio isolato è quello di una scuola di Lu Shan (Fig. 14), che, contrariamente al 75% degli edifici della zona (https://www.meteoweb.eu/2022/03/prevenzione-sismica-grazie-alle-moderne-tecnologie-desempio-e-ora-anche-la-cina-foto/1775712/), resistette indenne all’omonimo terremoto del 22 aprile 2013 (M = 7,0). Grazie al sistema di monitoraggio sismico installato in tale scuola, fu possibile verificare una riduzione del valore massimo delle componenti orizzontali dell’accelerazione da 0,20 g alla base a 0,12 g alla sommità. Inoltre, dato che pure scuole similari vicine con fondazioni convenzionali erano monitorate sismicamente, fu possibile valutare che l’isolamento sismico aveva comportato una riduzione del valore massimo delle componenti orizzontali dell’accelerazione alla sommità della struttura pare a 6.
Uno dei rari esempi di monitoraggio sismico di edifici isolati sismicamente in Italia
Come ho prima scritto, in Italia ben pochi edifici, pure isolati sismicamente, mi risultano essere dotati di sistemi di monitoraggio sismico. Uno di questi, però, è importante: si tratta dell’edificio principale (“Centro Direzionale Sala Operativa”) del Centro della Protezione Civile di Foligno, in Umbria (Figg. 15 e 16).
Tale edificio, isolato sismicamente grazie a 10 isolatori HDRB di 1 m di diametro, fu progettato dal Prof. Alberto Parducci di Perugia e fu da me collaudato nel 2011. Successivamente, come, peraltro, era stato da me suggerito nella relazione di collaudo, l’edificio fu dotato di un adeguato sistema di monitoraggio sismico (nell’ambito di una collaborazione fra la Regione dell’Umbria e l’ENEA). Per la sua architettura, l’edificio, nel 2011, ottenne il premio di eccellenza dell’A.I.C.A.P.
È importante sottolineare che, grazie al sistema di monitoraggio sismico installato, in occasione del terremoto di Norcia del 30 ottobre 2016 (di magnitudo momento Mw = 6,5), che ebbe epicentro a 36 km di distanza dall’edificio, fu possibile misurare adeguatamente la risposta sismica dell’edificio (Figg. 17 e 18). In particolare, fu possibile verificare sia il valore della sua prima frequenza di risonanza (1 Hz), che l’assenza di amplificazioni delle azioni sismiche nella sovrastruttura, grazie all’isolamento (Fig. 18).
Considerazioni conclusive
Gli esempi dell’ottimo comportamento, durante violenti terremoti, di importanti edifici isolati sismicamente, che è stato possibile determinare grazie alla presenza, in essi, di adeguati sistemi di monitoraggio sismico, sottolineano l’importanza di dotare di tali sistemi, anche in Italia, quantomeno le strutture strategiche, in particolare se esse sono protette da sistemi antisismici.
Ritengo che ciò dovrebbe costituire un obbligo per gli edifici più importanti (quali sono le scuole e gli ospedali), da aggiungersi a quelli già proposti al Ministro delle Infrastrutture e dei Trasporti il 28 gennaio u.s. (https://www.meritocrazia.eu/rischio-sismico-e-altre-calamita/ e https://www.meteoweb.eu/2023/02/terremoto-turchia-ospedali-isolamento-sismico/1001205925/).
Sulla suddetta ulteriore proposta verterà un aggiornamento della petizione “Che si inizino finalmente ad attuare serie politiche di prevenzione dai rischi naturali!” (http://chng.it/gf7T6ZVF), i cui firmatari sono sempre più numerosi (a tutt’oggi sono 917).
