Normativa sismica e tecniche di protezione passiva

I sistemi antisismici e la nuova normativa sismica

A cura di Mauro Dolce,

Direttore dell’Ufficio “Valutazione, prevenzione e mitigazione del rischio sismico” (SISM) del Dipartimento della Protezione Civile della Presidenza del Consiglio dei Ministri; ordinario di Tecnica delle Costruzioni alla Facoltà di Ingegneria dell’Università degli Studi di Napoli “Federico II”; socio onorario e fondatore del GLIS e socio fondatore dell’ASSISi.

L'articolo è estratto da XXI secolo, Scienza e Tecnologia.

È ben noto che la capacità di sopravvivenza di una struttura ad un forte terremoto è strettamente correlata alla quantità di energia che il terremoto immette nella struttura ed alla capacità della struttura stessa di dissiparla. Questo principio è alla base di qualsiasi strategia di protezione sismica. Nelle strutture convenzionali ben poco si può fare per ridurre l’energia in entrata e, pertanto, si richiede alla struttura la capacità di dissipare energia attraverso un comportamento non lineare per quanto possibile “favorevole”, ossia ammettendo che gli elementi strutturali vengano sollecitati ben oltre il loro limite elastico, con conseguenti danni alle parti strutturali e non strutturali, senza provocare il collasso della costruzione.

Questa strategia di protezione rappresenta evidentemente solo una soluzione parziale al problema, in qualche modo la scelta del male minore. Il suo superamento può avvenire uscendo dal convenzionale, adottando tecniche moderne di protezione che utilizzano dispositivi meccanici, elettromeccanici ed elettronici, per attuare strategie di protezione passiva, semiattiva ed attiva dalle vibrazioni. Tra queste, solo la protezione passiva, quella che utilizza esclusivamente dispositivi meccanici, è, allo stato di sviluppo attuale, considerata matura per un’applicazione su vasta scala per la protezione delle costruzioni dai terremoti.

Le tecniche di protezione passiva basate sull’isolamento e sulla dissipazione di energia operano, rispettivamente, sull’energia in input nella struttura (filtrata e significativamente ridotta dal sistema d’isolamento) e sull’energia dissipata (non più attraverso il danno agli elementi strutturali portanti, ma attraverso appositi dispositivi all’uopo concepiti). In tal modo l’impegno della struttura in campo non lineare viene drasticamente ridotto e, conseguentemente, lo sono i danni che l’opera nel suo complesso subisce, anche per terremoti molto violenti. Nel contempo i dispositivi, appositamente concepiti e progettati, sono in grado di sostenere senza danni tali terremoti ed eventuali repliche. Queste tecniche, sebbene oramai largamente utilizzate in molte applicazioni di rilievo, in Italia non sono ancora entrate nella consuetudine progettuale. Le applicazioni sono tuttora viste come eccezioni o casi pilota, determinati da una specifica volontà del progettista o dell’ente proprietario.

Ciononostante, e soprattutto grazie al notevole impulso determinato dalle applicazione sui ponti autostradali degli anni ’80-’90 [Dolce 1990], si è avuto un notevole sviluppo dell’industria italiana del settore, capace di importanti affermazioni anche in campo internazionale. Diversificata è la situazione delle applicazioni nel mondo, in relazione all’esperienza di terremoti, che hanno messo alla prova l’efficacia dell’isolamento sismico e della dissipazione di energia, allo sviluppo di apposite norme ed alla loro onerosità in termini applicativi. Particolarmente nei paesi dell’estremo oriente, primo tra tutti il Giappone, si assiste ad una serie di applicazioni dell’isolamento sismico anche in condizioni estreme, quali quelle su edifici molto alti, con periodi molto lunghi, od alla creazione di “terreni artificiali”, ossia di grandi piattaforme in calcestruzzo poggiate su isolatori capaci di garantire una protezione pressoché totale agli edifici che vi vengono costruiti al di sopra [Dolce et al. 2004].

Le ragioni di questo rapido sviluppo nelle aree più sismiche e tecnologicamente avanzate del mondo sono da ricercarsi nell’efficacia dei sistemi di protezione passiva nell’abbattere drasticamente gli effetti di terremoti di notevole intensità. La capacità di mantenere praticamente intatta l’intera costruzione, nelle parti strutturali e non strutturali, inclusi gli impianti, rendono l’applicazione dell’isolamento sismico particolarmente adatta ed auspicabile almeno per le opere e le infrastrutture strategiche, per funzione, e rilevanti, per contenuto. La capacità di proteggere anche i contenuti (oggetti museali, apparecchiature di valore o strategiche) incrementa sensibilmente il valore aggiunto di tali applicazioni. Le ragioni che hanno determinato uno sviluppo relativamente lento in Italia, almeno nelle applicazioni agli edifici, sono da ricercarsi nella mancanza, fino a pochi anni fa, di una specifica normativa e nella scarsa confidenza del normale progettista con principi e regole di progettazione diversi da (o aggiuntivi rispetto a) quelli validi per le costruzioni normali, sebbene di per sé essi non comportino particolari difficoltà concettuali. Sicuramente una grande spinta è stata determinata dalla trattazione specifica dell’isolamento sismico presente negli allegati 2 (norme per edifici) e 3 (norme per i ponti) dell’Ordinanza del Presidente del Consiglio dei Ministri (OPCM) N. 3274/2003 e delle successive modifiche e integrazioni [Presidente del Consiglio dei Ministri 2003 e 2005], sebbene già in precedenza fossero state prodotte linee guida e istruzioni [Dolce et al.1991, Berardi et al. 1993, Consiglio Superiore LLPP 1998] non aventi, però, carattere di norma. Nelle Norme Tecniche per le Costruzioni del 2008 (NTC08) [Ministero delle Infrastrutture e dei Trasporti 2009] l’isolamento sismico viene presentato nel punto 7.10, con una trattazione unificata per ponti ed edifici, stanti i numerosi aspetti comuni nella progettazione. Tutto ciò che riguarda i dispositivi è trattato separatamente nel punto 11.9, seguendo un approccio analogo a quello delle norme europee [Dolce et al. 2006], che trattano la progettazione e verifica di edifici e ponti isolati nell’Eurocodice 8, parti 1 e 2, rispettivamente [CEN 2004, CEN 2005], ed i dispositivi antisismici nella norma messa a punto dal Comitato CEN-TC-340 in corso di approvazione [CEN 2007].

Nella circolare esplicativa delle NTC08 [Ministero delle Infrastrutture e dei Trasporti 2009] vengono forniti commenti e spiegazioni sui concetti fondamentali alla base della progettazione con isolamento sismico e del funzionamento dei dispositivi. La progettazione con i sistemi di dissipazione di energia non trova una trattazione specifica nelle NTC08, in quanto, come recita la circolare (Par. C7.10.1), “la loro progettazione non richiede regole aggiuntive rispetto a quelle già descritte per le costruzioni ordinarie, una volta che il comportamento dei dispositivi antisismici sia tenuto correttamente in conto e che le loro caratteristiche e le modalità di accertamento siano conformi alle prescrizioni del § 11.9”, coerentemente con il fatto che la dissipazione di energia è, come detto in precedenza, alla base della progettazione delle strutture normali.

Tuttavia, si è ritenuto opportuno fornire, in un’apposita appendice (C7.B) della circolare, “indicazioni utili alla progettazione e la realizzazione di costruzioni, in particolare di edifici, dotati di sistemi di protezione sismica basati sulla dissipazione di energia”, stante la scarsa dimestichezza dei progettisti con gli approcci progettuali che affidano ad appositi dispositivi, anziché alla plasticizzazione di parti strutturali, la necessaria dissipazione di energia. Nella presentazione proposta al Seminario «Centenario del Terremoto e del Maremoto di Messina e Reggio Calabria: 1908-2008, un Secolo di Ingegneria Antisismica», dopo una breve introduzione ai concetti di base delle strategie e delle tecniche di protezione sismica mediante isolamento e/o dissipazione di energia, l’attenzione è rivolta ad alcuni aspetti qualificanti delle nuove Norme Tecniche per le Costruzioni (NTC) e della relativa circolare