Fondazione Promozione Acciaio dedica un numero di Aa_Architetture in acciaio al tema “Costruzioni sicure in zona sismica” e propone una serie di approfondimenti a cura del Prof. Andrea Dall’Asta (Università di Camerino - Commissione Sismica per le Costruzioni in acciaio di Fondazione Promozione Acciaio) e il Prof. Alessandro Zona (Università di Camerino).
Proponiamo di seguito una premessa al numero monografico, a firma di Simona Martelli, Direttore generale di FPA, e un estratto del numero dedicato alla progettazione in zona sismica. Altri approfondimenti nelle prossime settimane

“Il nostro è un Paese sismico, ormai lo sappiamo molto bene …
Il 70% dell’edificato italiano non è in grado di resistere ai terremoti ed è proprio in considerazione della vulnerabilità del nostro patrimonio che le scelte dei futuri interventi in edilizia devono tenere conto dell’esperienza di Paesi che hanno saputo affrontare e vincere la sfida ai terremoti: Giappone e USA, per esempio, dove le costruzioni in genere e quelle antisismiche in particolare sono realizzate con struttura in acciaio.
La soluzione in acciaio, infatti, è in grado di proporre edifici di rapida messa in opera, economici ed ad alta reddittività in linea con le richieste di una committenza che si orienta sempre più verso costruzioni sicure che siano al contempo convenienti ed efficienti. Senza dimenticare che gli elementi in acciaio permettono di ristrutturare e adeguare sismicamente l’esistente rispettando la ricchezza architettonica propria del patrimonio edilizio, senza stravolgere l’identità degli edifici. […]” (Simona Martelli, Direttore Generale FPA)


DALLA PROGETTAZIONE “STATICA” ALLA PROGETTAZIONE “DINAMICA”
La progettazione di una costruzione razionale ed efficace in zona sismica parte ovviamente da una sintesi del problema e dall'individuazione dei parametri principali che controllano la risposta. A differenza delle azioni gravitazionali, dirette verticalmente e dovute a peso proprio e sovraccarichi, l'azione sismica è un’azione orizzontale di tipo dinamico che produce un moto di oscillazione della costruzione sufficientemente veloce da rendere significative le azioni di massa. Le regole e i parametri che controllavano la progettazione tradizionale, orientata principalmente a soddisfare le richieste di azioni che agiscono staticamente e sempre verso il basso, non sono più utili nel campo della dinamica e l'approccio progettuale si deve basare su parametri alternativi, individuare e soddisfare requisiti prestazionali differenti, generando sistemi e forme strutturali nuove.
Mentre l'approccio alla progettazione strutturale, di carattere statico, cercava soluzioni a partire da due caratteristiche fondamentali della struttura, la rigidezza e la resistenza, una progettazione di carattere dinamico si sviluppa sulla base di tre parametri fondamentali: la massa, il periodo proprio e la dissipazione.


CARATTERISTICHE DINAMICHE: MASSA E PERIODO PROPRIO
Il ruolo giocato dalla massa complessiva M è semplice: le forze sismiche sono direttamente proporzionali alla massa per cui più una costruzione è pesante, più subirà sollecitazioni intense.
Il secondo parametro, invece, descrive una caratteristica propria del movimento che si manifesta: una volta innescato un moto di vibrazione della costruzione, il tempo impiegato a percorrere un'oscillazione completa prende il nome di periodo proprio T e dipende solo dalle caratteristiche della costruzione. Più precisamente, il periodo proprio T, solitamente espresso in secondi, dipende dal rapporto tra la massa e la rigidezza complessive dell'edificio. A parità di massa M, costruzioni con periodi diversi subiranno azioni di diversa intensità e la relazione tra periodo della costruzione a massima forza complessiva è descritto dallo spettro elastico di risposta Sa(T) (vedi figura 3). Lo spettro fornisce solitamente un'accelerazione fittizia (pseudo accelerazione) che può essere interpretata come forza per unità di massa (F=Ma).
E' evidente che la sintesi proposta può risultare brutale per gli esperti di dinamica strutturale e la valutazione della sicurezza passa attraverso analisi più raffinate del problema. Resta comunque il fatto che massa e periodo sono i due parametri fondamentali che il progettista ha a disposizione per controllare la risposta della sua costruzione. Così come risulta evidente che questi due parametri siano già scritti nel sistema costruttivo che si sceglie per l'edificio e che gli esiti in termini di risposta sismica vengano già definiti nei momenti iniziali della progettazione e della concezione del sistema strutturale.
L'ingegneria sismica oggi è in grado di guidare la progettazione verso soluzioni che forniscono lo stesso livello di sicurezza anche utilizzando sistemi costruttivi diversi ma è evidente che soluzioni pesanti con periodo breve, ad es. costruzioni in muratura con pochi piani, devono sopportare azioni più grandi e partono svantaggiate rispetto a soluzioni leggere con periodi di vibrazione più lunghi, ad esempio costruzioni snelle in acciaio.
Si intuisce a questo punto che il parametro massa, che influenza direttamente le forze e indirettamente il periodo, non è un parametro che riguarda esclusivamente la questione strutturale. La massa complessiva dell'edificio è fortemente influenzata dalle scelte di carattere tecnologico che si effettuano per la realizzazione dell'involucro, degli orizzontamenti, delle coperture. A prescindere dal sistema strutturale, una costruzione con pareti di chiusura verticale in mattoni pieni o semipieni subirà azioni sismiche più grandi di una con un involucro realizzato con pannelli prefabbricati leggeri. Oltre alle masse associate al peso proprio dell'edificio esistono anche le masse che derivano dalla destinazione d'uso. Anche in questo caso, la loro distribuzione è in buona parte conseguenza di una scelta del progettista. Ad esempio, la scelta della distribuzione in altezza delle masse è importante perché le masse ai piani più alti producono momenti ribaltanti più elevati. Non è quindi conveniente disporre ai piani superiori spazi destinati a biblioteche o soggetti a grande affollamento, più consono utilizzare destinazioni d'uso meno impegnative in termini di massa.
Si conclude quindi che una buona progettazione sotto l'aspetto della sicurezza sismica non è un tema confinato all'interno della concezione e del dimensionamento della struttura ma è una questione che coinvolge la progettazione nel suo insieme e tutti i soggetti che a questa partecipano.