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). Di seguito un estratto dalla sezione dedicata alle Costruzioni sicure in zona sismica.


IL CONTRIBUTO DELL’ACCIAIO PER LA SICUREZZA SISMICA DEGLI EDIFICI
Un dato di fatto: le costruzioni in acciaio sono ampiamente diffuse in quelle aree geografiche dove i terremoti risultano particolarmente intensi e dove la cultura della costruzione anti-sismica è ormai consolidata. In primis, Stati Uniti e Giappone.
I motivi di questo successo possono essere individuati facilmente analizzando i tre principali parametri introdotti in precedenza: massa, periodo proprio e capacità dissipativa.
Per quanto riguarda la massa, è evidente che tanto maggiore è il rapporto tra capacità resistente del materiale e peso specifico, tanto più la struttura risulterà leggera e subirà azioni sismiche limitate. Il rapporto citato viene solitamente indicato come "resistenza specifica" ed è uno dei parametri principali con cui si caratterizzano le prestazioni meccaniche dei materiali. Per un confronto quantitativo, può essere utile valutare i rapporti che si ottengono per i più diffusi materiali da costruzione; per le buone murature esistenti in compressione si ottengono valori attorno a 500m, per il calcestruzzo compresso 1400m, mentre la carpenteria metallica (tesa o compressa) fornisce valori attorno a 4500m. Non si tratta solo di questo, nelle costruzioni a destinazione residenziale o per uffici, una parte importante della massa deriva dall'involucro, dai tramezzi e dalle altre componenti di finitura. Le tecniche tradizionali come muratura e calcestruzzo armato, realizzate in opera con tempi lunghi dettati dalla maturazione dei leganti, si associano solitamente a sistemi di completamento pesanti, realizzati anche loro in opera con laterizi e malte cementizie. Diverso il caso della struttura metallica, prefabbricata e connessa a secco, che si associa razionalmente e convenientemente a sistemi di completamento analoghi (leggeri, prefabbricati e connessi a secco). E' quindi tutto il processo costruttivo della costruzione metallica che conduce a strutture generalmente più leggere e sottoposte ad azioni sismiche più contenute.
Anche per quanto riguarda il periodo proprio, l'esito in termini di costruzione è conseguenza diretta delle caratteristiche del materiale. Parlando di una grandezza legata alla rigidezza, può essere utile valutare la rigidezza specifica, intesa come rapporto tra modulo elastico e peso specifico. Si ottengono circa 250km per la muratura, 1300km per il calcestruzzo e 2600km per l'acciaio. Sebbene i materiali possano essere ordinati allo stesso modo in termini di resistenza e rigidezza, si osserva che le differenze sono meno importanti nel caso della rigidezza e, ad esempio, l'acciaio è molto più resistente del calcestruzzo ma non è più rigido nella stessa misura. Quello che consegue in termini di progetto, è che un telaio in acciaio e un telaio in calcestruzzo che presentano la stessa resistenza non presentano la stessa rigidezza e quello in acciaio risulterà più deformabile, a volte troppo, e sarà necessario inserire dei controventi. In generale, le strutture metalliche forniscono costruzioni con periodi propri più lunghi ai quali sono associate accelerazioni sismiche più ridotte (vedi spettro di risposta in PARTE[1] figura 3).
L'ultima questione riguarda la capacità della costruzione di dissipare energia durante eventi sismici intensi. Questa capacità è riconducibile alla deformazione plastica della struttura e dipende dalla duttilità del materiale, dalla conformazione dei componenti strutturali e dalla distribuzione delle resistenze all'interno della struttura. La duttilità del materiale costituisce una dote iniziale che può tradursi in duttilità locale dei componenti e, infine, in duttilità globale della struttura a patto di seguire regole di progettazione precise e codificate. Un materiale poco duttile, come la muratura, non potrà quindi generare una struttura duttile mentre un materiale come l'acciaio, che presenta una duttilità elevatissima, può raggiungere livelli di dissipazione di energia preclusi agli altri sistemi strutturali.

I TERREMOTI NON SONO TUTTI UGUALI
Le scelte strutturali in zona sismica sono strettamente connesse alle caratteristiche del terremoto di progetto previsto nel luogo in cui si costruisce. E’ quindi utile definire dei parametri che permettano di descrivere terremoti sostanzialmente diversi in termini di risposta strutturale e correlare questi parametri con informazioni deducibili dal luogo di costruzione.
Un terremoto è descritto da una storia di accelerazione del terreno (figura 1) e le informazioni di interesse possono essere scomposte, in termini qualitativi, in un fattore di scala, che descrive l’intensità dell’evento, e nei suoi contenuti in frequenza, che descrivono la variabilità del moto e producono effetti differenti su costruzioni con periodi di vibrazione diversi. Ai fini del progetto è utile descrivere questi aspetti tramite gli spettri di risposta elastici che forniscono direttamente il massimo della risposta prevista in un sistema con periodo proprio di vibrazione T. In questo caso l’intensità può essere associata al valore di accelerazione corrispondente al periodo T=0, e corrispondente alla massima accelerazione del terreno, mentre i contenuti in frequenza influenzano la forma dello spettro e i massimi valori attesi al variare del periodo proprio dell’edificio.
Una volta decisi alcuni aspetti di carattere generale che riguardano la misura della sicurezza, come la vita utile della costruzione e la probabilità di subire un terremoto maggiore di quello considerato nel dimensionamento, parametri che influenzano l’azione di progetto dipendono dal luogo e sono sostanzialmente tre: la posizione geografica del luogo in cui si costruisce, le caratteristiche meccaniche degli strati superficiali del terreno e le caratteristiche morfologiche del terreno.
In figura 2 sono riportati i valori di accelerazione del terreno attesi sul territorio italiano (probabilità di superamento del 10% in 50 anni). E’ evidente come nel territorio nazionale esistano situazioni fortemente diversificate e in alcune aree l’azione sismica influenza molto poco le scelte strutturali e i costi di costruzione mentre in altre aree l’accelerazione è piuttosto grande e condiziona fortemente le scelte progettuali. Una volta inquadrato il problema in termini geografici, diventa importante la localizzazione di dettaglio e le caratteristiche di deformabilità del terreno. In generale, terreni più deformabili determinano azioni sismiche più intense, soprattutto nel caso di edifici con periodo di vibrazione lungo. Quanto detto risulta evidente dalla sovrapposizione degli spettri di progetto per le 5 classi di terreno considerate dalla normativa (figura 3). Anche in questo caso le situazioni di progetto possono cambiare significativamente da caso a caso e costruzioni vicine ma fondate su terreni di diversa natura possono essere interessate da azioni sismiche molto differenti.
L’ultimo aspetto riguarda la morfologia superficiale del terreno e la situazione peggiora passando da una costruzione su terreno pianeggiante ad una su pendio o su cresta, come descritto dagli spettri di figura 4.