Elaborazione dei dati raccolti dal Comune di

Elaborazione dei dati raccolti dal Comune di
Foggia nelle aree del centro storico, dei “Quartieri
settecenteschi” e del “Borgo Croci” e
determinazione degli scenari di danneggiamento
atteso a fronte di eventi sismici.
Siro Casolo, Carlo Alberto Sanjust
Dipartimento di Ingegneria Strutturale, Politecnico di Milano, Italy
20 ottobre 2012
1
Considerazioni introduttive
La relazione illustra la metodologia e i risultati relativi all’elaborazione dei
dati raccolti dal Comune di Foggia mediante la scheda ANTAEUS per il
rilevamento della vulnerabilità dell’edilizia diffusa [20]. Scopo dell’elaborazione è stata la determinazione degli scenari di danneggiamento atteso in
caso di terremoto nel centro storico di Foggia, a partire dai dati di vulnerabilità sismica del tessuto edificato e di sismicità locale precedentemente
effettuati [9, 21].
Il lavoro svolto consiste in più fasi di elaborazione dei dati. In una fase
preliminare sono stati determinati i valori di pericolosità sismica previsti dalla normativa per il comune di Foggia e si sono ricavati i dati utili a mettere in
conto i fattori di amplificazione locali derivanti dagli studi di microzonazione
sismica, mediante estrazione dei parametri mediante software GIS.
Successivamente i dati forniti dalle precedenti elaborazioni sono stati
integrati con i dati di vulnerabilità e con ulteriori schede fornite dal Comune
di Foggia, compilate successivamente alla prima campagna di rilievo, ed
elaborati mediante uno specifico codice di calcolo fino a ottenere la stima,
per ogni edificio, della probabilità di danneggiamento per diversi terremoti
previsti localmente dalla presente normativa, per diversi periodi di ritorno.
Nell’ultima fase i risultati ottenuti in forma tabellare sono stati integrati
1
Relazione sull’elaborazione dei dati raccolti con la scheda Antaeus
2
all’interno della cartografia elettronica fornita dal Comune, al fine di elaborare, all’interno di un software GIS, le mappe dei diversi scenari di danno.
2
Il rischio sismico.
Il rischio sismico è la “misura dei danni che, in base al tipo di sismicità, di resistenza delle costruzioni e di antropizzazione (natura, qualità e
quantità dei beni esposti), ci si può attendere in un dato intervallo di tempo”. Alla quantificazione del rischio sismico contribuiscono diversi fattori.
Secondo la dottrina attuale il rischio è definito “per un territorio o per una
popolazione di oggetti, costruzioni, persone e beni sulla base dei danni
attesi a seguito di possibili eventi naturali o di origine antropica” [10]. I fattori che contribuiscono a determinare il rischio, nell’ambito dello studio dei
terremoti sono:
• la pericolosità sismica
• la vulnerabilità sismica
• l’esposizione sismica
2.1
La pericolosità sismica.
Citando alla lettera la normativa: “le azioni sismiche di progetto, in base
alle quali valutare il rispetto dei diversi stati limite considerati, si definiscono a partire dalla pericolosità sismica di base del sito di costruzione. Essa
costituisce l’elemento di conoscenza primario per la determinazione delle
azioni sismiche”. La pericolosità sismica è pertanto alla base della valutazione delle azioni sismiche di progetto ed è determinata utilizzando le
conoscenze geologiche e sismologiche disponibili, elaborate secondo una
metodologia probabilistica.
Il modello per il calcolo della suddetta pericolosità è basato, per quanto
riguarda il quadro sismico della penisola italiana, su alcune ipotesi di partenza, tra cui l’esistenza di zone omogenee, cioè di aree del territorio su
cui si possano considerare uniformi la distribuzione delle intensità epicentrali dei terremoti ed il modello di propagazione dell’energia del terremoto
attraverso la crosta, che permette di ottenere una funzione di attenuazione dell’intensità epicentrale, che, data la distanza del sito dall’epicentro,
fornisce l’intensità rilevata al sito.
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Relazione sull’elaborazione dei dati raccolti con la scheda Antaeus
3
Fissate queste ipotesi (che sono alla base del cosiddetto metodo misto
per la valutazione della pericolosità sismica locale [14]) si può definire la
pericolosità del sito partendo dal catalogo dei terremoti e dalle caratteristiche fisiche del terreno. La procedura utilizzata consiste nel determinare
la sequenza storica dei terremoti nel sito in esame a partire dal catalogo
e, definite le zone sismogenetiche interessate, riportare i terremoti al sito
tramite la legge di attenuazione. I risultati ottenuti sono alla base delle mappe di pericolosità utilizzate dalla presente normativa per la determinazione
delle massime accelerazioni al suolo per ogni punto del territorio italiano
[1, 21] e da cui sono ricavati i dati per l’elaborazione degli scenari di danno
della presente relazione.
2.2
La vulnerabilità sismica.
“La vulnerabilità sismica di un edificio è un suo carattere comportamentale descritto attraverso una legge causa-effetto in cui la causa è il terremoto e l’effetto è il danno” [25].
Si possono indicare genericamente con y e con d i due parametri indicatori rispettivamente del sisma e del danno. L’unità utilizzata per misurare
le suddette quantità può variare a seconda delle necessità: per esempio
il parametro y può assumere il valore dell’intensità macrosismica, oppure
quello dell’accelerazione di picco del terreno. Per il parametro d, analogamente, si può ricorrere ad una quantificazione partendo da valutazioni
di tipo economico, stimando il danno come il costo della sua riparazione
rapportato al costo di ricostruzione dell’intero edificio. Un’altra strada per
rappresentare il danneggiamento di un edificio può essere di tipo esclusivamente descrittivo, basandosi sulla valutazione degli stati di danno (nullo,
lieve…) in base all’osservazione, in modo analogo a quanto avviene per le
scale di intensità macrosismica.
Una volta scelto il metodo per misurare l’entità del sisma e del danneggiamento, valutare la vulnerabilità di un edificio significa stabilire una relazione tra la variabile y (supponiamo l’accelerazione massima del terreno,
compresa tra yi , accelerazione di inizio danneggiamento e yc , accelerazione di collasso) e la variabile d (danno, definita nell’intervallo [0, 1]).
Considerato il carattere aleatorio del problema, la prima via che spontaneamente si segue per definire una simile relazione è di tipo probabilistico.
In molte analisi è tuttavia più opportuno, per semplicità, rinunciare all’approccio probabilistico utilizzando invece una funzione che approssimi la
relazione vulnerabilità–danno con una legge deterministica del tipo d(y)
(Figura 1).
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Figura 1: Relazione deterministica accelerazione–danno.
Figura 2: Relazione trilineare accelerazione–danno.
Benché esistano diverse funzioni di questo tipo, tutte gravate da una notevole incertezza, in determinate situazioni, ove occorra un’ulteriore semplificazione, appare ragionevole sostituire la precedente relazione con una
funzione trilineare che possa ulteriormente semplificare il problema (Figura
2) [15][13][11]:



d(y) =


0
âg −yi
yc −yi
1
, y < yi
, yi < âg < yc
, y > yc
(1)
Questo tipo di relazione, in cui yi e yc dipendono ovviamente dalla vulnerabilità degli edifici, è comunemente utilizzata negli studi di tipo statistico
a scala urbana.
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2.3
L’esposizione sismica.
“Con il termine esposizione sismica si indica sia la quantità e la qualità
dei beni esposti al pericolo sismico sia il numero di persone coinvolte e
la loro capacità di reazione” [10]. Poiché una valutazione analitica di questo tipo sarebbe nella gran parte dei casi eccessivamente dispendiosa in
termini di risorse, spesso esso è quantificato mediante l’introduzione di un
indice, chiamato indice di esposizione Ie , che moltiplica il valore del danno atteso, tenendo conto, quindi, oltre che del danno diretto (agli edifici)
anche di quello indiretto.
2.4
Scenari di danno
Alla luce di quanto esposto, lo scopo del presente lavoro è lo studio
di alcuni possibili scenari di danno per il centro storico di Foggia, ovvero
l’utilizzo dei dati di pericolosità sismica e di vulnerabilità sismica per determinare il livello di danneggiamento atteso negli edifici, per diversi livelli
di accelerazione di picco. Tale studio è pertanto propedeutico alla corretta
determinazione del rischio sismico, una volta integrato con i dati di esposizione sismica rilevati sul territorio.
3
Pericolosità sismica del Comune di Foggia
Il primo passo per la redazione degli scenari consiste nella definizione
della pericolosità sismica del territorio oggetto dell’indagine. A tale scopo si
può fare riferimento alla normativa in vigore, oppure procedere ad un’analisi più approfondita che tenga conto di eventuali effetti locali che possono
portare ad un’amplificazione o ad un’attenuazione degli effetti sismici risentiti. Tali effetti locali possono essere dovuti alla topografia del luogo o
alla presenza di particolari tipologie di terreno che ricoprono il substrato
roccioso.
In particolare, per il Comune di Foggia sono state svolte delle analisi di
microzonazione sismica per la determinazione di tali effetti [21]; i risultati di
questa analisi, insieme alle mappe di pericolosità nazionali, devono essere
messi in conto nella valutazione degli scenari di danno.
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Relazione sull’elaborazione dei dati raccolti con la scheda Antaeus
Figura 3: Sequenza storica dei terremoti risentiti nella città di Foggia
3.1
Storia sismica di Foggia
In Figura 3 è rappresentata la sequenza storica dei terremoti registrati
nella città di Foggia. I dati presenti nel catalogo dei dei terremoti [23] sono
inoltre riportati in Tabella 1 per i terremoti più significativi (Is ≥ 6).
Come si può osservare, l’evento più distruttivo verificatosi è quello del
1731, che, causando il crollo di molti degli edifici della città, è in parte all’origine dell’attuale aspetto del centro storico, in particolare per la presenza
di un intero quartiere di edifici “provvisori” costruiti nell’immediato dopoterremoto ed ancora presenti, in gran parte modificati, all’interno dei “quartieri settecenteschi”. Osservando il grafico della distribuzione dei terremoti
in Figura 4, insieme alla Tabella 1, che riporta tutti gli eventi che hanno
causato danni di qualche entità agli edifici, si evidenzia come la maggior
parte di essi siano di intensità medio-bassa (Is ≤ 6), con un secondo picco
di frequenza per Is = 6 con eventi che si verificano mediamente ogni 40
anni. Il tempo di intercorrenza medio tra terremoti con Is ≥ 6 è invece di
circa 74 anni [21].
3.2
Valutazione della pericolosità
Per ciò che riguarda la pericolosità sismica, l’attuale normativa prevede la possibilità di valutare puntualmente le accelerazioni di picco attese
su substrato rigido per ogni singolo punto del territorio nazionale, mediante
l’interpolazione a partire da un reticolo di punti equidistanti di accelerazione
data. Benché ciò, a rigore, consenta di calcolare un’accelerazione distinta
per ogni edificio rilevato, vista la valenza statistica dello studio, ed analogamente a quanto fatto per lo studio di microzonazione sismica, si ritiene
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Relazione sull’elaborazione dei dati raccolti con la scheda Antaeus
Figura 4: Distribuzione dell’intensità Is dei terremoti nella città di Foggia.
Tabella 1: Eventi registrati a Foggia con Is ≥ 6 .
Is
9
7-8
7-8
7
7
6-7
6
6
6
6
6
6
6
6
Data (AAAA-MM-GG)
1731-03-20
1627-07-30
1646-05-31
1875-12-06
1948-08-18
1841-02-21
1456-12-05
1694-09-08
1805-07-26
1851-08-14
1857-12-16
1930-07-23
1962-08-21
1975-06-19
Epicentro
Foggiano
Gargano
Gargano
S. Marco in Lamis
Puglia settentrionale
S. Marco in Lamis
Molise
Irpinia-Basilicata
Molise
Basilicata
Basilicata
Irpinia
Irpinia
Mattinarella
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ragionevole calcolare un unico valore per tutto il comune i Foggia.
A partire dalle coordinate ISTAT del comune (Lat. N 41◦ .46240 - Long.
E 15◦ .54315) si sono calcolate le accelerazioni di picco al suolo per diversi
periodi di ritorno, mediante l’apposito codice messo a disposizione dal Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici1 [1]. I valori di ag sono riportati in Tabella
2. Sono stati calcolati per tutti gli stati limite per edifici ordinari (VN = 50,
CU = 1.0) e per un periodo di ritorno di 72 anni, in più vicino tra quelli tabellati in normativa al tempo di intercorrenza medio tra terremoti violenti
registrati a Foggia, riportato nel paragrafo precedente.
Tabella 2: Accelerazioni di picco su substrato rigido previste dalla normativa per la città
di Foggia.
Stato limite
SLO
SLD
–
SLV
SLC
TR [anni]
30
50
72
475
975
ag [g]
0.046
0.058
0.067
0.136
0.172
Poiché la quasi totalità degli edifici presi in esame rientra nella categoria
degli edifici ordinari, si è ritenuto opportuno procedere alla redazione degli
scenari di danno a partire dagli stati limite previsti per questo tipo di edifici
ed elencati nella precedente tabella.
3.3
Microzonazione sismica
Le analisi di microzonazione sismica di livello 3 svolte a Foggia sono
consistite in studi geognostici realizzati mediante down-hole (realizzazione di carotaggi per lo studio del substrato e misura diretta delle velocità
di propagazione delle onde sismiche per la determinazione delle caratteristiche meccaniche del terreno) [21]. Queste analisi hanno permesso di
determinare i fattori di amplificazione da applicare ad ag per tenere conto
della litologia e morfologia locali.
Tali fattori vengono messi in conto dalla normativa corrente mediante
il parametro S = SS ST , in funzione delle categorie di sottosuolo e delle
irregolarità topografiche. Poiché Foggia sorge su un terreno pianeggiante,
si assume ST = 1.0. Il valore di SS , che per terreni di tipo B come quelli
1
http://www.cslp.it
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9
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Figura 5: Suddivisione del centro storico di Foggia in microzone caratterizzate da diversi
fattori di amplificazione (da [21]).
interessati da questo studio viene normalmente ricavato da tabelle riportate
in normativa, viene qui stimato mediante analisi geologiche.
I risultati di detta analisi hanno portato alla suddivisione del centro storico di Foggia in 5 microzone omogenee, caratterizzate da diversi substrati
litologici e da diversi fattori di amplificazione locali, come riportato in Figura
5.
Questi ultimi sono stati espressi, alternativamente, mediante spettri o
mediante fattori di amplificazione validi per determinati intervalli si periodo
dello spettro di risposta: FH1 valido nell’intervallo 0.1 < T ≤ 0.5 secondi e
FH2 valido per 0.5 < T ≤ 1.5 secondi (Tabella 3).
Tabella 3: Fattori di amplificazione misurati sulle microzone omogenee
Fattore di amplificazione
FH1
FH2
1
1.4
1.6
Microzona
2
3
4
1.2 1.4 1.0
1.5 1.7 1.4
5
1.3
1.3
Poiché, come illustrato in seguito, il fattore di interesse per l’analisi deConvenzione tra Politecnico di Milano, D.I.S. e Comune di Foggia
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Relazione sull’elaborazione dei dati raccolti con la scheda Antaeus
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gli scenari di danno è l’accelerazione di aggancio dello spettro ag , il fattore
di amplificazione messo in conto nel presente lavoro è pertanto FH1, considerando un periodo T = 0.
4
Scelta della metodologia
Il problema della determinazione della correlazione vulnerabilità-danno
(brevemente riassunta nel par. 2.2) è ancora aperto ed ampiamente dibattuto in ambito scientifico [5]. I primi metodi proposti per la valutazione
della vulnerabilità sismica su vasta scala risalgono agli anni ’70 del secolo
scorso [27] ed appartengono alla tipologia basata su matrici di probabilità
di danno. Il presupposto di tali metodi è il fatto che edifici di tipologia strutturale simile avranno la stessa probabilità di subire un dato danno per un
terremoto di intensità data; da tali metodologie sono poi derivate le moderne scale di intensità macrosismica (EMS-98 [17]) .
Successivamente furono sviluppati altri metodi “empirici”. Tra questi ha
avuto vasto successo, soprattutto in Italia, quello proposto da Benedetti e
Petrini (1984) [3, 2] e successivamente ripreso dal GNDT [10]. Quest’ultimo è basato sul rilevamento della vulnerabilità mediante schede di I e II
livello, che permettono di associare ad ogni edificio un indice di vulnerabilità indicante la sua propensione a subire danni in caso di terremoto. La
legge di correlazione vulnerabilità-danno è in questo caso costituita da una
funzione trilineare del tipo illustrato in Figura 2, che associa ad ogni indice
di vulnerabilità Iv un valore di PGA di inizio danno yi (Iv ) ed uno di collasso
yc (Iv ). La determinazione dei parametri che definiscono questa funzione
può essere demandata ad un “parere esperto” [18] o può essere determinata a posteriori mediante l’analisi del danno subito dalle costruzione (di
indice di vulnerabilità noto) a seguito di un terremoto [16]. In questo caso l’indice di danno d(âg ) assume il significato di rapporto tra il costo di
riparazione dell’edificio e il suo costo di ricostruzione.
Successivamente sono stati proposti altri metodi per la determinazione
di curve continue vulnerabilità-accelerazione-danno (1) a partire da database di osservazioni di danni post terremoto [24] o, in epoca più recente,
[26, 19] mediante analisi numeriche su edifici-tipo. In quest’ultimo caso
gran parte della letteratura si limita all’analisi numerica di edifici a telaio,
a causa di limiti ancora insiti nella modellazione numerica non lineare di
edifici in muratura, che richiede l’utilizzo di codici specifici [8]. A tale scopo
sono stati condotti studi pilota per la valutazione della vulnerabilità di isolati
in muratura nella città e provincia di Foggia da Casolo (2011-2012) [6, 7].
L’evoluzione dell’attuale normativa, che si basa sulla determinazione
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11
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delle azioni mediante spettri di risposta, ha spinto la ricerca nell’ambito
della vulnerabilità in questa direzione. Ciò ha portato a definire il danno
mediante il confronto tra la domanda in termini di spettro di spostamento richiesta dalle norme e la capacità di spostamento del singolo edificio,
determinando le probabilità di raggiungimento di un dato stato limite [4].
In un’analisi su vasta scala, ciò si traduce nel determinare, per una vasta
classe di edifici, la capacità in termini di spostamento mediante opportune
metodologie e a partire da dati “poveri” [12].
Tra tutti i possibili approcci si è deciso di adottare la metodologia del
GNDT [3, 18], basata su una relazione trilineare vulnerabilità-accelerazionedanno, per una serie di motivi:
• la scheda ANTAEUS utilizzata nell’ambito della presente ricerca è
ampiamente basata sul metodo del GNDT ed è, di fatto, una versione semplificata della scheda di II livello di rilievo della vulnerabilità
sismica;
• la calibrazione dell’algoritmo ANTAEUS è stata effettuata con lo scopo di ottenere un indice di vulnerabilità direttamente confrontabile con
quello del GNDT, ed il confronto effettuato su un campione di edifici
ha dimostrato la bontà di questa correlazione [9];
• l’utilizzo di una metodologia ampiamente accettata a livello italiano
ed internazionale permette un confronto diretto con i risultati ottenuti
da analoghe indagini di vulnerabilità svolte in altri ambiti territoriali;
• la relativa semplicità del metodo evita di incorrere in tutte le aleatorietà dovute alla stima del comportamento non lineare di edifici in
muratura, ancora insite nei modelli meccanici utilizzati per la determinazione diretta del danno.
La relazione utilizzata è quindi descritta dall’equazione (1), con:
yi (Iv ) = αi exp[−βi (Iv + 25)]
(2)
yc (Iv ) = [αc + βc (Iv + 25)γ ]−1
(3)
e
αi
0.155
βi
0.0207
αc
0.625
βc
0.00029
γ
2.145
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12
Questi valori per i parametri dovrebbero a rigore essere calibrati a partire da un campione di edifici simili a quelli oggetto di indagine e che abbiano
subito danni da terremoto. Tuttavia i valori qui riportati, ricavati inizialmente
per edifici in calcestruzzo armato e successivamente confermati come validi anche per edifici in muratura, vengono normalmente utilizzati in assenza di detta calibrazione, come per esempio in Petrini (1995) [22] e Faccioli
(1999) [12].
Per tenere conto delle indagini di microzonazione, i valori di accelerazione di picco ag della Tabella 2 sono stati moltiplicati, edificio per edificio,
per i rispettivi fattori di amplificazione secondo la formula âg = ag · FH1.
5
Lettura ed elaborazione dei dati
I dati di vulnerabilità sismica sono stati forniti dal Comune di Foggia sotto forma di tabelle in formato Excel. Poiché l’elaborazione di questi ultimi
era stata svolta da questo stesso Politecnico, si sono utilizzati i dati già
in nostro possesso, ulteriormente integrati da schede in formato PDF raccolte successivamente alla prima campagna di rilievo. Per l’elaborazione
delle schede è stato utilizzato il PDF Toolkit di PDF Labs 2 che, per mezzo
di uno shell script in ambiente Linux ha permesso di creare un file di testo in formato CSV contenente tutti i dati delle schede. Esso è facilmente
importabile all’interno di diversi codici e fogli di calcolo.
I dati di microzonazione sismica sono stati forniti mediante cartografia in
formato PDF. Confrontando quest’ultima con la cartografia in formato GIS
fornita in precedenza, è stato possibile assegnare ogni unita strutturale
(corrispondente ad una scheda ed identificata da un codice univoco [9])
ad una determinata microzona omogenea.
Una volta in possesso dei dati grezzi è stato creato un apposito programma in Visual Basic for Applications che provvede all’elaborazione automatica degli stessi ed alle creazioni delle tabelle dettagliate e riassuntive
contenenti i risultati dell’elaborazione dell’algoritmo di calcolo del danno 1.
Poiché l’algoritmo ANTAEUS è stato proposto in una versione originale
ed in una versione modificata, adattata alla realtà della città di Foggia [9],
l’elaborazione è stata svolta sui dati di entrambe le versioni.
2
http://www.pdflabs.com/tools/pdftk-the-pdf-toolkit/
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13
Presentazione dei risultati
Vengono qui presentati in forma aggregata i dati di danneggiamento
per gli scenari corrispondenti agli stati limite di normativa. Le Tabelle 4–5
riportano, oltre ad un quadro degli indici di vulnerabilità medi, i fattori di
danno medi, minimi e massimi per edifici in muratura e in calcestruzzo armato. Ricordiamo che l’indice di danno d rappresenta il rapporto tra il costo
di riparazione dell’edificio danneggiato ed il suo costo di ricostruzione.
Nelle figure 6–8 sono rappresentate le distribuzioni dei fattori di danno
per entrambe gli algoritmi, mediante istogrammi e curve cumulate delle
frequenze. Si può osservare come per l’algoritmo modificato, nel caso di
terremoti con un periodo di ritorno di TR = 50 corrispondente al valore di
calcolo per lo stato limite di danno della corrente normativa, circa il 40%
degli edifici subisca danni poco significativi (<10%) e circa il 45% subisca
danni compresi tra il 10% e il 20% del costo di ricostruzione. Pur con le
dovute cautele per le numerose approssimazioni in gioco e ricordando che
si tratta di analisi con valore puramente statistico, si può stimare che circa il
60% degli edifici analizzati non rientri nei parametri previsti dalla normativa,
pur subendo danni tali da non compromettere la stabilità strutturale.
Per ciò che riguarda terremoti con un più lungo periodo di ritorno la
situazione è più articolata, poiché l’indice di danno medio aumenta, ma allo stesso tempo la curva di distribuzione si appiattisce, mostrando danni
maggiori e più diffusi (Figura 7 in basso, Figura 8 e Figura 9). In particolare
per il sisma con TR = 475 anni, corrispondente al valore di calcolo per lo
stato limite di salvaguardia della vita della corrente normativa, si può osservare come il 50% degli edifici subisca danni maggiori del 45% e circa il
4.4% raggiunga un livello di danneggiamento superiore all’80% con un’alta probabilità di raggiungere il collasso. Anche in questo caso si riscontra,
a livello statistico, una carenza rispetto alle previsioni di normativa che richiede, al raggiungimento di questo stato limite, una conservazione della
capacità di resistenza ai carichi verticali.
Infine, nella Figura 9 è riportato, in alto, l’andamento della densità di
probabilità di danneggiamento per tutti i terremoti presi in considerazione.
Come è logico aspettarsi, si osserva un incremento del danneggiamento
unito ad un appiattimento delle curve di distribuzione. L’andamento dell’indice di danno medio, unito ad una curva di interpolazione per diversi
periodi di ritorno è riportato nella medesima figura, in basso.
I dati ottenuti dalle elaborazioni sono infine stati caricati all’interno di un
software GIS per il tracciamento di mappe, ottenendo le tavole riportate in
appendice. Nelle tavole 1 e 2 sono riportate le mappe di vulnerabilità ot-
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Relazione sull’elaborazione dei dati raccolti con la scheda Antaeus
Tabella 4: Tabella riassuntiva degli indici di danno - Indice di vulnerabilità ANTAEUS algoritmo originale.
I.V. (muratura)
Media
0.498
Mediana 0.500
Minimo
0.133
Massimo 0.839
Indice di danno d (muratura) – 2348 edifici
SLO
SLD
SLV
TR = 30 TR = 50 TR = 72 TR = 475
Media
0.10
0.15
0.20
0.55
Mediana
0.09
0.14
0.19
0.53
Minimo
0.00
0.00
0.00
0.10
Massimo
0.40
0.53
0.64
1.00
SLC
TR = 975
0.71
0.70
0.15
1.00
Indice di danno d (c.a.) – 172 edifici
SLO
SLD
TR = 30 TR = 50 TR = 72
Media
0.05
0.08
0.12
Mediana
0.05
0.09
0.13
Minimo
0.00
0.00
0.00
Massimo
0.24
0.33
0.41
SLC
TR = 975
0.48
0.52
0.02
1.00
SLV
TR = 475
0.36
0.39
0.00
0.97
Convenzione tra Politecnico di Milano, D.I.S. e Comune di Foggia
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15
Relazione sull’elaborazione dei dati raccolti con la scheda Antaeus
Tabella 5: Tabella riassuntiva degli indici di danno - Indice di vulnerabilità ANTAEUS algoritmo modificato.
I.V. (muratura)
Media
0.452
Mediana 0.450
Minimo
0.113
Massimo 0.821
Indice di danno d (muratura) – 2348 edifici
SLO
SLD
SLV
TR = 30 TR = 50 TR = 72 TR = 475
Media
0.08
0.13
0.17
0.48
Mediana
0.07
0.11
0.16
0.46
Minimo
0.00
0.00
0.00
0.09
Massimo
0.37
0.49
0.60
1.00
SLC
TR = 975
0.63
0.61
0.14
1.00
Indice di danno d (c.a.) – 172 edifici
SLO
SLD
TR = 30 TR = 50 TR = 72
Media
0.05
0.08
0.12
Mediana
0.05
0.09
0.13
Minimo
0.00
0.00
0.00
Massimo
0.24
0.33
0.41
SLC
TR = 975
0.48
0.52
0.02
1.00
SLV
TR = 475
0.36
0.39
0.00
0.97
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Relazione sull’elaborazione dei dati raccolti con la scheda Antaeus
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tenute con l’algoritmo ANTAEUS originale e modificato. Nelle Tavole 3 e
4 sono tracciati gli scenari di danno relativi all’algoritmo ANTAEUS originale, per gli stati SLD e SLV. Nelle Tavole 5 e 6, sono riportati gli scenari
di danno per gli stessi stati limite, nel caso di algoritmo modificato. Nella
tavola 7 sono riportati i fattori di amplificazione dell’accelerazione utilizzati,
derivanti dalla mappa di microzonazione. Nelle tavole 5 e 6 si osserva che,
nel caso di terremoto con TR = 50, la gran parte delle costruzioni subisce
danni di bassa entità, ma che comunque risultano significativi, senza sostanziali differenze tra le diverse zone della città. In caso di terremoti più
violenti, con TR = 475 la distribuzione dei danni è più varia, ma sembra
che la maggior concentrazione di edifici danneggiati si riscontri nel centro
della città e in corrispondenza di Borgo Croci. I quartieri settecenteschi,
pur subendo danni significativi, sembrano presentare minori criticità. Va
considerato tuttavia che in queste zone il fattore di amplificazione del moto
sismico FH1 è uguale a 1.0 (Tav. 7), quindi inferiore a quello riscontrato in
altre zone, ove l’accelerazione di picco subisce amplificazioni che possono
raggiungere il 70%.
Un’ultima considerazione riguarda i dati di danneggiamento relativo ai
terremoti con TR = 50 anni. Confrontando i risultati ottenuti con la storia
sismica di Foggia illustrata nel paragrafo 3.1 si osserva come, con tutte le
dovute approssimazioni, i danni medi calcolati siano in buon accordo con
l’intensità macrosismica pari a Is = 6, tipica dei terremoti con questo periodo di ritorno. Lo stesso grado di intensità descritto nella scala EMS-98
riporta “danni di grado 1 (lievi) subiti da molti edifici di classe di vulnerabilità A e B; pochi di classe A e B subiscono danni di grado 2; pochi di
classe C subiscono danni di grado 1”. Poiché la vulnerabilità medio-alta
registrata nel comune di Foggia ci fa collocare buona parte degli edifici in
muratura in classe B, gli effetti descritti dall’algoritmo di calcolo del danno
sembrano in buon accordo con gli effetti descritti. Per un ulteriore verifica
occorrono naturalmente studi più approfonditi sul comportamento sismico
delle tipologie costruttive prevalenti nella città di Foggia.
A conclusione si ricorda che le mappe qui riportate danno indicazioni
soltanto a livello statistico, poiché gli algoritmi utilizzati per il calcolo non
sono validi per il singolo edificio. Qualsiasi considerazione puntuale, a livello della unità strutturali o isolati, non può prescindere da uno studio più
approfondito dei singoli casi con gli strumenti propri dell’ingegneria sismica.
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Figura 6: Istogramma degli indici di danno – algoritmo originale.
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Figura 7: Istogramma degli indici di danno – algoritmo modificato.
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Figura 8: Frequenze cumulate degli indici di danno.
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Figura 9: Interpolazione della distribuzione delle densità dell’indice di danno per diversi
periodi di ritorno (in alto) ed interpolazione dell’indice di danno medio (in basso).
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Conclusioni
L’elaborazione dei dati raccolti mediante le scheda ANTAEUS ha permesso di tracciare delle mappe di distribuzione della vulnerabilità sismica
dell’edilizia diffusa per la città di Foggia, ottenendo indici di vulnerabilità
compatibili con quelli del GNDT. A partire da questi dati è stato possibile,
utilizzando metodologie standard e documentate in letteratura, tracciare
degli scenari di danno per diversi terremoti di intensità crescente, prevedendo statisticamente il livello di danneggiamento atteso. I risultati si sono
dimostrati in buon accordo con i danni registrati nella storia sismica della
città. Questi risultati, uniti ad uno studio dell’esposizione sismica, potranno
essere pertanto utilizzati per definire il rischi sismico e pianificare le necessarie strategie per la mitigazione dello stesso.
Per estendere l’analisi al dettaglio della singola unità edilizia, ovvero per
ottenere un’informazione relativa ai quadri di danneggiamento più probabili occorre integrare i dati di vulnerabilità con ulteriori analisi numeriche,
che permettano di adattare i modelli utilizzati alla particolarità delle tipologie strutturali della città di Foggia. Un ulteriore livello di analisi è quindi
suggerito, anche allo scopo di definire un abaco dei possibili interventi di
mitigazione del rischio sismico, che tenga conto delle specificità locali.
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A
Appendice: elenco delle Tavole allegate
• Tavola 1: Indice di vulnerabilità - Algoritmo originale.
• Tavola 2: Indice di vulnerabilità - Algoritmo modificato.
• Tavola 3: Scenario di danno TR = 50. Algoritmo originale.
• Tavola 4: Scenario di danno TR = 475. Algoritmo originale.
• Tavola 5: Scenario di danno TR = 50. Algoritmo modificato.
• Tavola 6: Scenario di danno TR = 475. Algoritmo modificato.
• Tavola 7: Fattori di amplificazione.
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