INGEGNERIA SISMICA - Gli effetti del terremoto sugli edifici

come agiscono i terremoti sugli edifici e quali sono gli effetti sulle strutture E cosa più importante cosa è possibile fare oggi per evitare danni e vittime per rispondere a tutte queste domande apriamo una nuova rubrica dedicata all'ingegneria sismica in questa rubrica toccheremo tutti gli aspetti dell'ingegneria sismica iniziando da questo video introduttivo per arrivare ad esplorare le soluzioni più avanzate passando per g aspetti normativi tappa fondamentale per comprendere Qual è l'approccio alla progettazione di edifici antisismici in Italia e all'estero tutto questo per essere coscienti del fatto che i terremoti non hanno mai ucciso nessuno è la casa che abbiamo sulla testa che ci uccide e molto spesso la casa è la nostra e quindi andiamo a [Musica] cominciare per comprendere i principi dell'ingegneria sismica bisogna prima capire cos'è un terremoto ovviamente non mi addentrerò in dettagli lascio questo tema ai canali ben più specializzati sull'argomento Ma due parole bisogna pur dirle un terremoto è un fenomeno naturale che si verifica quando l'energia accumulata in profondità nelle rocce dal movimento delle placche tettoniche o da attività vulcanica viene improvvisamente rilasciata questo rilascio di energia causa delle Vibrazioni o onde sismiche che si propagano attraverso la terra il punto all'interno della Terra dove si origina il terremoto è chiamato ipocentro mentre il punto direttamente sopra di esso sulla superficie terrestre è chiamato epicentro l'intensità di un terremoto Può variare da leggermente percettibile a estremamente distruttivo causando danni agli edifici cambia nel paesaggio e purtroppo anche perdita di vite umane gli effetti di un terremoto possono essere amplificati a seconda del tipo di terreno della densità della popolazione e della qualità delle costruzioni in una determinata area l'analisi e lo studio storico e statistico dei terremoti sono quindi cruciali per la pianificazione urbana e per la sicurezza delle comunità esposte a questi eventi naturali come abbiamo detto un terremoto genera onde sismiche che si diffondono attraverso il terreno trasmettendo energia da un punto all'altro della grosta terrestre Ma tutta questa energia rilasciata in Pochi istanti dalla terra come interagisce con le strutture Quando le onde sismiche raggiungono un edificio si ripercuotono sia sulle parti strutturali che non strutturali mettendone allaa prova l'integrità tutto questo avviene secondo diversi meccanismi che a loro volta innescano differenti fenomeni quando un terremoto scuote il terreno Gli edifici posti sopra di esso non iniziano a muoversi immediatamente insieme al terreno a causa della loro inerzia Ovvero la tendenza di ogni corpo a resistere ai cambiamenti del proprio stato di moto di conseguenza mentre il terreno inizia a muoversi rapidamente l'inerzia mantiene l'edificio fermo per un breve istante questo sfasamento tra il movimento del terreno e quello dell'edificio genera forze inerziali che agiscono sulla struttura e quindi delle tensioni per intenderci immaginiamo di essere in piedi su un autobus nel momento in cui questo parte il nostro corpo non lo segue subito ma tende a rimanere indietro Abbiamo infatti la sensazione di cadere all'indietro stessa cosa accade quando l'autobus frena il nostro corpo tenderà a continuare il suo moto in avanti e se la frenata è particolarmente brusca Finiremo per andare a far compagnia al conducente o quantomeno tenderemo a cadere quanto più è forte l'accelerazione o la decelerazione dell'autobus tanto più sarà intenso l'effetto sul nostro corpo Ecco agli edifici succede la stessa cosa a questo punto Risulta evidente quanto l'accelerazione del terreno sia un aspetto determinante per capire gli effetti del terremoto sugli edifici In quanto rappresenta la misura dell'intensità del movimento del suolo durante un terremoto ed è Espressa in termini appunto di accelerazione gravitazionale G dove un G corrisponde all'accelerazione di gravità sulla superficie terrestre circa 9,8 m quad durante un terremoto l'accelerazione del terreno Può variare notevolmente a seconda della distanza dall'epicentro dalla magnitudo del terremoto e Dalle caratteristiche geologiche del luogo in generale un terremoto può produrre accelerazioni del terreno che vanno da pochi centesimi di G fino a diversi g a seconda dell'intensità dell'evento ad esempio un terremoto di magnitudo moderata può generare accelerazioni del terreno dell'ordine di 0,1 0,5g mentre in una zona molto vicina all'epicentro di un terremoto di magnitudo elevata le accelerazioni del terreno possono superare anche un g e oltre provocando danni significativi alle strutture e al terreno stesso quindi le misurazioni dell'accelerazione del terreno durante un terremoto sono fondamentali per comprendere l'impatto sismico su edifici infrastrutture e popolazione nonché per sviluppare criteri di progettazione antisismica e pianificare la mitigazione del rischio sismico Ma torniamo al nostro terremoto man mano che il Sisma continua e il terreno oscilla avanti e indietro la struttura dell'edificio cercando di raggiungere il terreno in movimento è soggetta a forze inerziali che la spingono e la tirano in direzioni opposte queste forze sono particolarmente intense nei punti di massa concentrata come i piani superiori di un grattacielo o le parti strutturali pesanti come travi e pilastri l'effetto di queste forze può essere amplificato se il periodo di oscillazione del terreno Si allinea con il periodo proprio di oscillazione della struttura fenomeno noto come risonanza il fenomeno della risonanza si verifica quando la frequenza delle Vibrazioni del terremoto coincide con la frequenza naturale di oscillazione degli edifici stessi Quando un terremoto produce onde sismiche che hanno una frequenza simile a quella naturale dell'edificio si verifica proprio il fenomeno della risonanza questo porta ad un aumento significativo dell'ampiezza delle oscillazioni dell'edificio In pratica l'edificio comincia ad oscillare più violentemente rispetto a quanto non farebbe con onde di frequenza diversa questa amplificazione delle oscillazioni può causare danni ancora maggiori alle strutture Aumentando il rischio di danni strutturali gravi o addirittura il crollo il modo in cui la struttura risponde a queste forze inerziali e al fenomeno della risonanza dipende fortemente dal suo design dai materiali utilizzati e dalla qualità della sua costruzione strutture ben progettate possono assorbire e dissipare queste forze in maniera efficace Riducendo il rischio di danni significativi durante un sisma affronteremo nel dettaglio tutti questi aspetti legati al design e alle tecniche costruttive nei prossimi video della serie un fattore determinante degli effetti dei terremoti sugli edifici è la qualità del terreno sul quale sono costruiti una rappresentazione vivida dell'importanza di questo fattore l'abbiamo avuta nel recentissimo terremoto che ha colpito l'isola di Taiwan dove la potenza del sisma ha portato il terreno a liquefarsi la liquefazione del terreno è un fenomeno che può verificare durante i terremoti Specialmente in aree con terreni saturi d'acqua come sabbie e sedimenti non consolidati quando un terremoto scuote il terreno la pressione dell'acqua tra le particelle di sabbia aumenta rapidamente riducendo la frizione tra di esse e causando una perdita temporanea di coesione di conseguenza il terreno perde la sua capacità di sostenere cariche inizia a comportarsi più come un liquido che come un solido gli effetti della liquefazione sulle strutture edilizie possono essere devastanti gli edifici ed altre strutture possono inclinarsi affondare e crollare completamente se le strutture di fondazione sono progettate senza tener conto di questa possibilità anche le infrastrutture sotterranee come le tubature e le linee elettriche possono essere danneggiate a causa di questo spostamento del terreno liquefatto anche le caratteristiche locali del terreno Giocano un ruolo cruciale nella modulazione degli effetti di un terremoto influenzando in maniera significativa Come le onde sismiche si propagano e interagiscono con le strutture terreni più morbidi come quelli sabbiosi e argillosi tendono ad amplificare le onde sismiche rispetto a terreni rocciosi più solidi Questo significa che le onde sismiche possono aumentare in ampiezza man mano che passano a attraverso terreni più morbidi risultando in vibrazioni più forti in superficie terreni diversi possono anche modificare la frequenza delle onde sismiche per esempio un terreno morbido può favorire frequenze più basse che sono particolarmente pericolose per gli edifici alti mentre un terreno duro può mantenere frequenze più alte edifici situati su terreni diversi anche se vicini geograficamente possono rispondere in modo molto diverso durante un terremoto nelle aree densamente edificate dove gli edifici sono costruiti l'uno vicino all'altro fino a condividere addirittura parti strutturali come nei nostri centri storici ad esempio dove è difficile dire dove finisce un edificio e inizia quello attiguo può facilmente innescarsi un effetto Domino che porta ad una sorta di Reazione a Catena con crolli consecutivi ma vediamo quali possono essere i meccanismi di collasso parziali o totali che si possono innescare più frequentemente negli edifici di civile abitazione nel caso di terremoti con accelerazione sismica bassa o media i danni possono essere limitati agli arredi con ribaltamento di mobili o distacco di cornici o dettagli architettonici all'aumentare delle accelerazioni i danni possono estendersi alle strutture non portanti come i tramezzi o le pareti di tamponatura degli edifici con struttura in calcestruzzo armato questo può avvenire a seguito della deformazione dei telai Quindi con danni paralleli al loro piano di giacitura con la formazione delle classiche lesioni a croce di Sant'Andrea oppure a seguito di sollecitazioni ortogonali al loro piano di giacitura con il ribaltamento o l'espulsione dei tramezzi stessi il ribaltamento delle pareti di tamponatura pur essendo un tipo di danno che non pregiudica la stabilità dell'intero fabbricato può comunque avere conseguenze molto gravi per l'incolumità delle persone nel caso di accelerazioni ancora più elevate quindi di eventi sismici di forte intensità ad essere danneggiate possono essere anche le strutture portanti le murature portanti Specialmente se costituite da pietrame incoerente o le vecchie murature a sacco a causa della loro scarsa capacità di dissipare l'energia indotta dal sisma possono lesionar Sii anche profondamente sia nel loro piano che in quello ortogonale con meccanismi simili alle murature non portanti ma con effetti molto più gravi portando al collasso dei solai e delle coperture nelle strutture in calcestruzzo armato solitamente le massime sollecitazioni si concentrano nei nodi trave Pilastro con lesioni che poi possono interessare l'incastro o con lesioni dei pilastri causate da sollecitazioni di taglio queste lesioni possono comportare quelli che sono detti meccanismi di piano inteso proprio come piano di un edificio con la deformazione senza crollo di un intero piano più facilmente il piano terra dove Le sollecitazioni sono maggiori e spesso per la presenza di Ampi spazi dedicati alle attività commerciali ma mancano trame mezzi che contribuiscono ad irrigidire le strutture e ad assorbire lesionados parte dell'energia la deformazione del Piano può essere tale da portare al collasso di tutte le strutture verticali ed al collasso quindi di uno o più piani anche intermedi nei casi più estremi I danni alle strutture portanti possono propagarsi a tutti i piani verticalmente o con traslazione dei piani fino al collasso totale della struttura Questo è solo un brevissimo elenco molto semplificato ma è facile intuire come lo studio degli effetti dei terremoti sulle strutture sia fondamentale per capire come Le sollecitazioni sismiche agiscono sugli edifici e per studiare nuovi sistemi di prevenzione non a caso dopo ogni terremoto la pratica costruttiva e le normative hanno fatto uno importante in avanti Grazie proprio alle esperienze raccolte sul campo ma di questi aspetti parleremo nei prossimi video questo è stato un video molto generale che è servito per fissare dei concetti Generali appunto necessari per entrare nel dettaglio più avanti con video più specifici ed approfonditi sui diversi aspetti dell'ingegneria sismica per oggi Io mi fermo qui e vi do appuntamento al prossimo video Arrivederci