The forgotten vulnerability (interview with Gianluca Valensise)


Gianluca Valensise, of the Earthquake Department of INGV, Rome, is a seismologist with a geological background, an INGV research manager, and the author of numerous studies on active faults in Italy and other countries. In particular he is the “founder” of Italy’s Database of Individual Seismogenic Sources (DISS, http://diss.rm.ingv.it/diss/). He has spent over 30 years of his career exploring the relationships between active tectonics and historical seismicity, with the goal of merging geological observations with the available evidence on the largest earthquakes of the past.
Recently, with other colleagues, he published a work that proposes a sort of vulnerability ranking of Apennines municipalities. We discuss it below.

Luca, you are an earthquake geologist. You deal with active faults, seismogenic sources, past earthquakes, seismic hazard. Recently, with other colleagues, you have ventured into the theme of seismic vulnerability of the Italian building heritage. How come this choice?

First of all let me recall that I am a researcher, but also a citizen who is in a position to be able – and having to – to do something immediately useful for his own country.
That said, I believe that it all started ten years ago, following the 2009 L’Aquila earthquake. That the extreme vulnerability of the built-up area was one of the causes of the disastrous results of some earthquakes had already become clear to me from before, if only for having studied the effects of the strongest Italian earthquakes of the ‘900; from that of 1908 in the Strait of Messina to that of Irpinia in 1980, passing through the area of Fucino, devastated by the earthquake of 1915.

But the story actually begins even earlier, with the earthquake of San Giuliano di Puglia in 2002. That earthquake showed everyone that some of the choices made in the defense – or lack of defense – from earthquakes can be so disastrous as to frustrate both the material culture accumulated by those who live in the seismic zones, both the technological advancements in the construction industry: these advancements concern not only reinforced concrete structures, but also those built with load-bearing masonry.
The 2009 L’Aquila earthquake showed almost a complete reversal of the “normal” situation: excluding cultural assets, for which other rules apply, the maximum number of collapses and victims was recorded in post-WWII buildings, while those of previous eras – including the eighteenth-century buildings of the historic city – overall responded quite satisfactorily (this different performance also includes the choice of the site, sometimes disastrous in the case of some recent buildings).

There is little to add on the case of the May 2012 earthquakes in Emilia. The damage was dominated by the collapses in ecclesiastical architecture – to a large extent inevitable – and in the industrial one, which instead represented a bolt from the blue for everyone. I would like to remind you that the collapsed warehouses had been built without considering the possibility of significant lateral seismic actions, which have therefore played a major role in causing collapses that are apparently disproportionate to the severity of the earthquake itself. The previous antiseismic code did not require buildings in that area to be earthquake-proof: nevertheless, this remains a tragedy in the tragedy, if we reflect on the enormous disproportion between how little it would have costed to substantially reduce the vulnerability of those industrial premises (provided, however, that the reinforcements had been planned ahead of construction), and the price paid by those communities in terms of human lives and damage to the local (and national) economy.
Finally, there is the case of the 2016, Central Italy earthquakes, and of the dualism between the historical center of Amatrice, that practically disappeared from the map, and that of Norcia, that has entered a path of rebirth, although this path is fraught with many difficulties. This dualism has spurred our research (1, 2).

The basic thesis that you support is that – perhaps I simplify – the seismic vulnerability of settlements increases with the temporal distance from the last destructive earthquake. In a sense, you argue, after a destructive earthquake, repairs and reconstructions are carried out which reduce the overall vulnerability; then the memory of the event fades out and the vulnerability increases. Is this so?

The thesis in extreme synthesis is the one you have outlined, but I must make two premises. The first concerns the data used: in order to rely on homogeneous and good quality data, we have chosen to analyze only peninsular Italy, and in particular the Apennines chain. The second one has instead a methodological character: in our work we use jointly the historical observations, in the form of the seismic history of each single municipality, and the geological observations, which within a vast territory allow us to isolate those municipalities that are directly located above the great seismogenic sources. As such these municipalities will experience strong ground shaking, sooner or later (see the image below). It should be noted that the historical data would in many cases allow to go even below the municipal scale, but in order to grant a homogeneous representation and to be able to relate to the ISTAT data we have decided to bring everything back to the single municipality.

Figure 1 CFTI-DISS_200

Composite Seismogenic Sources taken from the DISS database (DISS Working Group, 2018: http://diss.rm.ingv.it/diss/) and the strongest earthquakes (Mw 5.8 and larger) in the CFTI5Med catalog (Catalog of Strong Earthquakes in Italy, Guidoboni et al., 2018). Each source represents the surface projection of the fault at seismogenic depth. The sources in yellow outline the system of large extensional faults running along the crest of the Apennines and have been used for this research. Each source is surrounded by a 5 km buffer whose role is to take into account the uncertainties inherent in its exact location, and therefore its exact distance from the inhabited centers that surround it or lie above it (from Valensise et al., 2017: see Note 1).

It is from the municipalities so selected (see the figure above) – 716 for the whole of central and southern Italy, from Tuscany to Calabria – that we then ranked the attitude of each community to underestimate the level of local danger, and therefore to fatally lower the guard on the issue of building vulnerability. It would have been useless to consider all municipalities, including those that lie far from the large seismogenic sources, because one thing is a dilapidated building in a scarcely seismic area, such as most of the Tyrrhenian side of the Apennines, another is if that same building is located in Amatrice. We wanted to elaborate a “ranking” of the vulnerability forgotten by citizens and their administrators, and we have put in place the best geological, geodynamic and historical knowledge available today – an almost unique heritage in the world – to achieve this goal. One last observation: the data we used are frozen at pre-2016, so our ranking does not take into account the latest earthquakes in the central Apennines.

In this way you have drawn up a sort of seismic vulnerability ranking of the Apennine settlements, based essentially on the temporal distance from the last destructive event. Can you illustrate this ranking a little?

We have ordered our 716 locations (see figure below) as a function of distance over time since the last VIII intensity shaking (Mercalli-Cancani-Sieberg or MCS scale:): a level of intensity that we believe marks a boundary between the simple repair of old buildings and the need to demolish and rebuild them from scratch, with a presumably drastic reduction in vulnerability.

Figure 2 Mappa ranking_200

Distribution of the 716 municipalities (representative of the entire municipal areas) selected with the procedure described in the text (from Valensise et al., 2017). The areas outlined in yellow represent the surface projection of the large seismogenic sources that run along the crest of the Apennines. The map shows:
– in purple: 38 municipalities for which historical sources report only minor damage;
– in red: 315 municipalities that in our ranking correspond to the municipal areas that have not suffered destructive earthquakes since 1861 (the year of unification of Italy);
– in black: 363 municipalities ordered according to the distance in time from the latest destructive earthquake, which occurred after 1861.
The reference to 1861 is purely conventional. The year 1861 represents a historical watershed that is also essential for earthquakes, with variable effects on a case-by-case basis (just think of the very effective Bourbon seismic regulations, that were abolished following the Unity of Italy).

The first 38 localities are those that have never experienced a shaking of the set level: following are those where that level was reached or exceeded many centuries ago, while in the end we find the places that have suffered for the most recent earthquakes, and therefore have been presumably reconstructed with anti-seismic systems.
Our elaborations are easily accessible to anyone through a dedicated website, which shows our ranking both in table and on map, and allows to explore the seismic history of each municipality (3). The only other parameters we show, without using them for the moment, are the resident population and the percentage of pre-1918 buildings, both from ISTAT data.

To illustrate the implications of our study I will give examples taken from the ranking itself. A striking case is that of the Mid-Serchio Valley, with several localities in the highest part of the ranking, that collects the municipalities that have never experienced a VIII degree in history: going from NW to SE we find Gallicano (193°), Coreglia Antelminelli (192 °), Borgo a Mozzano (31°), at Bagni di Lucca (32 °), all centers around 4,000 to 6,000 inhabitants, all in the province of Lucca. Only Barga , the pleasant mountain village celebrated by Giovanni Pascoli that is also the main center of the area, is presumably safe (595°).

It is easy to see that the position in the ranking goes up – thus worsening – moving towards the SE, i.e. moving away from the source of the 1920 earthquake in Garfagnana, also known as upper Serchio Valley. There is no doubt that the two portions of the valley are similar, but the seismotectonic data suggests that while the northern part suffered its “great” earthquake less than a century ago, the fault beneath the southern part is historically silent. According to the CFTI5Med catalogue, in 1920 Barga suffered a VIII degree, and the earthquake “… damaged 75% of the buildings, mostly inhabited by a poor population, causing the total collapse of many houses …”. Will this reconstruction suffice to save Barga from the next strong earthquake in the Serchio Valley? Things will probably be better than in the most downstream municipalities, also because, if it is true that according to ISTAT, 37% of Barga’s housing stock is pre-1918, i.e. more than a century old, this share of buildings is probably made up of houses that resisted the 1920 earthquake: either because they were built better, or because they were built where the seismic response was less severe than the average, or because of a combination of these two circumstances.

Another example I would like to take concerns the Calabrian-Lucanian border, between the provinces of Potenza and Cosenza in southern Italy. The case is similar to the previous one, but definitely more evident. We are in fact in one of the few portions of the Apennines chain that have never suffered a strong earthquake in historical times, even if the completeness of the seismic record of the area does not exceed a few centuries (with Emanuela Guidoboni in 2000 we wrote a small contribution precisely on this theme: see Note 4). The area had already been identified as a possible “seismic gap” by Japanese seismologist Fusakichi Omori within a study he conducted on the largest earthquakes of the Italian peninsula. In the area in question lie Mormanno (Cosenza, 29°) and Rotonda (Potenza, 30 °), never affected by a strong earthquake, but also Viggianello (Potenza, 178°), hit by a VIII-IX degree in the earthquake of January 26 1708 – which according to the CFTI5Med catalogue “… seriously damaged the village causing extensive destruction and numerous victims …”. On 25 October 2012 this area was hit by an earthquake with Mw 5.3, which tested the solidity of the buildings but above all it spurred a vast effort for the reduction of building vulnerability: a very local circumstance, linked to the occurrence of an earthquake that is not destructive but sufficient to trigger a solid reaction from the institutions, and that could be a welcome exception to what would be expected based on our ranking.

The list of locations where the “seismic memory” has been well cultivated certainly includes many other centers, especially in central and southern Italy: but the effectiveness of these virtuous behaviors will receive confirmation only from the forthcoming earthquakes.

The case of Norcia seems quite special. The famous building regulations enforced by the Papal State (1859) seem to have contributed since then to limit the damage, even in the case of the 1979 earthquake. Viceversa, for mysterious reasons Norcia was included in the seismic code only in 1962. In 2016 it suffered more damage outside the walls than inside. Do you have an opinion on this?

Norcia is ranked 676° place in our classification, mainly by virtue of the 1979 earthquake, but had previously suffered intensity VIII or larger effects in 1730, 1859 and 1879.
The case of Norcia is indeed quite unique. The “fortune” of Norcia towards earthquakes – if the term is granted to me, being perhaps inappropriate in view of what has happened in the city over the past few months (5) – is largely due to two symbolic earthquakes, those of 1859 and 1979, both with a magnitude of around 5.8, and to a sort of wake-up earthquake, that of 1997. Let me explain it better.

Following the 1859 earthquake the prelate Arcangelo Secchi and the architect Luigi Poletti prepared a very accurate analysis of what had happened, accompanied by recommendations on the reconstruction collected in the famous “Building Regulations” approved between the end of 1859 and the spring of 1860. It for this reason that the 1979 earthquake found a building patrimony that on average was substantially more hard-wearing than that of the surrounding towns, although the lesson imparted by the earthquake of 120 years before had perhaps already been partly lost. After 1979 Norcia was rebuilt with a great commitment, both by residents and institutions. The 1997earthquake, whose epicenter was quite far from Norcia, was the occasion for a “recall” of what had been done after 1979, as it is done with vaccines. The nursini – the people of Norcia – have the earthquake in their DNA: and I state this with full knowledge of the facts because some of my maternal cousins were born and raised there.

I believe that Secchi and Poletti’s famous Building Regulations did play a major role; an example for all, that of the Civic Tower, which miraculously survived the 30 October 2016 earthquake. Norcia demonstrates that the lesson taught by history to the local culture may compensate for any delays in the introduction and implementation of anti-seismic codes. In Norcia the local culture has not waited for modern codes but has anticipated them, also thanks to Secchi and Poletti. We should also remember that in Italy the codes have always only affected only new buildings and those that have been significantly restored; nothing is imposed to the owners of existing buildings. In my opinion this is one of the great unresolved issues, perhaps the greatest, as well as a source of misunderstandings and ill-fated expectations.

If we want, the case you mention – that of greater damage outside the walls of Norcia compared to the historic center s.s. – is a paradoxical confirmation of the role of “historical memory” in mitigating the effects of earthquakes. Here, too, an engineer should speak in my place, but I will try to venture hypotheses, some of them quite obvious.

First of all it must be said that the value of the “historical memory” of the nursini applies only to the “historical component” of the building stock. This statements seems redundant, but in fact what could be the value of “historical memory” for a condominium built in the 1980s, very different from the constructive style of the city center but rather similar to what you see in many urban suburbs of Italy?
The construction style is also the basis of my second hypothesis, stemming from the evidence that a load-bearing masonry building can also defend itself very well from earthquakes, provided that it is well built or renovated, according to the best practices in use in the various epochs. Recall that the 30 October shock was a Mw 6.5 earthquake located just below the center of Norcia: the accelerations observed were very significant, to the point of making the performance of masonry buildings truly extraordinary. In condominiums built outside the walls, instead – but I insist that this is the opinion of a geologist – once again we have seen that in normal reinforced concrete buildings the performance of the supporting structure can also be very different from that of of infills and of any accessory structures. This means that the building is unlikely to collapse, unless there are evident flaws in its design, but also that non-structural damage can be so burdensome as to make it convenient to demolish and rebuild: a paradox which I believe has been addressed in the new Norme Tecniche sulle Costruzioni 2018 (Technical Standards for Construction, or NTC18), at least for the future.

Have you had the chance to discuss this study with some seismic engineer, or have you received any reaction from that environment? How do you think your results can be used, and above all by whom?

We have received words of encouragement both from various engineers to whom we have submitted the first version of the manuscript, and from the public to whom we have presented the study in the most diverse occasions. But that’s all, because there have not been other reactions, at least for now – and I refer above all to those of the institutions. We also tried to establish a relationship with the Casa Italia Mission Structure, when it was still directed by Prof. Azzone, but also in this case there was no reaction. Evidently Casa Italia does not share with us the need to set priority criteria for risk mitigation interventions soon: interventions that the Structure is not implementing anyway, if not in the ten symbol-building sites that will be opened in as many symbol cities.

We believe that earthquake mitigation must combine excellent scientific assumptions – and in Italy we believe we have both a rich heritage of seismicity data, and an excellent expertise to make the best use of them – with much pragmatism as regards how and where invest any resources that may become available for seismic improvement. We also believe that the Sisma Bonus (“Seismic Bonus”) could be a useful tool, but only on condition that the criteria for assigning its benefits are drastically reviewed (and that the Sisma Bonus is made overall more “attractive”, by reviewing the delivery mechanisms: but on this I leave the floor to the experts of financial things). In particular, we maintain that a ranking of priorities must be drawn up between the various municipalities and the various aggregates of buildings, choosing them on the basis of their presumable vulnerability – on the basis of hypotheses such as those formulated by us – or real – on the basis of punctual findings, even if expeditious.

Launching this process harmoniously requires a solid control room, which I believe should include researchers, representatives of the professional associations involved, ISTAT officials, as well as institutional representatives of various origins (the Italian Civil Protection, the Ministry of Economic Development or MiSE, the National Association of Italian Municipalities etc.). For over two years I thought and hoped that this control room could coincide with the structures of Casa Italia, but today it is clear to me that I was wrong.

Finally – last but not least – it is necessary to launch a multi-year approach to the mitigation of seismic risk; an approach which at least on such an important issue breaks down the endemic “five years perspective” (when it’s good) that from always characterizes the governments of the Belpaese. But the ability to effectively plan the future is not one of the traditional virtues of the Italians, and therefore I fear we will not go very far on this side.

As a researcher I can clearly distinguish what makes sense from what could only be written in a book of dreams. However – and with this I close the circle you opened with the first question – I would like to dedicate the next few years to promote a change of course on how these issues are coped with in Italy today. I consider it a moral duty of my generation of seismologists; a generation stemming from the immense – and certainly avoidable – catastrophes of Friuli and Irpinia, and from the subsequent birth of a modern and effective Civil Protection.

(1) https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2212420917302376?via%3Dihub

(2) http://www.cngeologi.it/2018/08/27/geologia-tecnica-ambientale-7/

(3) http://storing.ingv.it/cfti/cftilab/forgotten_vulnerability/#

(4) https://www.annalsofgeophysics.eu/index.php/annals/article/view/3672

(5) http://www.ansa.it/umbria/notizie/2019/04/19/continua-protesta-comitato-norcia_584b1669-91d1-4654-9563-504bdc31f3ba.html

Tutti sulla stessa faglia: un’esperienza di riduzione del rischio sismico a Sulmona. Intervista a Carlo Fontana

Carlo Fontana è un ingegnere meccanico che vive a Sulmona, e quindi nei pressi di una delle faglie appenniniche più pericolose: quella del Morrone. Lavora nel settore industriale e fino al 2009 non ha considerato il rischio sismico come rilevante nella sua vita. Con lui abbiamo discusso della sua esperienza di riduzione della vulnerabilità sismica della sua casa e di impegno pubblico sul tema della prevenzione nel suo territorio.

Ci racconti come era – dal punto di vista sismico – l’edificio in cui vivevi ?

L’edificio in questione è la casa paterna di mia moglie, che abbiamo deciso di ristrutturare dopo il matrimonio per renderla bifamiliare. Era composto da un nucleo originario in muratura calcarea tipica della zona, primi anni del 900, a cui è stato affiancato un raddoppio negli anni  ‘60 con muratura in blocchi di cemento semipieni. Solai in profili metallici e tavelle, scala in muratura e tetto in legno. E’ stata danneggiata e resa parzialmente inagibile dai terremoti del 7 e 11 maggio 1984. Nel 2008 era ancora in attesa del contributo per un intervento di riparazione progettato a ridosso del sisma.

Fig01

Qual è stata la molla che è scattata per indurti a rivedere il progetto relativo alla tua abitazione? Continua a leggere

Sisma Safe: come scegliere di “essere più antisismico”. Intervista a Giacomo Buffarini

Quando un edificio può essere definito sicuro in caso di terremoto? E’ sufficiente che sia stato progettato e realizzato secondo le norme sismiche? E quali norme, visto che sono cambiate e migliorate nel corso degli anni?
Queste ed altre problematiche vengono affrontate dalla iniziativa “Sisma Safe”, un’associazione senza scopo di lucro che, attraverso un’attività informativa, vuol dare una risposta al bisogno di sicurezza individuando degli esempi positivi che siano in grado di trascinare il mercato edilizio. Ne parliamo con Giacomo Buffarini, ingegnere, ricercatore presso l’ENEA, ente che collabora a questa iniziativa.

Come è nata l’iniziativa “Sisma Safe” e quali sono gli obiettivi che persegue?

Sisma Safe nasce dalla sensibilità di alcune professioniste (ingegneri e architetti) che hanno compreso come ogni sforzo in ambito edilizio di miglioramento delle performance energetiche, del comfort abitativo, o ogni altro investimento risultano vani se non è garantita la sicurezza strutturale e che risulta, quindi, necessario limitare la vulnerabilità sismica di un edificio. L’obbiettivo è fare in modo che l’edificio, a seguito di un evento sismico della portata di quello previsto dalla normativa, non solo consenta la salvaguardia della vita (ossia non crolli), ma che possa continuare ad essere usato; più semplicemente subisca un danneggiamento nullo o estremamente limitato. Continua a leggere

August notes, with another trial at L’Aquila
 (by Massimiliano Stucchi)

translated by Google, revised

Since at least a couple years  August gives us death and damage: Amatrice in 2016, Ischia in 2017, this year the highways, the Pollino flood and a seismic sequence (Molise) that so far has produced only minor damage. And other news that is worth commenting on.

On the Morandi bridge in Genoa everything and even more was said. There is little to add, if not the reflection that bridges of that type, and also of another type, are vulnerable both to wear and possible external impacts (airplanes, drones, attacks, etc.). These bridges are designed to withstand a given external event that is never the maximum possible, also because in these cases this maximum is not known. So, like many things, they keep a level of risk. To be know. Continua a leggere

Gli edifici in muratura alla prova dei terremoti italiani (colloquio con Guido Magenes)

…….”Questo paragone con la medicina calza benissimo; ci sono veramente tante analogie tra il lavoro del tecnico che deve capire cosa fare di un edificio esistente e quello del medico che cerca di fare una diagnosi e di individuare una terapia corretta su un paziente”…..


English version here: Masonry buildings to the test of Italian earthquakes (interview with Guido Magenes)


Guido Magenes è professore di Tecnica delle Costruzioni all’Università di Pavia e allo IUSS Pavia. E’ inoltre coordinatore della sezione murature della Fondazione EUCENTRE. La sua area di maggior competenza è il comportamento sismico delle costruzioni in muratura e per questo ha anche partecipato e tuttora partecipa a numerosi comitati tecnico-normativi italiani e europei. 
Abbiamo discusso con lui del comportamento degli edifici in muratura in Italia, con particolare riferimento a quanto avvenuto in occasione degli ultimi terremoti.

1. I terremoti del 2016 hanno determinato una sequenza di scuotimenti che ha messo a dura prova gli edifici della zona colpita, in particolare quelli in muratura. Gli effetti visti sul campo sono molto diversi fra loro: accanto agli edifici già pesantemente danneggiati dal terremoto del 24 agosto ve ne sono altri che hanno visto aggravare le loro condizioni dalle scosse di ottobre, e altri che sembrano non aver subito danni gravi in tutta la sequenza. Hai una spiegazione per questo?

Il patrimonio di edifici in muratura esistenti sul nostro territorio ha caratteristiche e qualità molto variabili, in funzione dell’epoca di costruzione, dei materiali e dei criteri costruttivi utilizzati, della tipologia e forma architettonica (edifici ordinari o chiese, palazzi, torri, eccetera…), degli eventuali interventi di manutenzione e rinforzo o manomissione e indebolimento succedutesi nel tempo. Certamente esistono tipologie problematiche ricorrenti, ma la diversità del comportamento degli edifici in muratura, al netto della severità dello scuotimento (ovvero del diverso moto del terreno nei vari siti), è dovuta appunto a questa grande variabilità.
Nel caso specifico della sequenza sismica dell’Italia centrale, che ha interessato un’area molto vasta e quindi una notevole varietà di edifici, si è quindi osservato quello che dici tu: dall’edificio di costruzione recente, di pochi piani, in buona parte o in tutto conforme ai criteri moderni di progettazione e di costruzione, che non ha presentato danni di rilievo, agli edifici storici con grandi luci ed altezze, come ad esempio le chiese, che tendono ad essere più vulnerabili e hanno quindi subito danni significativi e crolli a causa delle loro dimensioni, dei rapporti geometrici e della loro organizzazione strutturale. In molti casi anche la scarsa qualità dei materiali ha ulteriormente aggravato la situazione.

2. In tutti i Comuni colpiti vigeva la normativa sismica, con diversi anni di decorrenza (gli estremi sono rappresentati da Amatrice e Accumoli, 1927, e Arquata del Tronto, 1984).

Schermata 2018-02-05 alle 20.44.50da https://tegris2013.files.wordpress.com/2018/02/considerazioni-su-flagello-del-terremoto-e-riduzione-del-rischio-sismico.pdf

La distribuzione del danno non sembra essere influenzata da queste diversità; c’è una ragione?

Non tutte le normative sono ugualmente efficaci: una norma del 1927 è ovviamente molto diversa, sotto tanti punti di vista, da una norma degli anni ’80 o degli anni 2000 e, come ho accennato sopra, gli edifici costruiti nel rispetto delle norme più recenti si sono comportati generalmente bene (edifici costruiti con blocchi artificiali e malte di buona resistenza, oppure anche edifici in pietra demoliti e ricostruiti con malte di buona qualità).
Non direi quindi che la distribuzione del danno non sia del tutto influenzata dal contesto normativo. Dipende da cosa c’era scritto nella norma e da quanti edifici sono stati costruiti o riparati o rinforzati dopo l’introduzione della norma (nei centri colpiti una percentuale notevole degli edifici era stata costruita prima delle normative sismiche che hai ricordato). Le norme e i criteri progettuali non nascono necessariamente perfetti e aggiustano il tiro sulla base dell’esperienza dei terremoti. Ad esempio, certamente è solo da quindici-venti anni che si è incominciato a riconoscere che certi tipi di interventi proposti e largamente applicati dopo i sismi del Friuli e della Basilicata sono dannosi o non funzionano (si pensi ai famigerati ”cordoli in cemento armato in breccia” inseriti in un edificio esistente in muratura di pietrame: è da Umbria-Marche ’97 che si è incominciato a capirne l’inefficacia).
Nei centri in cui la presenza di una normativa o di una classificazione sismica sembra non aver sortito alcun effetto bisogna tener conto anche del fatto che i controlli sulla qualità della costruzione degli edifici, in particolare in muratura, erano inesistenti o inefficaci almeno fino alle legislazioni più recenti. L’uso di una malta scadentissima è un elemento ricorrente in molte delle vecchie costruzioni in muratura crollate o danneggiate nell’ultima sequenza sismica. In centri come Accumoli e Amatrice sembra che anche dove sono stati fatti interventi sugli edifici, sostituendo ad esempio i vecchi solai, o inserendo qualche catena, non ci fosse consapevolezza o si sia molto sottovalutato il problema della scarsa qualità muraria, rendendo in definitiva inefficaci gli interventi fatti. Aggiungiamo poi che gran parte di quelle aree hanno subito dagli inizi del 1900 ad oggi un notevole spopolamento, con inevitabili conseguenze sulla manutenzione delle costruzioni, che ha portato ad un incremento di vulnerabilità piuttosto diffuso.

Ci sono poi alcuni casi particolari in cui norme storiche e norme più recenti sembrerebbero aver avuto un effetto positivo. Prendiamo l’esempio di Norcia: senza entrare nel dettaglio delle misurazioni delle caratteristiche del moto, è un dato di fatto che Norcia nell’ultima sequenza abbia subito forti scuotimenti, paragonabili a quelli di Amatrice e Accumoli ma con un danno agli edifici molto inferiore. Nella storia di Norcia ci sono stati due eventi molto significativi che hanno avuto un effetto notevole sulla risposta degli edifici in quest’ultima sequenza, uno antecedente ed uno seguente alla norma del 1962. Nel 1859 un forte terremoto causò numerosi crolli e vittime in alcune zone del centro storico, e a seguito di ciò lo Stato Pontificio emanò un regolamento molto efficace che dava una serie di disposizioni sulle riparazioni e le ricostruzioni: sulla geometria, in particolare sull’altezza massima degli edifici (due piani), sui dettagli costruttivi, sulla qualità dei materiali. Poi nel 1979 c’è stato un altro terremoto in Valnerina, a seguito del quale si sono danneggiate altre parti del centro storico, a cui hanno fatto seguito una serie di interventi sistematici di rinforzo, su molti edifici. In molti di questi edifici il rinforzo delle murature verticali (pur con la tecnica controversa dell’intonaco armato) ha rimediato ad uno dei principali elementi di vulnerabilità, cioè la scarsa qualità muraria. Se per un attimo lasciamo da parte gli elementi che possono andare a sfavore dell’uso dell’intonaco armato (in primis la durabilità dell’intervento), e lo vediamo semplicemente come una tecnica che ha rimediato ad un fattore di grande vulnerabilità, possiamo dire che per Norcia c’è quindi stato un effetto positivo di normative regionali pre-moderne e più recenti scaturite dall’esperienza diretta di eventi sismici.

3. Parliamo di normativa sismica e in particolare dei suoi aspetti ingegneristici. Si sente dire che è variata molto nel tempo, e che forse quella non recente non era del tutto efficace. E’ vero, e se sì perché?

Per quanto riguarda la componente ingegneristica della norma, quello che sappiamo ora del comportamento strutturale e sismico delle costruzioni, in muratura ma non solo, è il frutto di una continua evoluzione attraverso l’esperienza dei terremoti italiani e in altre parti del mondo. Da noi in Italia lo studio ingegneristico delle costruzioni in muratura ha ripreso vita, dopo decenni di quasi totale abbandono, dopo il terremoto del Friuli. Le prime norme in cui si danno indicazioni su come “calcolare” un edificio in muratura in Italia risalgono ai primi anni ’80 (per “calcolare” intendo “valutare quantitativamente il livello di sicurezza”). Per quanto il “calcolo” non sia l’unica componente della progettazione, questo fatto dà l’idea di come siano solo le norme molto recenti ad avere una base tecnico-scientifica allineata con le conoscenze attuali. Ci tengo a dire che l’assenza del calcolo in un progetto non implica necessariamente che l’edificio non sia sicuro: nel passato si seguivano regole geometriche e costruttive di tipo empirico, basate sull’esperienza e sull’intuizione del comportamento meccanico, ancorché non esplicitata in calcoli. Ancor oggi per la progettazione di un edificio in muratura semplice e regolare è possibile seguire regole geometriche e costruttive codificate che consentono di evitare calcoli dettagliati o complessi, raggiungendo comunque un livello adeguato di sicurezza.
Le esperienze dei sismi dell’Irpinia, dell’Umbria-Marche, via via fino ai più recenti dell’Italia centrale, sono stati un continuo banco di prova e una fonte di conoscenza. Ad esempio, come accennato nella risposta alla domanda precedente, il terremoto Umbria-Marche 1997, oltre a sottolineare come sempre la grande vulnerabilità delle chiese e di certe strutture storiche, è stato un notevole banco di prova per criteri e tecniche di intervento sugli edifici in muratura proposti e sviluppati a seguito dei terremoti italiani di fine anni ’70, mettendo in evidenza come alcune tecniche non risultano essere molto efficaci o possono essere addirittura controproducenti se applicate in modo indiscriminato e inconsapevole.

Per concludere questa mia risposta con una mia opinione sulle attuali norme tecniche, credo che per quel che riguarda la progettazione delle nuove costruzioni siamo veramente ad un livello molto avanzato e che consegue i livelli di sicurezza che oggi si ritengono adeguati  Credo che ci siano più incertezze in merito alla valutazione e al rinforzo degli edifici esistenti, anche se non è tanto un problema normativo ma proprio di conoscenze scientifiche e di corretta individuazione di strategie e tecniche per l’intervento. E’ certamente più facile concepire e costruire ex novo un edificio sismo-resistente, che valutare e intervenire su un edificio esistente.

4. Quanto – e come – gioca nella sicurezza sismica di un edificio in muratura la sua realizzazione, al di là del progetto?

La domanda mi dà l’occasione di soffermarmi ancora un momento su cosa si intende per “progetto”, che è qualcosa di diverso dal mero “calcolo”. Il progetto comprende tutti gli aspetti di ideazione, concezione, scelta e organizzazione della struttura, scelta di materiali e tecniche costruttive con la consapevolezza di come potranno e dovranno essere realizzati in opera, calcoli di verifica delle prestazioni in termini di sicurezza e di comportamento in esercizio, prescrizioni sui dettagli costruttivi. Nella progettazione sismica moderna è inoltre necessario tener conto, quando rilevante, della risposta sismica delle parti non strutturali della costruzione. Deve inoltre esserci il controllo che quanto prescritto nel progetto sia realizzato in fase di costruzione. Il calcolo è quindi solo una componente del progetto. E’ interessante quindi notare come gran parte degli edifici esistenti in muratura non è stato calcolato, perlomeno come intendiamo il calcolo strutturale ora. La prima norma tecnica nazionale sulle costruzioni in muratura con una descrizione sufficientemente dettagliata dei calcoli per la verifica strutturale risale al 1987. Norme tecniche con indicazioni per il calcolo sismico, sono state emanate dopo il sisma del Friuli 1976 e via a seguire. Prima di quelle norme esisteva sostanzialmente una letteratura e una manualistica tecnica, con riferimento ai principi della meccanica, nonché una tradizione costruttiva. Vorrei chiarire che sto parlando di norme che dicano come calcolare la resistenza di un edificio in muratura, soggetto ad azioni sismiche o non sismiche. Tanto per fare un esempio, il Regio Decreto del 1909 (post terremoto di Messina), grande esempio storico di normativa sismica, dà criteri per definire l’azione sismica, dà regole costruttive e geometriche ma non dice come si calcola la resistenza (quella che oggi si chiamerebbe la capacità) di un edificio in muratura.

La tradizione costruttiva basata sul rispetto della “regola dell’arte” ha sempre avuto ben presente l’importanza del dettaglio costruttivo, della qualità dei materiali, di come l’edificio viene costruito, e questo ha consentito e consente ad edifici ben costruiti ma non “calcolati” di resistere egregiamente a scosse sismiche anche molto violente. Nella costruzione moderna il rispetto in cantiere delle regole esecutive, del controllo della qualità dei materiali, è altrettanto importante, anche se lo è per la muratura come per le altre tipologie. La sensibilità della struttura a difetti costruttivi è funzione del livello di robustezza della concezione strutturale. Una costruzione scatolare in muratura, fortemente iperstatica (cioè in cui il numero di elementi resistenti è superiore al minimo necessario per garantire l’equilibrio dei carichi) potrebbe in principio essere meno sensibile al problema di una struttura prefabbricata isostatica (cioè in cui il numero di elementi resistenti è pari al minimo necessario per garantire l’equilibrio dei carichi, per cui è sufficiente che un solo elemento vada in crisi per avere il collasso). Ovviamente stiamo parlando di eventuali difetti locali e non generalizzati su tutta la costruzione. Se tutti i materiali sono scadenti in tutta la costruzione è un grosso guaio, ed è comunque difficile dire se sta peggio un edificio in muratura o uno a telaio in cemento armato, in cui magari aggiungiamo difetti nei dettagli d’armatura nei nodi o negli ancoraggi….

5. Molti operatori che sono intervenuti sul campo, hanno riscontrato tracce di interventi che avrebbero indebolito le strutture. Ti risulta?

Nei rilievi post-terremoto svolti in modo rapido in condizioni di emergenza, non sempre si riesce a capire con chiarezza la storia dell’edificio e quali modifiche siano state apportate, in che tempi e modalità, ma a volte è evidente che alcune modifiche apportate al fabbricato siano state di detrimento alla sicurezza.  Sovente si tratta di interventi fatti con totale inconsapevolezza degli effetti sulla sicurezza e con finalità legate puramente alla destinazione d’uso, all’utilizzo e alla ridistribuzione degli spazi. In altri casi, più rari, si tratta di situazioni di interventi fatti anche con finalità “strutturali” magari anche con l’idea di conseguire un incremento di sicurezza, ma che in realtà sono dannosi o inefficaci. Un classico esempio, spesso discusso in letteratura anche sulla base dei rilievi post-sisma italiani da Umbria-Marche 1997 in poi, è l’inserimento di elementi strutturali nuovi, rigidi e pesanti (come ad esempio la sostituzione di un solaio in legno con un solaio in cemento armato) in un edificio con muratura molto debole (ad esempio muratura in pietrame irregolare con malta scadente), senza che la muratura venga consolidata in modo adeguato. C’è stato un periodo, successivo ai terremoti del Friuli e dell’Irpinia, in cui si sosteneva molto il fatto che i diaframmi (ovvero i solai e i tetti) rigidi aumentano l’iperstaticità, ovvero la robustezza della costruzione e il cosiddetto “comportamento a scatola”, per cui si cercava di riprodurre in strutture esistenti qualcosa che è relativamente semplice realizzare e i cui effetti sono ben controllabili nelle nuove costruzioni,  ma che in una costruzione esistente ha problemi realizzativi (nel collegamento tra elementi nuovi e elementi esistenti) e strutturali  (possibile aumento delle sollecitazioni nella muratura). E’ importante notare che l’efficacia degli interventi viene messa alla prova da terremoti che hanno luogo successivamente, e in alcune zone dell’Italia centrale è stato ed è possibile ora trarre indicazioni di questo tipo. Nel terremoto dell’Umbria-Marche del 1997 è stato possibile osservare diverse situazioni problematiche in edifici in cui erano stati sostituiti i solai esistenti con solai più pesanti e rigidi.

Permettimi però di aggiungere un ulteriore commento. Dal punto di vista scientifico, il fatto che un intervento sia “dannoso” ovvero indebolisca la struttura rispetto al non-intervento è verificabile sperimentalmente solo se c’è il riscontro di cosa succederebbe all’edificio senza intervenire e cosa succederebbe a seguito dell’intervento. Questo tipo di confronto nella stragrande maggioranza dei casi non c’è o non è possibile farlo, a meno di casi fortunatissimi di edifici quasi identici costruiti sullo stesso suolo in cui uno è stato rinforzato e l’altro no, oppure sono stati rinforzati con metodi diversi. Oppure, come ad alcuni ricercatori capita di fare, quando si confrontano prove sperimentali su tavola vibrante. Quindi in generale io sono sempre piuttosto scettico di fronte a interpretazioni date sulla base di rilievi puramente visivi, senza il necessario approfondimento dei dettagli e senza una analisi quantitativa svolta in modo competente.
Mi sento di poter dire (e so che molti colleghi hanno la stessa opinione) che in moltissime situazioni viste in centro Italia il crollo della costruzione sarebbe avvenuto e avverrebbe a prescindere dal tipo di solaio, leggero o pesante, rigido o flessibile, in virtù della pessima qualità della muratura, che mi sembra sia stato il problema principale.

6. Come ha giocato nell’aggravamento del danno (laddove si è verificato) il ripetersi degli scuotimenti forti? Si tratta di qualcosa che è implicitamente previsto, e contrastato, dalle norme sismiche? Viceversa, come spieghi i numerosi casi di assenza quasi totale di danno?

Lo scuotimento ripetuto aggrava tanto più il danno quanto più il danno generato dalla scossa precedente è grave. Sembra un’affermazione un po’ banale, però nella sostanza è quello che succede. Per esempio, se in un edificio in muratura una prima scossa genera solo poche fessure non molto ampie e di un certo tipo (ad esempio fessure orizzontali nei muri, che si richiudono dopo la scossa per effetto del peso proprio), l’edificio non ha perso molta della sua capacità resistente; quindi se verrà assoggettato a scuotimenti ripetuti, meno intensi della prima scossa, è possibile che il danno non si aggravi eccessivamente, e se verrà assoggettato ad uno scuotimento più forte della prima scossa avrà una resistenza uguale o di poco inferiore a quella che avrebbe se la prima scossa non ci fosse stata. Se invece una scossa porta a sviluppare fessure diagonali (le cosiddette fessure “per taglio”) o fessure verticali con distacchi, la parte lesionata ha perso una quota significativa della sua capacità di resistere e lo scuotimento ripetuto successivo può portare al degrado progressivo e al crollo anche se le scosse successive subite dall’edificio, singolarmente sono magari meno forti della prima. E’ qualcosa di visibile e riproducibile anche in laboratorio.

Detto questo, ci sono tipologie di costruzioni e di elementi strutturali che sono più o meno sensibili al ripetersi dell’azione sismica. Quando gli ingegneri sismici parlano di “duttilità” della struttura o di un meccanismo si riferiscono anche a questo, cioè alla capacità di una struttura di resistere a ripetuti cicli di sollecitazione ben oltre la soglia della prima fessurazione o del primo danno visibile, senza arrivare al crollo. Una costruzione moderna ben progettata in cemento armato è una struttura di questo tipo, ad esempio. La muratura non armata, invece è più suscettibile al danno indotto dalla ripetizione di cicli di sollecitazione post-fessurazione. Come conseguenza, gli edifici esistenti in muratura una volta danneggiati da una prima scossa sono più vulnerabili a scosse successive. Se invece la prima scossa non genera danni di rilievo la sicurezza della costruzione si mantiene, nella maggior parte dei casi, più o meno inalterata e questo rende conto del fatto che anche numerose costruzioni in muratura hanno resistito alle scosse ripetute. Purtroppo a volte il danno può non essere chiaramente visibile. Il danno nella muratura si origina sotto forma di micro-fessure (non visibili ad occhio nudo) che si sviluppano poi in macro-fessure. Se in una prova di laboratorio si spinge un campione di muratura ad una condizione molto prossima all’innesco delle macro-fessure ma si rimuove il carico prima del loro sviluppo, può succedere che in una fase di carico successiva la macro-fessura si formi ad un livello di carico inferiore a quello raggiunto nella prima fase. Può quindi succedere che un edificio che ha resistito ad una scossa violenta senza danni apparenti si lesioni visibilmente per una scossa successiva meno violenta della prima.

Mi chiedi se il comportamento della struttura a scosse ripetute sia implicitamente considerato nelle norme sismiche: la risposta è affermativa, almeno per alcuni aspetti. Ad esempio, il rispetto di certi dettagli costruttivi nel cemento armato e l’applicazione di certe regole nel dimensionamento delle sezioni e dell’armatura hanno proprio anche questo scopo, di rendere la struttura meno suscettibile al danno sotto azioni ripetute. Inoltre strutture meno duttili, come quelle in muratura non armata, vengono progettate con azioni sismiche di progetto più elevate anche per “compensare” la loro maggiore suscettibilità al degrado dovuto all’azione ripetuta. Ci sono però alcuni aspetti del problema della resistenza e dell’accumulo del danno sotto scosse ripetute che restano ancora da esplorare e costituiscono un argomento di ricerca ancora abbastanza “di frontiera”. In particolare, se è vero che incominciano ad essere disponibili dei modelli concettuali per valutare come cambia il rischio (ovvero la probabilità di collasso o di danneggiamento) di un edificio o di un insieme di edifici al trascorrere del tempo e al susseguirsi delle scosse sismiche, questi modelli vanno ancora notevolmente affinati per dare risultati che siano quantitativamente affidabili.

7. Mi sembra di capire che la varietà delle casistiche degli edifici in muratura, almeno in Italia, sia veramente elevata: tanto elevata che conoscerle richiede un approccio simile a quello della medicina dove ogni caso rappresenta quasi un fatto singolo. Forse non esiste quindi una terapia universale ogni caso richiede una cura particolare: è corretto? E se sì, visto che le condizioni edilizie di diverse zone dell’Appennino (e non solo) sono simili a quella delle zone colpite nel 2016, ci si devono attendere distruzioni analoghe?

Questo paragone con la medicina calza benissimo, ci sono veramente tante analogie tra il lavoro del tecnico che deve capire cosa fare di un edificio esistente e quello del medico che cerca di fare una diagnosi e di individuare una terapia corretta su un paziente. Dal punto di vista tecnico non esiste una terapia universale e a nessun (bravo) medico verrebbe in mente di applicare un protocollo terapeutico senza l’anamnesi, l’esame obiettivo, eventuali esami strumentali o di laboratorio e la formulazione di una diagnosi (che ci dice quale è la malattia /stato di salute del paziente, e quindi ci definisce di cosa ha bisogno). Il bravo tecnico segue un percorso analogo per pervenire alla valutazione della sicurezza e alle possibili ipotesi di intervento (o non intervento). Certo è possibile e doveroso, come avviene a livello sanitario, definire delle strategie e delle politiche di prioritizzazione e allocazione di risorse per far sì che complessivamente il rischio sismico nel nostro paese diminuisca. E’ certo che là dove l’edilizia vecchia non è stata soggetta a manutenzione, o a sola manutenzione estetica e funzionale senza rinforzo strutturale ci si possono attendere distruzioni analoghe a quelle viste nel 2016 in occasione di eventuali futuri sismi di magnitudo comparabile. Questo vale sia per l’edilizia pubblica che privata. Là dove invece si è intervenuti o si interverrà in modo consapevole ponendo attenzione al problema della sicurezza sismica, l’esperienza degli ultimi terremoti ci insegna che il livello di danno da attendersi sarà più contenuto.

Permettimi di concludere questa intervista con qualche commento di tenore non prettamente tecnico-ingegneristico. La possibilità di ridurre il rischio sismico in Italia dipende da tanti fattori, che vanno dal modo con cui la politica affronta il problema dei rischi naturali, al modo con cui i tecnici, singolarmente e collettivamente, interagiscono e comunicano con la politica, al modo con cui si comunica la presenza del rischio alla popolazione, al conseguente modo con cui il cittadino compie le sue scelte quando acquista o deve decidere di manutenere un immobile. Secondo me è necessario arrivare progressivamente ad un sistema in cui il cittadino riconosca che è nel suo interesse perseguire una maggiore sicurezza sismica, spendendo inizialmente un po’ di più perché ne avrà un ritorno in futuro non solo in termini di sicurezza ma anche di beneficio economico, ad esempio di valore del proprio immobile. L’iniziativa del Sismabonus è sicuramente un primo passo in questa direzione, ma dovranno essere fatti altri passi. L’obiettivo, certamente non facile da raggiungere, dovrebbe essere che il livello di sicurezza di una costruzione abbia un chiaro corrispettivo in termini di valore economico, e credo che questo funzionerebbe sia per il piccolo proprietario che per gli investitori immobiliari. So che questo spaventa alcuni, ma personalmente credo che, almeno per quel che riguarda il patrimonio immobiliare di proprietà privata, non ci siano altre soluzioni per arrivare nel giro di qualche decennio ad una concreta e diffusa riduzione del rischio sismico in Italia.

 

 

 

 

 

Belice 1968: 50 anni dopo – Belice 1968, 50 years after (Massimiliano Stucchi)

Si ringraziano Renato Fuchs, Maurizio Ferrini e Andrea Moroni

English version below

Il terremoto – o meglio la sequenza sismica – del Belice (i parametri sismologici si possono trovare in https://emidius.mi.ingv.it/CPTI15-DBMI15/ arrivò nel gennaio del 1968, quando il “Sessantotto” non era ancora cominciato. Non si era “abituati” ai terremoti come lo siamo ai giorni nostri: sei anni prima c’era stato quello del Sannio-Irpinia e per avere un altro M6 bisognava risalire al 1930, anche se, nel frattempo, non erano mancati terremoti capaci di produrre danni.
I terremoti del Belice annunziarono in un certo senso il decennio sismico degli anni 70: 1971 Tuscania, 1972 Ancona, 1976 Friuli, 1978 Golfo di Patti, 1979 Norcia e Cascia, 1980 Irpinia e Basilicata. E il dopo-terremoto divenne simbolo di spopolamento, emigrazione, rapine di fondi pubblici, follie urbanistiche e quant’altro.

All’epoca studiavo fisica, con interessi prevalenti rivolti alla fisica cosmica. In occasione di un soggiorno a Palermo nel 1969 raccolsi le descrizioni di amici e parenti che avevano vissuto il periodo sismico. Scoprii Segesta e partecipai alla mattanza a Favignana ma non andai nel Belice. Visitai per la prima volta il Belice nel 1977, in autostop, in coda alla mia prima scuola di Geofisica di Erice, dopo aver partecipato alle celebrazioni del trentennale della strage di Portella della Ginestra. Si stava costruendo: diverse località – secondo tradizione – venivano ricostruite altrove, e le rovine di Gibellina non erano ancora state sigillate dal Cretto di Burri. 

Ci ritornai altre volte con la benemerita Scuola di Geofisica diretta da Enzo Boschi, sempre diretto alla mia preferita – e ancora viva – Poggioreale ormai “antica”.

Continua a leggere