Norme tecniche per le costruzioni, modelli di pericolosità sismica e sicurezza degli edifici (colloquio con Antonio Occhiuzzi)

Anche se l’interesse maggiore di questi tempi è ovviamente per l’emergenza Covid, abbiamo ritenuto utile proporre una interessante analisi sul problema della sicurezza sismica degli edifici in relazione alle norme tecniche e ai modelli di pericolosità sismica.

Antonio Occhiuzzi, napoletano e tifoso del Napoli, è professore di Tecnica delle Costruzioni presso l’Università Parthenope. E’ laureato in ingegneria a Napoli e al MIT di Boston, ha un dottorato di ricerca in ingegneria delle strutture, materia cui si dedica da sempre.
Dal 2014 dirige l’Istituto per le Tecnologie della Costruzione (ITC), ossia la struttura del CNR che si occupa di costruzioni, con sedi a Milano, Padova, L’Aquila, Bari e Napoli.

Caro Antonio, tempo fa avevi commentato un mio post di risposta a un articolo dell’Espresso in cui veniva riproposta, come avviene periodicamente, la questione del superamento dei valori di progetto in occasione dei terremoti recenti e, di conseguenza, la presunta fallacia dei modelli di pericolosità e delle normative basate su di essi, quasi che entrambi fossero responsabili dei crolli e delle vittime. https://terremotiegrandirischi.com/2019/08/27/la-colpa-e-dei-modelli-di-pericolosita-sismica-di-massimiliano-stucchi/

Poichè in questa problematica si intrecciano aspetti sismologici e ingegneristici, ti ho invitato a approfondire la tematica.

 Caro Max, l’avevo commentato perché ero assolutamente d’accordo con te. L’articolo dell’Espresso, rivolto al grande pubblico, risulta ingannevole per il non addetto ai lavori perché vengono mescolate considerazioni ragionevoli a clamorose inesattezze. Il giornalista si basa su di un’intervista a un geofisico, la figura professionale più credibile per studiare i fenomeni fisici del nostro pianeta: tuttavia, quando poi si passa agli effetti di tali fenomeni sulle costruzioni, il geofisico diventa, come lo sarebbe un medico o un letterato, un incompetente, perché si “entra” nei temi dell’ingegneria strutturale e, in particolare, di quella antisismica. Temi che non fanno parte degli studi e delle esperienze di geologi, fisici, medici e letterati (tra i tanti).

Le mappe, o meglio I modelli, di pericolosità sismica vengono compilati – nella maggior parte delle nazioni e anche dei progetti internazionali – secondo un approccio probabilistico, poiché questo viene “richiesto” dagli utilizzatori dei modelli stessi, ovvero dagli ingegneri progettisti. Ci puoi spiegare perché?

La progettazione strutturale e antisismica è, in tutto il mondo evoluto, basata su concetti probabilistici, anche per quanto concerne le azioni, incluse quelle sismiche. E questo approccio non è in discussione nella comunità mondiale dell’ingegneria strutturale (e antisismica). Il motivo, che spesso sfugge a chi non è del mestiere, è che la progettazione strutturale è dominata dalle incertezze: incertezze nella definizione delle azioni, sui modelli utilizzati, sulle resistenze dei materiali. Per tale motivo, la progettazione strutturale è convenzionale: nessuno al mondo pensa che nei solai di abitazione ci sia un carico variabile uniformemente distribuito pari a 2 kN/mq, che sarebbe a dire che in ogni stanza della casa c’è un allagamento con l’acqua alta 20 cm. Tuttavia, praticamente tutte le case del mondo sono progettate secondo questo tipo di ipotesi, per la quale gli effetti dei carichi che possono realmente interessare gli ambienti di una casa sono probabilisticamente minori di quelli corrispondenti a quella specie di “piscina” di cui parlavo prima. L’approccio probabilistico cerca di coniugare accuratezza e fattibilità operativa: in alternativa, ad esempio, un progettista dovrebbe prevedere, nell’ambito di un soggiorno, quale possa mai essere la disposizione dell’arredo e la posizione degli occupanti, eseguire i calcoli e imporre di non spostare divani, tavoli e pianoforte e di sedersi sempre tutti allo stesso posto. Sarebbe la “maximum credible furniture position”, concetto analogo a quello di “maximum credible earthquake” descritto nell’articolo dell’Espresso. In entrambi i casi, inutilizzabile per l’ingegneria antisismica: ti assicuro che prima o poi il pianoforte lo spostano e che il prossimo terremoto che arriva in un’area avrà caratteristiche che ai fini della sicurezza delle costruzioni saranno differenti da quelle previste: occorre progettare senza avere la presunzione di “sapere tutto”, ma gestendo “probabilisticamente” le incertezze.

Per inciso, è corretto dire che le azioni proposte dalla normativa rappresentano un valore minimo, obbligatorio, ma che se un proprietario decide di adottare valori superiori per ottenere una sicurezza maggiore è libero di farlo?

E’ corretto. Il “minimo obbligatorio” è frutto di un compromesso tra esigenze diverse e “contrastanti”. Nell’ambito delle costruzioni, due esigenze contrastanti sono la “resistenza al crollo” e il “danneggiamento delle componenti non strutturali”. Aumentare l’intensità delle azioni corrisponde a costruzioni più resistenti e più rigide: questo corrisponde ad accelerazioni ai piani più elevate e, di conseguenza, a danneggiamenti più elevati per partizioni esterne e interne, impianti, finiture, etc. Se diminuisce l’intensità delle azioni attese, la costruzione è meno resistente, meno rigida e durante un terremoto subisce accelerazioni ai piani più modeste: meno danni, ma aumenta il “rischio crollo” (per semplificare). Il “punto di equilibrio”, basato sull’esperienza, è – per ora – quel 10% in 50 anni.
Se però io avessi un minuto da dedicare a ciascun proprietario di casa, lo utilizzerei dicendogli di non fare soppalchi abusivi, non nascondere i radiatori realizzando nicchie nelle murature portanti, non tagliare o comunque danneggiare travi e pilastri in calcestruzzo armato per fare spazio agli impianti tecnologici, di risparmiare e poi spendere qualche soldo per le verifiche strutturali e per il consolidamento strutturale. Il minuto sarebbe finito e non sarei pentito di non avere avuto il tempo di parlargli dell’ultimo dei problemi, ossia la modifica di dettaglio dell’intensità dell’azione sismica rispetto a una definizione che va già sostanzialmente bene.

E’ però vero che in alcuni paesi si cominciano a adottare azioni con probabilità di superamento più basse, così come avviene, per inciso, per opere pubbliche di particolare rilevanza. E qualcuno spinge per adottare il massimo terremoto atteso, sempre ammesso che lo si sappia valutare.

Mi perdonerai la franchezza, ma questo è un falso problema. Ti racconto un aneddoto. Alla fine del 2008 partecipai alla progettazione di un nuovo padiglione dell’ospedale di Fivizzano, in Garfagnana. Proposi subito l’adozione delle allora recenti NTC 2008: tutti, committente, tecnici, persino i colleghi del locale Genio Civile mi dicevano “siamo nel periodo transitorio, perché non vai con le norme del 1996?”. Insistetti, e l’edificio fu realizzato secondo le NTC 2008, forse uno dei primi in Italia, all’inizio del 2009, prima del terremoto di L’Aquila. Nel giugno 2013 accadde un terremoto, non un evento epocale (M=5.1), ma con epicentro molto prossimo a Fivizzano. Nel plesso ospedaliero c’è una stazione accelerometrica della rete nazionale: guardando PGA e spettro di risposta in accelerazione ricavati dal segnale registrato, mi accorsi che si trovavano ben al di sopra dello spettro di progetto allo SLD e al di sotto di quello allo SLU. Un sopralluogo permise di constatare che gli unici danni rilevati nel nuovo padiglione riguardarono due piccole lesioni nei componenti non strutturali di partizione esterna. La riparazione durò mezza giornata. Voglio dire che mentre ci sono testimonianze empiriche, come quella che ti ho raccontato, del fatto che la scelta di utilizzare una certa probabilità di superamento in un dato periodo “ha funzionato”, non esiste alcun caso reale, per edifici progettati e realizzati secondo le norme attuali (dalle NTC 2008 in poi), che mostri che le scelte alla base di tali normative sono sbagliate.

Uno degli argomenti più usati – strumentalmente – per attaccare modelli di pericolosità e normativa sismica basata su di essi è l’avvenuto superamento dei valori di progetto in occasione di terremoti recenti. Premesso che, a parte gli svarioni che vengono commessi nell’effettuare questi confronti,  i valori adottati per la progettazione sono “superabili” per definizione se si accetta un x% di probabilità di superamento in x anni, l’idea che viene trasmessa al pubblico è che se le azioni sismiche superano quelle di progetto la costruzione crolla. E’ così?

 In generale non è così. Come dicevamo prima, l’approccio attuale dell’ingegneria antisismica mondiale è fondato su basi probabilistiche. Questo significa che l’impostazione normativa prevede esplicitamente che non sia nota, ad esempio, l’entità dell’azione sismica (ovviamente in un certo, ragionevole intervallo). Per esemplificare, se la PGA di progetto allo Stato Limite Ultimo (SLU) è, per un dato sito, pari a 0,27g, puoi star sicuro che un edificio correttamente progettato avrà il comportamento previsto anche per valori superiori della PGA. Naturalmente, se impattiamo un asteroide e il moto del suolo arriva a punte di accelerazione molto maggiori, ad esempio 10 volte maggiori, questo discorso non vale più. Ma per una data area, l’attuale impostazione progettuale tiene in considerazione il fatto che le azioni possano essere ragionevolmente superiori a quelle di progetto senza che la sicurezza della costruzione ne risenta significativamente. A tale risultato si perviene per due strade principali.
La prima concerne i coefficienti di sicurezza (parziali) previsti dalle norme vigenti, che riguardano le azioni, le resistenze e i modelli di valutazione. La questione è un po’ sottile, per addetti ai lavori: i coefficienti parziali sono parzialmente esplicitati nelle norme, ma sono spesso invisibili ai “non specialisti” e pertanto applicati spesso senza che progettisti ed esecutori ne abbiano esatta contezza. Semplificando in maniera estrema, e perdendo quindi in rigore scientifico, posso dirti che l’effetto globale dei coefficienti parziali (espliciti e nascosti) comporta per una costruzione in calcestruzzo armato un margine di sicurezza compreso tra 2,5 e 3, che aumenta nel caso di meccanismi di rottura fragile (di nuovo, roba da super-specialisti). Questo significa che azioni, modelli e resistenze previste in progetto possono essere sbagliati – complessivamente – fino al 150-200% prima di causare un crollo. Può sembrare tanto, ma al momento in tutto il mondo questa è più o meno la riserva di resistenza che viene ritenuta necessaria.
La seconda è il concetto di duttilità. Secondo le attuali norme di progettazione e di esecuzione, gli organismi strutturali sono in grado di resistere ad azioni maggiori di quelle previste in progetto utilizzando meccanismi di duttilità e di dissipazione energetica e purché non insorgano meccanismi di rottura fragile (accuratamente evitati mediante l’applicazione di coefficienti parziali di modello e del concetto di “gerarchia delle resistenze”). Aggiungo, inoltre, che le costruzioni moderne dispongono di “riserve di resistenza” aggiuntive delle quali non si tiene conto nella progettazione, ma che comunque esistono.
Per quanto detto, quindi, la tesi che accelerazioni sismiche effettive alla base superiori a quelle convenzionali di progetto (di quanto: 10, 20, 50%?) siano in qualche modo un problema che riguarda la sicurezza delle costruzioni è priva di qualsiasi riscontro nel mondo dell’ingegneria antisismica.

Tornando al problema principale, possiamo affermare che i crolli che riscontriamo in occasione di molti terremoti non sono dovuti al superamento delle azioni di progetto? Sei a conoscenza di casi in cui questo si sia verificato in modo dimostrato?

Le costruzioni realizzate a partire delle recenti normative antisismiche (dall’Ordinanza PCM del 2003 in poi) hanno un grado di sicurezza nei riguardi delle azioni sismiche molto elevato (la sicurezza “assoluta” non esiste!). Quelle che hanno “sofferto” e soffriranno per i terremoti sono sostanzialmente costruzioni non realizzate secondo criteri antisismici o oggetto di manomissioni operate con poco scrupolo. Sintetizzando, fino ad oggi hanno fatto più morti i soppalchi e le aperture abusive che la PGA.

Qui ovviamente si apre la questione del come mai questo avvenga. Che crollino alcune costruzioni non realizzate secondo criteri antisismici, ad esempio prima che il relativo Comune venisse inserito nelle zone sismiche, ci può stare: tuttavia ci sono fior di costruzioni di quel tipo che hanno superato in maniera decente la prova del terremoto. Come mai avviene questo?

L’ingegneria antisismica è una disciplina relativamente moderna. Fino agli anni ’80 è rimasta confinata nei dipartimenti (allora erano istituti) universitari, la prima generazione di laureati in ingegneria civile con l’esame di costruzioni in zona sismica nel libretto è apparsa sul mercato del lavoro nella decade a cavallo del nuovo millennio. I crolli registrati in Italia in corrispondenza dei terremoti sono riferiti, nella stragrande maggioranza dei casi, a costruzioni in muratura non ingegnerizzate o a edifici in calcestruzzo armato non progettati e realizzati secondo criteri antisismici. Anche per questo tipo di costruzioni, però, esiste una capacità, ancorché limitata, di resistere alle azioni sismiche. Una muratura regolare, ben conservata, con aperture geometricamente ordinate può essere in grado di sostenere azioni orizzontali significative anche se chi l’ha realizzata non lo sapeva.

Anche senza tirare in ballo probabilità di superamento, argomento sempre ostico e scivoloso ad ogni semplificazione, si può dire che il modello di pericolosità ha fornito alcuni “terremoti” di riferimento di entità crescente, per ogni località Italiana. Le NTC hanno deciso di usare (per civile abitazione) due di questi, richiedendo ai progettisti di superarne uno senza danni e l’altro senza crolli.  Alla luce delle esperienze degli ultimi anni, ritieni ancora questa assegnazione la migliore (per lo Stato e per il proprietario) o c’è spazio per un passaggio dall’approccio “salva vite” a quello “limitazione del danno”, per avere in futuro crateri ancora più piccoli e meno danneggiati?”

Caro Max, devo dire che ancora una volta siamo “fuori fuoco”. Le vite perdute e i danni occorsi durante i terremoti italiani delle ultime decadi sono dovuti a due diversi fattori, tra i quali certamente non c’è la scelta operata in sede di NTC. Il primo è che morti e danni hanno riguardato costruzioni precedenti all’attuale assetto normativo. Sotto questo profilo è fuorviante associare i danni e le tragedie che osserviamo al telegiornale con l’attuale norma tecnica. Il secondo è che morti e danni hanno riguardato molto spesso costruzioni malamente manipolate e per questo indebolite nei riguardi della sicurezza strutturale e antisismica (ricordi la “casa dello studente” di L’Aquila? O le foto di Amatrice con le murature portanti “tagliate” in corrispondenza di improbabili soppalchi?). Ovviamente, tutto è migliorabile, anche le mappe di pericolosità e l’uso che se ne fa nell’ingegneria antisismica: tuttavia, questi aspetti oggi sono molto meno importanti del dramma di avere in tutto il Paese una maggioranza di costruzioni irrispettose di qualsiasi criterio antisismico anche minimo.

A volte, perdonami la franchezza, mi sembra che il dibattito scada nel paradossale osservando che una diversa modellazione delle azioni sismiche porta a oscillare il rapporto tra capacità e domanda (ossia il livello di sicurezza antisismica) tra 0,9 e 1,1 mentre la stragrande maggioranza delle costruzioni italiane delle zone sismiche 1 e 2, ivi incluse scuole, tribunali, edifici sportivi e case, ha valori prossimi a 0,3, offrendo quindi una sicurezza strutturale pari a circa un terzo di quella che viene richiesta oggi alle nuove costruzioni!

 

 

Enzo Boschi, un anno dopo (colloquio fra Massimiliano Stucchi e Tullio Pepe)

Introduzione. Da un anno Enzo Boschi non è più con noi, e già questo sembra un paradosso: quando gli si parlava, il futuro sembrava sempre molto vicino, tutto sembrava possibile, in una vita abbastanza “spericolata” che sembrava comunque praticamente illimitata, come la crescita dell’ING prima e dell’INGV poi, attraverso lo sfruttamento delle occasioni che si presentavano (terremoti, eruzioni) e l’impegno consapevole di gran parte dei ricercatori che ne avevano beneficiato. Continua a leggere

Come (e quando) nacque l’INGV… (di Massimiliano Stucchi)

Premessa. A dispetto del fatto che in questi giorni si voglia celebrare il ventesimo anniversario della nascita dell’INGV, l’INGV nacque invece il 10 gennaio 2001. Nel 1999 uscì il Decreto Legislativo 381/1999, che stabilì il percorso e le modalità di costituzione dell’INGV. Fino al 10 gennaio 2001 l’INGV non esisteva; esistevano al suo posto gli istituti che vi sarebbero confluiti, con i loro presidenti, direttori e organi di governo. Come ha commentato un ex-collega, celebrare la nascita dell’INGV nell’anniversario del suo decreto istitutivo, che aveva fissato anche l’itinerario per la nascita vera e propria, è un po’ come “anticipare la celebrazione del compleanno al giorno del concepimento” (cit.). Ma comunque.
Pensavo quindi di avere un po’ di tempo per preparare un ricordo circostanziato, magari assieme a Tullio Pepe e altri; questo anticipo mi costringe a essere un po’ approssimativo, e mi scuso con chi ha vissuto le esperienze che descrivo se non troverà la narrazione perfettamente corrispondente a come si svolsero i fatti. Comunque mi è piaciuto scriverlo: commenti benvenuti e…rimedierò nel 2021.

Correva l’anno 1999 e, come ci ha ricordato un altro ex-collega, a Erice (Trapani), alto luogo della ricerca scientifica, si tenne in luglio una sessione un po’ particolare della “School of Geophysics”, diretta da Enzo Boschi. Si riunirono infatti, in prevalenza, ricercatori italiani afferenti agli istituti di ricerca del settore geofisico, sismologico e vulcanologico (ING, CNR, Osservatorio Vesuviano, Osservatorio Geofisico Sperimentale di Trieste), oltre a docenti universitari di varie discipline afferenti alla geofisica. Era presente anche qualche docente di ambito geologico. Continua a leggere

“Non è vero ciò che è vero, ma è vero ciò che si decide sia vero” (Claudio Moroni, cit.). Di Massimiliano Stucchi

Parte 1: passaggio a L’Aquila, per un altro processo.
Il giorno 9 settembre 2019 sono stato convocato, in qualità di testimone, da un avvocato difensore di alcuni cittadini che hanno avviato, credo nel lontano 2010, una causa civile contro la Presidenza del Consiglio dei Ministri (PCM) per risarcimenti – pare multimilionari – ai parenti di alcune  vittime del terremoto del 6 aprile 2009, di nuovo in relazione alla riunione di esperti del 31 marzo 2009. Il colpevole sarebbe la PCM, in quanto le attività degli esperti vennero svolte a favore del Dipartimento della Protezione Civile, che dipende dalla PCM. L’accusa, sempre la solita: avere rassicurato le vittime, inducendole a non uscire di casa prima del terremoto distruttivo. Continua a leggere

Scuole e sicurezza sismica: colloquio con Edoardo Cosenza

Il problema della sicurezza sismica delle scuole è molto grande, in Italia come in altri paesi. Periodicamente si leggono sui media rapporti più o meno generali, ma sempre abbastanza negativi, sullo stato delle scuole in Italia. A volte il problema finisce davanti al giudice, nelle cui sentenze si discetta di “indice di sicurezza”, di probabilità di accadimento di terremoti e anche della loro prevedibilità.
Per cercare di fare il punto sulla questione, a beneficio dei non-ingegneri, abbiamo rivolto alcune domande a Edoardo Cosenza, professore di Tecnica delle Costruzioni nell’Università di Napoli Federico II, membro di numerosi Comitati che operano per la definizione delle normative e che è stato anche Assessore ai Lavori Pubblici della Regione Campania (https://www.docenti.unina.it/webdocenti-be/allegati/contenuti/1440218).
Da qualche tempo è molto attivo sui “social”, dove contribuisce egregiamente alla spiegazione degli aspetti ingegneristici ai non informati.
(Nota: le domande sono state formulate con la collaborazione di Carlo Fontana).

Il problema della sicurezza sismica delle scuole è molto sentito in Italia, forse anche a seguito del crollo della scuola di San Giuliano di Puglia nel quale, nel 2002, morirono 26 fra studenti e insegnanti. La situazione è davvero grave, nel suo complesso? Quali sono le ragioni? Continua a leggere

L’Aquila, 31 March 2009: ten years ago (by Massimiliano Stucchi)

Translated by google translate, reviewed

On March 31, 2009, an earthquake expert meeting convened by the Head of Civil Protection, G. Bertolaso, took place in L’Aquila; the consequences of it were the subject of countless discussions, articles, volumes, and a famous trial.
It is not my intention to take up those arguments, which still see a flourishing of interventions, as always not completely updated.
I just want to remember how it came to that meeting.

Continua a leggere

Zamberletti e la gestione del post-terremoto del Friuli (1976-1977)

Di recente è scomparso Giuseppe Zamberletti, considerato con buona ragione il padre della Protezione Civile in Italia. Vogliamo ricordarlo qui pubblicando un estratto da un suo articolo, pubblicato in inglese su un numero speciale del Bollettino di Geofisica Teorica e Applicata (Pdf).

È interessante leggere questo bilancio dell’intervento dello Stato relativo ai terremoti del 1976 in Friuli, scritto dal principale protagonista. In particolare, colpisce la descrizione della situazione alla data finale dell’intervento diretto dello Stato, meno di un anno dopo il primo terremoto: il confronto con gli eventi recenti è impietoso.

 

http://www.eucentre.it/friuli-1976-1977-la-gestione-dellemergenza-in-relazione-ai-terremoti-di-maggio-e-di-settembre-di-giuseppe-zamberletti/

Earthquake risk education: a partial statement for Italy (interview with Romano Camassi)

Translated by Google Translate, revised

Romano Camassi is a researcher at INGV (Department of Bologna). ‘Seismologist’ of eccentric training (a degree in Pedagogy, a thesis in modern history), engaged for more than three decades in historical research on earthquakes. Co-author of the main catalogues of Italian earthquakes. For over 15 years he has dedicated a part of his work to seismic risk education projects.

After every destructive earthquake, in Italy as elsewhere, the need to improve the earthquake education the seismic risk education, or even to introduce it at various levels, is recalled. It is true that, albeit not generally, there have been and there are several initiatives in this area. Can you give us an idea, and maybe refer to some publication that summarizes them?
Continua a leggere

Come ridurre una volta per tutte il rischio sismico in Italia (di Patrizia Feletig e Enzo Boschi)

In un articolo sul Corriere della Sera lunedì 19 marzo, Milena Gabanelli scrive di copertura assicurativa contro i terremoti ipotizzando un intervento dello Stato come avviene in alcuni paesi esteri, quale alternativa finanziariamente più sostenibile rispetto al risarcimento finanziato con varie “tasse sulla disgrazia”.
Giusto, anche perché i costi per la ricostruzione inseguono una parabola incontrollabile considerato l’aumento della concentrazione di ricchezza per metro quadro. Ma soprattutto con la diffusione di un sistema di copertura assicurativa, gli edifici verrebbero per forza sottoposti a collaudi strutturali. Come dovrebbe essere per attuare la famosa “carta d’identità del fabbricato” rimasta lettera morta. Mentre negli altri paesi europei un fabbricato senza una validazione strutturale non ottiene l’allacciamento di luce, acqua, ecc. in Italia, ci si limita alla verifica formale della sola certificazione energetica del fabbricato in occasione di vendita o locazione!

Una polizza potrebbe allora diventare un incentivo alla prevenzione con la responsabilizzazione delle istituzioni come testimonia la copertura da rischio contro catastrofi naturali francese a partecipazione mista stato-mercato in vigore dal 1982 e incresciosamente non citato nell’articolo! Per non discriminare tra aree ad alto rischio e quelle poco esposte, il premio è fisso, varia invece la franchigia a secondo se il comune dove risiede il fabbricato ha adottato provvedimenti come dei lavori di contenimento di corsi d’acqua o adeguamenti alle norme antisismiche, per contenere la propria esposizione ad alluvioni, terremoti, eruzioni vulcaniche.
Considerando gli otto terremoti più forti che hanno colpito la Penisola negli ultimi 42 anni, non si può non convenire che una polizza contro il sisma sia una misura più che necessaria. Deplorevole che se ne discuta da un quarto di secolo (il primo disegno di legge risale al 1993) e sebbene a volte la proposta sia anche riuscita a spuntare in qualche Finanziaria, è stata velocemente stralciata come fosse l’ennesima gabella impossibile da fare ingoiare al popolo dei proprietari di case.

Ma proprio la politica è doppiamente colpevole.
Primo per il suo irresponsabile fatalismo a ritenere di poter continuare ribaltare sull’iniziativa del singolo la messa in sicurezza delle abitazioni recentemente “incentivata” con la detraibilità fiscale. Il sisma bonus è un lodevole strumento fortemente voluto da Ermete Realacci ma la cui efficacia si scontra con il cronico vizio dei lavori edili in nero.
Secondo, se il 70% del patrimonio immobiliare di un territorio sismico come l’Italia, risulta inadeguato a scosse di medie magnitudo, è anche grazie alla sconsideratezza con la quale gli amministratori locali spesso, non hanno vietato l’edificabilità in aree a rischio. Casamicciola è solo l’ultimo dei tanti casi. Lo stesso vale quando nelle nuove costruzioni o negli interventi di riqualificazione, non hanno fatto rispettare le leggi sulla prevenzione sismica.
Il sindaco di Amatrice è indagato proprio per il crollo di una palazzina che nel 2009 venne evacuata a seguito delle scosse dell’Aquila e, in seguito degli interventi di ripristino, dichiarata dal comune agibile salvo franare la notte del 24 agosto 2016 causando la morte dei suoi abitanti.

Decisamente scellerata poi è la piaga dei condoni, la cui madre di tutte le regolarizzazioni dell’abusivismo è la legge 47 del 1985 del governo Berlusconi. Una sanatoria per la quale grande fu la protesta affinché almeno i territori dichiarati sismici fossero esclusi da questa delittuosa fittizia idoneità assegnata per default all’edificazione precaria, fuori norma, illecita. Sì delittuoso, perché la natura è matrigna ma le vittime dei terremoti sono attribuibili all’abusivismo, alle irregolarità, alla sciatteria, che hanno molti corresponsabili. In un tragico intreccio dove i colpevoli magari finiscono anche per essere loro stessi vittime delle loro azioni o omissioni. Ma questa non è giustizia.

Masonry buildings to the test of Italian earthquakes (interview with Guido Magenes)

…..This comparison with medicine fits very well, there are really many similarities between the work of the technician who has to understand what to do with an existing building and that of the doctor who tries to make a diagnosis and to find a correct therapy for a patient…..


versione italiana qui: Gli edifici in muratura alla prova dei terremoti italiani (colloquio con Guido Magenes)


Guido Magenes is Professor of Structural Engineering at the University of Pavia and IUSS Pavia. He is also the coordinator of the Masonry Structures division of the EUCENTRE Foundation. His area of ​​greatest competence is the seismic behavior of masonry buildings and for this reason he has also participated and still participates in numerous Italian and European technical-regulatory committees.
We discussed with him the behavior of masonry buildings in Italy, with particular reference to what happened during the last earthquakes.

1. The earthquakes of 2016 have determined a sequence of shaking that has put a strain on the buildings of the affected area, especially those in masonry. The effects seen in the field are very different: next to the buildings already heavily damaged by the earthquake of August 24th, there are others that have seen their condition worsen after the shock in October, and others that seem not to have suffered serious damage in all the sequence. Do you have an explanation for this?

 The masonry buildings stock in our country has very variable characteristics and qualities, depending on the era of construction, the materials and construction criteria that were used, the type and architectural form (ordinary buildings or churches, palaces, towers, etc … ), any maintenance and reinforcement or tampering and weakening processes that may have occurred over time. Certainly there are recurrent types of problems, but the diversity of the behavior of masonry buildings, apart from the severity of the shaking (or the different ground motion in the various sites), is  essentially due to this great variability.
Therefore, in the specific case of the seismic sequence of central Italy, which involved a very large area and a considerable variety of buildings, we observed what you say: from the recently built building, of a few storeys, in great part or fully compliant with the modern design and construction criteria, which did not show significant damage, to historic buildings with large spans and heights, such as churches, which tend to be more vulnerable and have therefore suffered great damage and collapse because of their dimensions, geometric ratios and their structural organization. In many if not most cases, also the poor quality of the materials has further worsened the situation.

2. In all the municipalities affected, seismic regulations were in force, with various years of enforcement (the extremes are represented by Amatrice and Accumoli, 1927, and Arquata del Tronto, 1984). The distribution of the damage does not seem to be influenced by these differences; is there a reason?Schermata 2018-02-05 alle 20.44.50Not all regulations are equally effective: a 1927 standard is obviously very different, under many points of view, from a rule of the 1980s or the years 2000s and, as I mentioned above, the buildings built in compliance with the latest rules behaved generally well (constructed with artificial blocks and mortars of good strength, or even stone buildings demolished and rebuilt with good quality mortars). Therefore, I would not say that the distribution of damage is not at all influenced by the regulatory context. It depends on what was written in the norm and how many buildings were built or repaired or reinforced after the introduction of the norm (in the affected centers a significant percentage of the buildings had been built before the seismic regulations that you mentioned).

The rules and design criteria are not necessarily born perfect and they have to adjust, to evolve based on the experience of earthquakes. For example, it is only fifteen or twenty years that we began to recognize that certain types of interventions proposed and widely applied after the earthquakes of Friuli and Basilicata can be harmful or plainly ineffective (think of the infamous reinforced concrete ring beams “in breccia” inserted at intermediate floors in an existing building in stone masonry: in Umbria-Marche ’97 we have begun to see its shortcomings).
In the areas in which the presence of a regulation or a seismic classification seems to have had no effect, it must also be taken into account that the on-site control of the quality of construction and execution, in particular for masonry buildings, were inexistent or ineffective at least until the more recent regulations. The use of a very bad mortar is a recurrent element in many of the old masonry buildings collapsed or damaged in the last seismic sequence. In centers like Accumoli and Amatrice it seems that even where interventions had been carried out on buildings, replacing old floors, for example, or inserting some ties, the problem of poor quality of the masonry had been greatly overlooked, ultimately making the interventions ineffective. We can add that a large part of those areas suffered a considerable depopulation since the early 1900s, with inevitable consequences on the maintenance of buildings, which has led to an increase in widespread vulnerability.

Then there are some particular cases in which historical norms and more recent norms seem to have had a positive effect. Take Norcia’s example: without going into the details of the measurements of the characteristics of the ground motion, it is a fact that Norcia in the last sequence suffered strong shaking, comparable to those of Amatrice and Accumoli but with a much lower damage to buildings. In the history of Norcia there were two very significant events that may have affected  the response of the buildings in the 2016 sequence, one before and one following the 1962 regulations. In 1859 a strong earthquake caused numerous collapses and victims in some areas of the historical center, and following this the Papal State issued a quite effective regulation that gave a series of provisions for repairs and reconstructions: on geometry, in particular on the maximum height of the buildings (two floors), on the construction details, on the quality of materials. Then, in 1979 there was another earthquake in Valnerina, after which other parts of the historic center were damaged, followed by a series of systematic reinforcement measures on many buildings. In many of these buildings the reinforcement of the vertical walls (even with the controversial technique of the reinforced plaster) has remedied one of the main elements of vulnerability, i.e. the weakness/poor quality of the masonry walls. If for a moment we leave aside the elements that can go against the use of reinforced plaster (such as the durability of the intervention), and we see it simply as a technique that has remedied a factor of great vulnerability, we can say that for Norcia there has been a positive combined effect of pre-modern and more recent regional regulations, stemming from the direct experience of seismic events.

3. Let’s  talk about seismic regulations and in particular of their engineering aspects. We hear that they have changed a lot over time, and that perhaps the non-recent ones were not entirely effective. Is it true, and if so why?

As for the engineering component of the regulation, what we now know about the structural and seismic behavior of buildings, in masonry and other structural systems, is the result of a continuous evolution through the experience of earthquakes in Italy and in other parts of the world. In Italy the engineering study of masonry buildings has resumed life, after decades of almost total abandonment, after the 1976 earthquake in Friuli. The first norms/codes that give indications on how to “calculate” a masonry building in Italy date back to the early 80s (to “calculate” I mean “quantitatively assess the level of safety”). Although “calculation” is not the only component of the design, this fact gives the idea of ​​how only the very recent rules have a technical-scientific basis aligned with current knowledge. I would like to say that the absence of calculation in a project does not necessarily imply that the building is unsafe: in the past we followed geometric and constructive rules of an empirical type, based on the experience and intuition of the mechanical behavior, although not explicated in detailed calculations. Even today, for the design of a simple and regular masonry building, it is possible to follow codified geometrical and constructive rules that avoid detailed or complex calculations, but still achieve an adequate level of safety.
The experience of the earthquakes of Irpinia, Umbria-Marche, until the most recent in central Italy, have been a continuous test and a source of knowledge. For example, as mentioned in my answer to the previous question, the Umbria-Marche 1997 earthquake, besides highlighting the great vulnerability of churches and of certain historical structures, has been an important test for strengthening criteria and techniques on masonry buildings that were proposed and developed following the Italian earthquakes of the late ’70s, showing how some techniques are not very effective or can even be harmful if applied indiscriminately and without awareness

To conclude my answer with my opinion on current technical standards, I think that as regards the design of new buildings we are really at a very advanced state of progress, which effectively attains the levels of safety that today are considered adequate. I think there are more uncertainties on the assessment and strengthening of existing buildings, even if it is not so much a regulatory problem but rather of scientific knowledge and of the correct identification of strategies and techniques for the intervention. It is certainly easier to design and build a seismic-resistant building from scratch, than to assess and intervene on an existing building.

4. How much – and how – does the construction and detailing of a building affect its seismic safety, beyond the design?

The question gives me the opportunity to dwell a little more on what is meant by “design”, which is something different from the mere “calculation”. The design includes all aspects of overall conception, choice and organization of the structure, choice of materials and construction techniques (with the awareness of how they can and should be executed in situ), performance verification calculations in terms of safety against collapse and of satisfactory behavior in normal operation, prescriptions on construction details. In modern seismic design it is also necessary to take into account, when relevant, the seismic response of the non-structural parts of the construction. There must also be a check that what is prescribed in the design is actually implemented during construction.

The calculation is therefore only a component of the design. It is interesting to note that most of the existing masonry buildings were not calculated, at least as we understand structural calculations now. The first Italian national technical standard on masonry constructions with a sufficiently detailed description of the calculations for the structural verification dates back to 1987. Technical standards with indications for the seismic calculation, were issued after the earthquake of Friuli 1976 and in subsequent times. Before those norms, a technical literature and manuals existed, with reference to the principles of mechanics, as well as a building tradition. I would like to clarify that here I am talking about regulations/norms that tell how to calculate the resistance of a masonry building, subject to seismic or non-seismic actions. Just to give an example, the Royal Decree of 1909 (post earthquake of Messina), a historical milestone as regards seismic regulations, gives criteria to define the seismic action, gives constructive and geometric rules but does not tell how to calculate the resistance (the capacity, according to the modern technical language) of a masonry building.

The constructive tradition based on the respect of the “rule of art” always had in mind the importance of construction details, of the quality of the materials, of how the building is built, and this has allowed and allows well-constructed buildings (but not “calculated”, i.e. non-engineered) to withstand even very violent seismic shocks. In modern buildings, the compliance during construction site of the execution rules, the control of the quality of the materials, is equally important, although this holds for masonry as for the other types of construction. The sensitivity of the structure to constructional defects is a function of the level of robustness of the structural system. A masonry box-like construction, strongly hyperstatic (i.e. where the number of resistant elements is higher than the minimum necessary to ensure equilibrium under the applied loads) could in principle be less sensitive to construction defects than an isostatic prefabricated structure (i.e. where the number of resistant elements is just equal to the minimum necessary to ensure equilibrium under the applied loads, so that the failure of a single element is sufficient to generate a collapse). Obviously we are talking about local defects and not generalized over the whole construction. If all materials are poor quality throughout the construction, then it is a great problem, but not necessarily a masonry building is more sensitive to such problem than, say, a reinforced concrete frame, in which also defects in the reinforcement detailing are possible (for instance in beam-column joints or in lap splices or in anchorage of rebars and so forth).

5. Many surveyors in post-earthquake reconnaissance activities have found traces of interventions that have allegedly weakened the structures. Do you agree?

In post-earthquake surveys, carried out quickly in emergency conditions, it is not always possible to clearly understand the history of the building and what changes have been made, in what time and modalities, but sometimes it is clear that some modifications to the construction have been detrimental to safety. Often these are interventions that were made with total unawareness of the effects on structural safety and purely for the purpose of use and redistribution of space. In other cases, more rare, there are also interventions made with “structural” purposes, perhaps even with the idea of ​​achieving an increase in safety, but which in reality were harmful or ineffective. A classic example, often discussed in the literature also on the basis of the Italian post-earthquake recognitions from Umbria-Marche 1997 onwards, is the insertion of new, rigid and heavy structural elements (such as the replacement of a wooden floor with a reinforced concrete floor) in a building with very weak masonry (for example masonry made of irregular stones with poor mortar), without the masonry being properly consolidated. There was a period, following the earthquakes of Friuli and Irpinia, where much emphasis was given to the fact that rigid diaphragms (i.e. the floors and roofs) increase the hyperstaticity, hence the robustness of the construction and the so-called “box behaviour”, by which engineers tried to replicate in existing structures something that is relatively simple to implement, and whose effects are well controllable, in new constructions, but which in an existing construction has great problems of practical implementation (particularly in the connection between new elements and existing elements) and of potentially negative structural effects (increase of stresses in an already weak masonry). It is important to note that the effectiveness of the interventions is tested by earthquakes that take place in later times, and in some areas of central Italy it has been possible to draw indications of this kind. In the earthquake of Umbria-Marche in 1997 it was possible to observe various problematic situations in buildings where the existing floors had been replaced by heavier and more rigid slabs.

Allow me, however, to add a further comment. From the scientific point of view, the fact that an intervention is “harmful” or weakens the structure compared to the non-intervention is verifiable experimentally only if there is a confirmation of what would happen to the building without intervening and what would happen following the intervention . This type of comparison in the vast majority of practical cases  is not possible, except for very fortunate cases of almost identical buildings built on the same ground where one was reinforced and the other not, or that were reinforced with different methods. Or through laboratory experiments, comparing specimens tested on a “shaking table” (earthquake simulator). So, in general I am always rather skeptical of interpretations given on the basis of purely visual rapid surveys, without the necessary in-depth study of the details and without a quantitative analysis carried out in a competent and thorough manner.
I can say (and I know that many colleagues have a similar opinion) that in many cases seen in central Italy the collapse of the construction would have taken place regardless of the type of floor, light or heavy, rigid or flexible, by virtue of the bad quality of the masonry, which appeared to be the main problem.

6. How did the repetition of the strong shocks play in the aggravation of the damage (where it occurred)? Is it something that is implicitly foreseen, and taken care of, by the seismic norms? On the other hand, how do you explain the numerous cases of almost total absence of damage?

The repeated shaking aggravates the damage, the more the damage caused by the previous shock is serious. It seems a rather obvious statement, but essentially it is what happens. For example, if a first shock on a masonry building generates only a few cracks, not very wide and of a certain type (for example horizontal cracks, which close after the shock due to selfweight), the building has not lost much of its resistance; so if it is subjected to repeated shaking, less intense than the first shock, it is possible that the damage does not get too much worse, and if it is subjected to a shaking stronger than the first shock it will have a resistance equal to or slightly less than it would have if the first shock had not been there. On the other hand, if a shock leads to the development of diagonal cracks (so-called “shear cracks”) or vertical cracks with spalling, the damaged part has lost a significant portion of its ability to resist and subsequent repeated shaking can lead to progressive degradation and collapse, even if the subsequent shocks suffered by the building, individually, are perhaps less strong than the first one. This is something visible and reproducible also in the laboratory.

That said, there are types of constructions and structural elements that are more or less sensitive to the repetition of the seismic action. When seismic engineers speak of “ductility” of the structure or of a mechanism, they also refer to the ability of a structure to resist repeated loading cycles well beyond the threshold of the first crack or the first visible damage, without reaching collapse. A well-designed modern reinforced concrete construction is a structure of this type, for example. Unreinforced masonry, on the other hand, is more susceptible to damage induced by the repetition of loading cycles beyond cracking. As a consequence, existing masonry buildings, once damaged by a first shock, are more vulnerable to subsequent shocks. On the other hand, if the first shock does not cause significant damage, the safety of the building remains, in most cases, more or less unchanged and this accounts for the fact that numerous masonry constructions have also resisted repeated shocks. Unfortunately, sometimes the damage may not be clearly visible. Damage in masonry originates in the form of micro-cracks (not visible to the naked eye) which then develop into macro-cracks. If in a laboratory test a sample of masonry is pushed to a condition very close to the onset of the macro-cracks but the load is removed just before they develop, it may happen that in a subsequent loading phase the macro-cracks develop at a load level lower than that achieved in the first phase. It may therefore happen that a building that has resisted a violent shock without apparent damage is visibly damaged by a subsequent shock less violent than the first.

You ask me if the behavior of the structure under repeated shocks is implicitly considered in the seismic norms: the answer is yes, at least for certain aspects. For example, the respect of certain construction details in reinforced concrete and the application of certain rules in the sizing of the sections and of the reinforcement have this purpose: to make the structure less susceptible to damage under repeated actions. Moreover, less ductile structures, such as those in unreinforced masonry, are designed with higher seismic “loads” than the more ductile structures, also to compensate their greater susceptibility to degradation due to repeated action. However, there are some aspects of the problem of resistance and accumulation of damage under repeated shaking that remain to be explored and are still cutting-edge research topics. In particular, if it is true that theoretical models are becoming available to assess how the risk (i.e. the probability of collapse or damage) evolves in a building or a group of buildings as time passes and seismic shocks occur, these models must still be refined to give results that are quantitatively reliable.

7. It seems to me that the variety of masonry buildings, at least in Italy, is really large: so large that knowing them requires an approach similar to that of medicine, where each case has its own peculiarities. Therefore, there is perhaps no universal therapy, every case requires a specific care: is it correct? And if so, given that the building and construction techniques and quality of different areas of the Apennines (and others) are similar to those of the areas affected in 2016, should a similar destruction be expected to repeat again?

This comparison with medicine fits very well, there are really many similarities between the work of the technician who has to understand what to do with an existing building and that of the doctor who tries to make a diagnosis and to find a correct therapy for a patient. From the technical point of view there is no universal therapy and no (good) doctor would be able to apply a therapeutic protocol without the anamnesis, the objective examination, any necessary instrumental or laboratory tests and the formulation of a diagnosis (which tells us what is the patient’s disease / health status, and then defines what he needs, the therapy). The good technician follows a similar path to arrive at the evaluation of safety and possible hypotheses of intervention (or not intervention). Of course it is possible and necessary, as is the case for medicine and public health, to define strategies and policies for prioritization and allocation of resources to ensure that the overall seismic risk in our country decreases. Certainly, where the old buildings have not been subject to maintenance, or just to aesthetic and functional maintenance without structural reinforcement, we can expect destructions similar to those seen in 2016 on the occasion of future earthquakes of comparable magnitude. This applies to both public and private buildings.

Where instead we have intervened or will intervene in a conscious way, paying attention to the problem of seismic safety, the level of damage to be expected is  lower, as the experience of the past earthquakes teaches us.
Allow me to conclude this interview with some non-purely technical engineering comments. The possibility of reducing the seismic risk in Italy depends on many factors, ranging from how politics govern the problem of natural hazards, to how technicians, individually and collectively, interact and communicate with politics, to how the presence of risk is communicated to the population, to how, as a consequence,  the citizen makes his choices when he buys or takes decisions to maintain a property. In my opinion it is necessary to progressively evolve into a system in which the citizen recognizes that it is in his own interest to pursue a higher seismic safety, initially spending a little more, because he will have a return in the future not only in terms of safety but also of economic benefit, for example in the market value of his property. The “Sismabonus” initiative is certainly a first step in this direction, but other steps will have to be taken. The goal, certainly not easy to achieve, should be that the safety level of a building has a clear and recognized economic market value, and I think this would work for both the small owner and for real estate investors. I know that some are scared by this perspective, but personally I think that, at least for what concerns privately owned real estate and facilities, there are no other ways to achieve, within a few decades, a substantial and widespread reduction of seismic risk in Italy.