Classificazione sismica in pratica

Strumenti e metodi per l'applicazione del Sismabonus
27/02/2017 - Ing. Simone Tirinato, Ricerca e Sviluppo Logical Soft
Il Ministro delle Infrastrutture Graziano Delrio ha firmato il Decreto che definisce contenuti e metodi di applicazione delle Linee guida per la classificazione del rischio sismico delle costruzioni.

La classificazione del rischio sismico delle costruzioni è la più importante novità in ambito edilizio dell'ultimo periodo e apre prospettive molto interessanti. L'effetto più significativo si avrà in termini di prevenzione e, di conseguenza, di riduzione del rischio sismico anche per effetto di un virtuoso meccanismo di sensibilizzazione verso i proprietari di immobili. È evidente che attribuire una classe sismica consenta una lettura semplice e comprensibile del rischio a cui è soggetto l'edificio e le persone che lo occupano.

La sensibilizzazione sui temi della sicurezza è solo il primo degli effetti della nuova classificazione; altrettanto fondamentale è l'applicazione del Sismabonus. Si concretizzano infatti gli incentivi fiscali previsti dalla Legge di Stabilità con il Sismabonus che consente detrazioni fino all'85% della spesa sostenuta sugli interventi di messa in sicurezza delle costruzioni. L'impatto sul mercato è notevole: sono circa 6.000 i comuni italiani dove è possibile beneficiare degli incentivi fiscali.

L'applicazione sistematica della classificazione permette inoltre di definire una mappatura sia comunale che nazionale della sicurezza degli edifici, utile su più piani: la protezione civile, la gestione di finanziamenti o interventi pubblici e la pianificazione urbanistica.
L'assegnazione di una data classe di rischio influirà anche sul valore economico dell'edificio; è quindi ipotizzabile che in futuro l'attestazione di rischio della costruzione venga inserito nell'atto di compravendita e nelle clausole assicurative dell'immobile.

In questo focus analizziamo le linee guida approvate dal Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici ed il Decreto che da oggi le rende operative. In particolare approfondiamo i due distinti metodi di valutazione della classe di rischio e li mettiamo a confronto con casi pratici di applicazione del Sismabonus.
Gli esempi sono realizzati con il Modulo MURATURE e il Modulo CLASSIFICAZIONE di TRAVILOG.

Le Linee Guida
La stesura finale delle Linee Guida ha in sé gli stessi principi che avevano guidato il gruppo di lavoro istituito nel 2013 dall'allora ministro del MIT, ma presenta due sostanziali novità rispetto alla prima versione del documento.

Anzitutto viene introdotto un metodo semplificato legato ad una valutazione qualitativa della costruzione: si tratta di un metodo alternativo a quello analitico che permette l'applicazione della classificazione e quindi una diffusione capillare della messa in sicurezza degli edifici. Il metodo semplificato può essere utilizzato come valutazione preliminare della Classe di Rischio oppure in sostituzione del metodo convenzionale di classificazione, ma solo per costruzioni in muratura e relativamente a indagini e interventi di tipo locale.

Nonostante sia stato definito un metodo semplificato solo per le costruzioni in muratura, vengono date alcune indicazioni anche per le costruzioni in calcestruzzo armato e per le costruzioni assimilabili a capannoni industriali, in particolare sugli interventi necessari a garantire un miglioramento della Classe di Rischio, senza però alcuna valutazione preventiva della Classe di Rischio di partenza. La finalità è fornire comunque un metodo qualitativo e speditivo per intervenire in tutte le situazioni che mostrano criticità e rischi per le persone.

L'altra novità riguarda la presenza di due distinti parametri in base ai quali classificare il rischio: PAM e IS-V. Il primo, di tipo economico, indica la Perdita Annuale Media attesa, ovvero le perdite economiche dovute ai possibili danni degli elementi strutturali e non strutturali in termini di percentuale del Costo di Ricostruzione CR. Il secondo parametro, noto anche come Indice di Rischio, è dato dal rapporto tra capacità e domanda della costruzione in termini di accelerazione di picco al suolo PGA per lo Stato Limite di Salvaguardia della Vita. Questo secondo parametro rappresenta l'intenzione della commissione relatrice, che ha modificato le Linee Guida, di fare della classificazione sismica delle costruzioni non solo uno strumento di incentivazione economica, ma anche di mappatura della sicurezza degli edifici sul territorio nazionale.

Sulla base di questi due parametri viene quindi determinata la Classe di Rischio, espressa con una lettera da A+ a G tra le 8 classi previste dalle Linee Guida. I metodi e parametri definiti dal documento approvato dal Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici sono applicabili agli edifici di civile abitazione o comunque 'non tutelati'; per gli edifici storici sono necessarie ulteriori indicazioni dal MIBACT in accordo con il CSLLPP.


Classi IS-V e Classi PAM (L'aspetto grafico è un'elaborazione Logical Soft)

Il metodo convenzionale
Il metodo di riferimento che permette di avere una lettura omogenea della Classe di Rischio delle costruzioni è definito come metodo convenzionale; è applicabile a tutte le costruzioni previste dalle Norme Tecniche e si basa sulla valutazione di entrambi i parametri introdotti dalle Linee Guida: PAM e IS-V.

Per determinare tali parametri è necessario anzitutto individuare i differenti livelli di domanda cui è soggetto l'edificio in termini di accelerazione al suolo PGAD e di relativo tempo di ritorno TrD, in funzione del sito in cui sorge la costruzione. Utilizzando poi i consueti metodi di valutazione della Sicurezza definiti dalle Norme Tecniche per le Costruzioni è possibile definire le Classi PAM e le Classi IS-V, qui di seguito sono riportati i passaggi da seguire.
  • Si effettua l'analisi della struttura e si definiscono le accelerazioni al suolo di capacità PGAC per ciascuno stato limite.
  • Si valutano i periodi di ritorno TrC corrispondenti alle accelerazioni al suolo in capacità PGAC secondo l'espressione
    TrC = TrD (PGAC/PGAD)η
    dove η può assumere per tutto il territorio nazionale il valore convenzionale di η = 1/0,41 oppure il valore specifico in funzione alle accelerazioni attese per il sito considerato
    η = 1/0,49 per ag > 0,25g
    η = 1/0,43 per 0,25g ≥ ag ≥ 0,15g
    η = 1/0,356 per 0,15g ≥ ag ≥ 0,05g
    η = 1/0,34 per 0,05g > ag
  • Per ciascun tempo di ritorno TrC è possibile definire la frequenza media annua di superamento come
    λ = 1/TrC
    se è condotta l'analisi della struttura solo per gli stati limite SLV e SLD è possibile definire la frequenza media annua di superamento per gli stati limite non indagati secondo queste espressioni semplificate:
    λSLO = 1,67 λSLD
    λSLC = 0,49 λSLV
  • Definiti i valori minimi e massimi di perdita economica per una costruzione come lo 0% e il 100% del Costo di Ricostruzione e associando tali valori rispettivamente allo Stato Limite di Inizio Danno (SLID) e allo Stato Limite di Ricostruzione (SLR), è possibile associare a ciascuno stato limite dell'analisi un valore del CR secondo questa tabella:

Relazione tra il costo di ricostruzione e ciascuno stato limite

  • Per ciascun stato limite è possibile associare la frequenza media annua di superamento λ al Costo di Ricostruzione CR, considerando λ = 0,1 per SLID e λ = 0 per SLR.
Diagrammando tale relazione e definendo l'area sottesa dalla spezzata come Perdita Annuale Media attesa è possibile determinare il parametro PAM in percentuale come


con i che varia da 1 a 5, i = 5 per SLC e i = 1 per SLID

Valutazione del PAM, riferito a una costruzione con Vn pari a 50 anni e classe d'uso II
  • Si definisce la Classe PAM secondo queste relazioni

Classi di Rischio PAM

  • Si determina l'indice di sicurezza IS-V per lo stato limite di salvaguardia della vita SLV come rapporto tra la PGA di capacità della costruzione e la PGA di domanda del sito in cui la costruzione si trova
  • Si definisce la Classe IS-V secondo queste relazioni

Classi di Rischio IS-V

  • La Classe di Rischio è definita come la peggiore tra la Classe PAM e la Classe IS-V
Nell'applicare il metodo appena definito è possibile fare riferimento a periodi di ritorno dell'azione sismica inferiori a 30 anni, fino al limite di 10 anni; in questi casi si scalano proporzionalmente le accelerazioni dello spettro associato al periodo di ritorno di 30 anni.

Per meglio comprendere il significato del parametro e delle Classi PAM ecco un esempio: se si considera una costruzione con periodo di riferimento VR pari a 50 anni e con prestazioni valutate come coincidenti alle minime richieste dalle NTC per una nuova costruzione con il medesimo periodo di riferimento, per tale costruzione la Classe PAM è la B con il valore PAM = 1,13 %.

Infine è opportuno ricordare che la Classe di Rischio è valutabile per un intero edificio, perciò la Classe di Rischio di una singola unità immobiliare coincide con la Classe di Rischio dell'edificio in cui l'unità è inserita.

Definita la Classe di Rischio di una costruzione e nei casi in cui questa non sia soddisfacente, il progettista secondo le finalità e le disponibilità della committenza può individuare gli interventi necessari a migliorare le prestazioni dell'edificio e quindi a ridurre il rischio. Gli effetti dell'intervento saranno valutati in funzione dei parametri PAM e IS-V, utilizzando sempre il metodo convenzionale e considerando il comportamento globale della struttura. È così possibile stimare l'eventuale passaggio di classe dell'edificio e accedere ad uno dei tre scaglioni di incentivi fiscali definiti dal Sismabonus che vedremo più avanti in questo articolo.

Il metodo semplificato
Come anticipato il metodo semplificato è un metodo qualitativo e speditivo che si basa sulle classi di vulnerabilità definite dalla Scala Macrosismica Europea EMS. Tale procedura consente di determinare la Classe di Rischio di un edificio sia in termini preventivi, prima quindi di una valutazione analitica con il metodo convenzionale, sia in sostituzione del metodo convenzionale, specialmente in quei casi in cui un modello di calcolo è ben lontano da rappresentare le reali condizioni della struttura.

Pur fornendo una descrizione dell'intero edificio, il metodo semplificato si presta a indagini di tipo locale e di conseguenza a interventi sulla struttura sempre di tipo locale. È per questa ragione che nelle Linee Guida il metodo semplificato è considerato applicabile solo agli edifici in muratura.

Con questo metodo il parametro che viene determinato è il PAM associando quindi alla classe di vulnerabilità della struttura una Classe PAM; qui di seguito sono illustrati i passaggi da seguire.
  • Si individua la tipologia strutturale che meglio descrive la costruzione e la relativa classe di vulnerabilità media
  • Si considerano eventuali fattori che determinano un peggioramento della classe di vulnerabilità media di partenza
Le Linee Guida forniscono una tabella di riferimento sulla quale applicare queste considerazioni:

Costruzioni in muratura: classi medie di vulnerabilità globale e passaggi di classe

  • Si definisce la Classe PAM secondo le seguenti relazioni che fanno riferimento alla zona sismica in cui si trova l'edificio, per distinguere le Classi PAM dei due metodi di classificazione le Classi PAM del metodo semplificato sono indicate con un asterisco *

Classi di Rischio PAM per il metodo semplificato
Definita la Classe di Rischio di una costruzione in muratura è possibile valutarne gli eventuali interventi di miglioramento e di mitigazione del rischio, ma l'applicazione del metodo semplificato pone alcune condizioni. Il passaggio è previsto solo alla Classe di Rischio immediatamente superiore e solo se l'intervento è definibile come locale; nelle Linee Guida vengono quindi esplicitate le condizioni per il passaggio della Classe di Rischio.

Interventi locali necessari per ridurre la vulnerabilità di una sola classe

Interventi locali necessari per ridurre la vulnerabilità di una sola classe

Le pratiche per il Sismabonus
La classificazione del rischio sismico delle costruzioni rende definitivamente operativa la "Legge di stabilità 2017" in merito alla disposizione di fondi speciali per gli interventi di messa in sicurezza degli edifici. Questa novità riguarda gli edifici situati nei comuni classificati in zona sismica 1, 2 o 3 secondo l'OPCM 3274 del 2003, ovvero 5.790 comuni d'Italia su un totale di 8.048.

Dal sito della Protezione Civile è possibile scaricare il foglio Excel con la classificazione sismica per comune.

Il sistema di incentivazione previsto dalla Legge di Stabilità, ribattezzato Sismabonus, prevede che le spese sostenute dall'1 gennaio 2017 al 31 dicembre 2021 per interventi di messa in sicurezza relativi al rischio sismico di una costruzione siano detraibili dall'imposta sul reddito delle persone fisiche (IRPEF) o dall'imposta sul reddito delle società (IRES).

La quota totale detraibile è ripartita in cinque quote annuali ed è calcolata in funzione della Classe di Rischio dell'edificio su un tetto massimo di spesa di 96mila euro per unità immobiliare.

Il riferimento alla Classe di Rischio avviene introducendo tre distinti scaglioni di detrazione secondo le seguenti percentuali:
  • 50% di detrazione per gli interventi che non comportano un miglioramento della Classe di Rischio
  • 70% di detrazione per gli interventi che portano al miglioramento di una Classe di Rischio
  • 80% di detrazione per gli interventi che portano al miglioramento di due Classi di Rischio
Nel caso di interventi in condomini le detrazioni del 70% e 80% diventano del 75% e 85% se gli interventi riguardano le parti comuni dell'edificio.

Le spese sulle quali è calcolata la detrazione comprendono sia le spese di realizzazione dell'intervento che le spese di classificazione e progettazione degli interventi e le spese legate alle prestazioni professionali per la realizzazione dei lavori, ma anche le spese di 'messa a norma' degli edifici sia per gli impianti elettrici che a metano.

I soggetti che godono delle detrazioni non sono solo i proprietari degli immobili ma anche coloro che posseggono un titolo di diritto reale sull'immobile. Fra questi quindi coloro che sono in possesso di un contratto di affitto o di comodato, che sono nudi proprietari o che hanno un diritto di usufrutto, purché i bonifici siano intestati a quei soggetti che posseggono un titolo sull'immobile. Il diritto di credito così acquisito può essere inoltre ceduto o ereditato.
I pagamenti vanno effettuati a mezzo di bonifico bancario o postale e sono regolamentati dall'art. 16-bis del DPR 917 del 1986.

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Un esempio di classificazione del rischio sismico
Per meglio capire e confrontare i risultati dei due metodi di classificazione vengono di seguito riportati due esempi di classificazione del rischio sismico delle costruzioni con il software TRAVILOG: per lo stesso edificio viene prima condotta una classificazione preventiva con il metodo semplificato per poi effettuare una valutazione definitiva con il metodo convenzionale.


Schermata del Modulo CLASSIFICAZIONE di TRAVILOG per la scelta del metodo di classificazione

Ecco alcuni semplici parametri che consentono di procede con l'esempio.

L'edificio considerato è di civile abitazione e si trova a Cuneo, in zona sismica 3; è costituito da due piani fuori terra di 3,20 m ciascuno e gli elementi verticali che caratterizzano il fabbricato sono realizzati in mattoni pieni e malta di calce, i solai risultano ben ammorsati alle pareti e offrono un'elevata rigidezza nel piano, tuttavia sono presenti numerose nicchie e in alcuni punti la muratura risulta essere danneggiata.

In funzione di questa descrizione, e riferendoci alle indicazioni delle Linee Guida, determiniamo come classe media di vulnerabilità globale per la costruzione V4; considerando poi le peculiarità negative per la vulnerabilità locale e globale rappresentate dalle numerose nicchie e dai danneggiamenti si ha un passaggio di classe di vulnerabilità da V4 a V5.


Attribuzione della classe di vulnerabilità

Secondo le relazioni tra le classi di vulnerabilità e classi PAM è possibile classificare l'edificio in Classe di Rischio D*.


Attribuzione della classe di Rischio con il metodo semplificato (L'aspetto grafico è un'elaborazione Logical Soft)

Per lo stesso edificio consideriamo ora un livello di dettaglio maggiore così da poter condurre una classificazione del rischio sismico con il metodo convenzionale. La valutazione del comportamento strutturale è svolta con un'analisi statica non lineare tipo pushover per la quale sono stati definiti i parametri di resistenza del materiale ed il modello geometrico attraverso una modellazione a telaio equivalente.


Modellazione della struttura con telaio equivalente

L'analisi è condotta per tutte le combinazioni di calcolo significative e viene così individuata la condizione più critica per la struttura. La combinazione più gravosa risulta essere 'direzione -Y, distribuzione 1, eccentricità negativa' per la quale si ha uno spostamento massimo pari a 1,47 cm con uno spostamento di domanda di 2,24 cm per la combinazione SLV. Viene quindi determinata la PGAC pari a 0,147g che rapportata alla PGAD determina l'Indice di Rischio IS-V = 0,663 = 66,3%.
Il tempo di ritorno in capacità della struttura è valutato direttamente dalla curva ADRS pari a TrC,SLV = 162 anni.


Analisi non lineare della struttura

Per poter valutare il parametro PAM è necessario definire le capacità della struttura anche per gli altri Stati Limite, vengono quindi studiati gli spostamenti della struttura fino a raggiungere il valore di drift di interpiano pari a 0,003 h. Per l'edificio in esame però non si ha il raggiungimento di tale condizione limite per tempi di ritorno al più uguali a quelli individuati per lo SLV, in questo caso si impone TrC,SLD = TrC,SLV.
Infine, applicando le indicazioni delle Linee Guida per gli altri Stati Limite, si determinano le frequenze medie annue di superamento fino a ottenere una classe PAM pari a A e una classe IS-V pari a B, quindi la Classe di Rischio per la costruzione è B.


Attribuzione della Classe di Rischio con il metodo convenzionale