210   Marzo - Aprile  2017
ISSN 2282-3794
VALUTAZIONE DELLA VULNERABILITA’, CLASSIFICAZIONE SISMICA, STRATEGIE DI RINFORZO E RIDUZIONE DEL RISCHIO SISMICO DI EDIFICI ESISTENTI IN CALCESTRUZZO ARMATO
Progettazione sismica prestazionale e resilienza PARTE PRIMA
di
Stefano Pampanin
Professore Ordinario di Tecnica delle Costruzioni, Dipartimento di Ingegneria Strutturale e Geotecnica, Università di Roma “La Sapienza”
stefano.pampanin@uniroma1.it

L’urgenza di un piano di attuazione e implementazione di una strategia a medio-lungo termine di riduzione del rischio sismico a scala nazionale è sempre più evidente.
E’ indubbio che la valutazione della vulnerabilità sismica di edifici esistenti e la definizione di soluzioni di rinforzo appropriate, dunque strutturalmente efficaci, di facile applicazione, economicamente convenienti, possibilmente reversibili e rispettose della conservazione del patrimonio architettonico-culturale della struttura, nascondano un livello di complessità significativamente superiore rispetto alla progettazione di nuove strutture.
Eppure studi e valutazioni comparative sull’efficacia di una strategia di prevenzione sismica rispetto ad un approccio di reazione/cura post-evento ne mostrano chiaramente i vantaggi a lungo termine e a livello nazionale.
In questa serie di tre articoli si affronteranno problemi e soluzioni legati alla valutazione della vulnerabilità sismica di edifici esistenti in calcestruzzo armato e alla definizione di strategie e tecniche di rinforzo alternative per una riduzione del rischio sismico sia a livello di singolo edificio che di classi di edifici a scala territoriale. Si fornirà una panoramica sui recenti sviluppi procedurali e normativi sia a livello nazionale ed internazionale con particolare attenzione alle nuove linee guida neozelandesi (NZSEE2016) nelle quali viene focalizzata l’attenzione su un approccio analitico semplificato (i.e. a mano), per la valutazione della capacità (in termini di forze e spostamenti combinati) di elementi strutturali, connessioni, sottosistemi e sistemi sismo-resistenti, come imprescindibile punto di partenza di ogni studio di vulnerabilità/sicurezza.
Nel primo di questi contributi si riprenderanno i concetti di base di una progettazione sismica prestazionale e resilienza di comunità, evidenziando le ragioni di un profondo disallineamento tra le aspettative della società, convinta di ricevere un sistema ‘antisismico’, e le reali prestazioni simiche ‘da norma’ di un sistema ‘sismo-resistente’.


 

English version
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VULNERABILITY ASSESSMENT, SEISMIC RATING, RETROFIT AND RISK REDUCTION STRATEGIES FOR EXISTING REINFORCED CONCRETE BUILDINGS
Performance-based design and resilience_Part I

The urgency of a medium-long-term seismic retrofit and risk reduction strategy and implementation plan on a national scale is becoming increasingly evident.
With no doubt the assessment of the seismic vulnerability of existing buildings and the definition of appropriate, i.e. structurally effective, easy to apply, cost-effective, possibly reversible and respectful of the architectural, heritage and cultural conservation requirements, hides a level of significantly higher complexity than designing new structures.
Moreover, as if the technical complexity was not a sufficient deterrent, the constraint of economic resources for a national scale implementation and the lack of a prioritization plan based on risk considerations and cost-benefit analyses are often referred to, or blamed as, primary obstacles to the practical implementation of such a board and ambitious project.
Yet studies and comparative evaluations of the effectiveness of a seismic prevention strategy when opposite to a post-event reaction/repair/reconstruction approach clearly show its long-term and national benefits.
First of all, it is necessary to improve and standardize the tools and procedures ('protocols') for the 'diagnosis' and 'prognosis' of the seismic vulnerability and of the expected performance of existing buildings, based on state-of-the-art but simplified methodologies (analytical rather than numerical approaches) that could highlight the structural weaknesses of the building system while ensuring consistency of results and proper level of independently from the operators.
Similarly, suitable "therapeutic pathways" or appropriate retrofit strategies can be defined by comparing alternative options through a cost-benefit approach.
This series of three papers  will address issues and solutions related to the seismic vulnerability assessment of existing reinforced concrete buildings and the definition of alternative retrofit strategies and techniques for the reduction of the seismic risk either at a single building level as well as at a territorial scale level.
An overview of recent developments at national and international level in terms of methodology and regulatory approaches will be provided, with particular attention to the new New Zealand Guidelines (NZSEE2016), which revalue the critical importance of an analytical approach (i.e by hand) for the evaluation of the capacities (in terms of combination of forces and displacements) of structural elements, connections, subassemblies and seismic-resistant systems as a fundamental starting point for any vulnerability/safety study.
It is a revamping of the importance of the big picture or holistic view, of the understanding and controlling of the design by the engineer, today often and unfortunately considered, at least in the views of non-technical customers and decision makers, to play the simplicistic role as a 'structural' calculator.
It is worth noting how these New Zealand Guidelines represent the key instrument for the implementation of a compulsory national (at the owners’ expenses) prevention plan that, following the recent and devastating 2010-2011 earthquake sequence in Christchurch, requires the assessment and the seismic rating of all existing (either public and private) buildings and the associated retrofit intervention to reach a minimum level of seismic risk (associated to a seismic rating schemes) defined by the code.
The latter comes with definite maximum time-schedule both for the evaluation phase and for the retrofit phase (5-10-15 years and 15-25-35 years) depending on three level of seismicity (high-medium-low).
In the first of these contributions, an overview of the basic concepts of a performance-based seismic design and community resilience will be provided, highlighting the reasons for a profound misalignment between the expectations of the society, convinced to receive an 'anti-seismic' system, and the actual seismic performance 'as per code’ of a 'seismic-resisting' system.
In the second contribution, a presentation on recent simplified analytical procedures (i.e. SlaMa approach, or 'Simple Lateral Mechanism Analysis') for the seismic vulnerability assessment and seismic rating of existing buildings will be given, with particular reference to the recent New Zealand NZSEE2016 Guidelines and the time-schedule and criteria adopted for the implementation plan, with suggestions for their possible extension and adoption within the Italian regulatory and construction environment.
The third and final contribution will illustrate alternative seismic retrofit strategies and techniques for reinforced concrete buildings, aiming at achieving predefined performance improvement objectives under different earthquake intensity level and thus at reducing the Expected Annual Losses (EAL).

CROLLI DI CHIESE CAUSATI DAI SISMI IN ITALIA
Prime considerazioni su alcuni recenti casi in Valnerina
di
Antonio Borri, 
Università degli Studi di Perugia, Dipartimento di Ingegneria, Perugia
antonio.borri@unipg.it
Romina Sisti
Università degli Studi di Perugia, Dipartimento di Ingegneria, Perugia
rominasisti@hotmail.it

L’articolo propone alcune riflessioni su cosa (e perché) si è perso, come beni culturali, con gli eventi sismici del 2016 nel Centro Italia, esaminando tre casi emblematici di crolli di chiese della Valnerina.
Al di là di quello si poteva fare subito dopo l’evento del 24 agosto 2016 (che aveva danneggiato solo in parte queste costruzioni) quello che colpisce di più in queste vicende è la “non previdenza”, negli anni precedenti, da parte degli Enti preposti alla tutela di questi beni.
La mancanza di interventi preventivi in questi edifici di culto, sia dopo il sisma del 1979 che dopo quello del 1997, pur di fronte a situazioni di vulnerabilità chiare ed evidenti, è aggravata dalla esistenza di importanti ricerche condotte negli anni passati, mirate in modo specifico proprio all’obiettivo della prevenzione, che avevano chiaramente denunciato la criticità di queste situazioni.

English version
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CHURCH COLLAPSES AFTER CENTRAL ITALY EARTHQUAKES
Some considerations about three case studies in Valnerina

This paper gives some considerations about the losses of cultural assets due to the 2016 earthquakes in Central Italy.
The collapses of three churches in Valnerina have been analyzed as case studies. In spite of the first eartquake on 24th August had partially damaged these structures, temporary works were not adopted to prevent further upheavals as well as no interventions aiming to reduce the seismically vulnerability of damaged churches were adopted after the 1979 and 1997 earthquakes (even if there were significant studies that had clearly highlighted the most critically problems).

VALUTAZIONE SPEDITIVA DELLA VULNERABILITA’ SISMICA DEI CENTRI URBANI ITALIANI: CLASSIFICAZIONE TIPOLOGICA STRUTTURALE DEGLI EDIFICI ESISTENTI IN MURATURA ED IN C.A.
di
Bruno Calderoni, 
Professore di Tecnica delle Costruzioni, Università degli studi di Napoli Federico II
calderon@unina.it
Antonio Sandoli, 
Dottore di ricerca, Università degli studi di Napoli Federico II
antonio.sandoli@unina.it
Emilia Angela Cordasco
Dottore di ricerca, Università degli studi di Napoli Federico II
emilia.cordasco@gmail.com

La valutazione preventiva del rischio sismico dei centri urbani rappresenta oggi un tema di particolare importanza, soprattutto ai fini della protezione civile, per la valutazione dei possibili scenari di danno che possono manifestarsi a seguito di eventi calamitosi.
Pertanto, con particolare riferimento ai terremoti, la consapevolezza del rischio sismico di un’area, più o meno vasta, costituisce senza dubbio un punto di partenza imprescindibile per la stima preventiva dagli effetti prodotti da eventi sismici significativi, e quindi per il supporto alla gestione ottimale della fase emergenziale post-sisma.
Considerando che il rischio sismico di un’area è definito, come è noto, dai tre fattori - vulnerabilità, pericolosità ed esposizione- che concorrono in maniera differente a determinare gli effetti dell’evento calamitoso, è chiaro che la stima del rischio a livello territoriale non può prescindere dalla valutazione della vulnerabilità sismica delle costruzioni esistenti. Essa però non può essere condotta analizzando ogni singolo edificio come caso a se stante, in quanto sarebbe impossibile e addirittura inutile ai fini di valutazioni su ampia scala.
D’altronde i recenti eventi sismici del centro Italia (2016/2017) hanno portato all’emanazione del D.M. n.58 del 28/02/2017, il cosiddetto decreto sul sisma bonus, che richiede la valutazione preventiva, anche semplificata, della capacità sismica degli edifici esistenti nello stato originario ed eventualmente in quello migliorato.
Pertanto, nella presente memoria viene proposta una classificazione tipologica e strutturale degli edifici esistenti in muratura ed in c.a., finalizzata alla definizione approssimata del parametro “vulnerabilità di insieme” riferito ad ampie porzioni del territorio, ma che può essere utilizzata anche per una prima valutazione riferita alla singola costruzione.
Nello specifico, la classificazione proposta degli edifici in base al loro comportamento sismico presenta 5 classi per le costruzioni in muratura e 4 classi per quelli in c.a. Per ciascuna di esse viene indicato un range di capacità sismica, espressa in termini di massima accelerazione sopportabile al suolo, utile a definire il livello di vulnerabilità della corrispondente tipologia costruttiva nonché a fornire indicazioni preliminari e di indirizzo qualora si voglia procedere alla valutazione di capacità con riferimento al singolo edificio.

English version
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QUICK ASSESSMENT OF THE SEISMIC VULNERABILITY OF ITALIAN URBAN CENTERS: TYPOLOGICAL AND STRUCTURAL CLASSIFICATION OF THE EXISTING MASONRY AND R.C. BUILDINGS

The assessment of seismic risk at territorial level represents at now a very important topic, particularly for allowing the authorities to forecast damage scenarios in case of catastrophic events.
Therefore, with particular reference to earthquakes, the knowledge of the seismic risk of a specific area, more or less wide, constitutes an important starting point for the a-priori evaluation of the consequences related to a significant seismic event and for an optimal management of post-seismic phase.
Since the seismic risk of a generic area depends from the three factors –vulnerability, hazard and exposure- that influence in different way the effects of a catastrophic event, the risk evaluation at territorial level cannot be performed without the evaluation of the seismic vulnerability of existing buildings too. Nevertheless, this evaluation cannot be carried out analysing each construction, because it would be impossible and even useless for a wide scale previsions.
Furthermore, after the recent earthquakes of Central Italy (2016/2017), Italian Government sent out the D.M. n.58 – 28/02/2017 (the so called “Sisma Bonus” code). It requires to give each existing building a Risk Class, which is directly connected to its seismic capacity, and then an a-priori evaluation of seismic vulnerability in both the as-built configuration and the improved one in case of refurbishment.
In this paper, a typological and structural classification of existing masonry and r.c. buildings is proposed, aimed to an approximate definition of the “global vulnerability” of some areas of country. Anyway it can be also adopted for a preliminary evaluation of a single building.
This classification is based on the on field observation of the structural behaviour showed by the constructions after an earthquake (or however predictable with theoretical considerations). Moreover, the results of wide numerical analyses carried out by the authors, with reference to some of the proposed typologies, has been considered too.
In particular, the damage and collapse mechanisms experienced by r.c. and masonry buildings during the past earthquakes highlighted a quite evident correlation among the age of construction, the structural characteristics and the damage levels. Starting from this findings, a typological and structural classification, based on some specific elements of the structural scheme strictly related to both age of construction and corresponding constructional techniques, has then been defined.
More in detail, the proposed classification related to the structural behaviour of the existing buildings presents 5 classes for masonry constructions and 4 classes for r.c. buildings. For each class a range of seismic capacity in terms of maximum PGA is also suggested, in order to allow a simple and useful definition of the vulnerability level of the different constructive typologies.

TECNICHE DI IDENTIFICAZIONE MODALE PER L’ANALISI STRUTTURALE
L’evoluzione del comportamento dinamico di un edificio scolastico in cemento armato soggetto a miglioramento sismico
di
Francesco Clementi, 
DICEA, Dipartimento di Ingegneria Civile, Edile e Architettura, Università Politecnica delle Marche, Ancona
francesco.clementi@univpm.it
Stefano Lenci, 
DICEA, Dipartimento di Ingegneria Civile, Edile e Architettura, Università Politecnica delle Marche, Ancona
s.lenci@univpm.it
Francesco Monni, 
DICEA, Dipartimento di Ingegneria Civile, Edile e Architettura, Università Politecnica delle Marche, Ancona
f.monni@univpm.it
Alessio Pierdicca, 
DICEA, Dipartimento di Ingegneria Civile, Edile e Architettura, Università Politecnica delle Marche, Ancona
a.pierdicca@univpm.it
Michele Massaccesi
DRC - Diagnostic Research Company, Ancona, Italy
michelemassaccesi@drcitalia.net

In questo lavoro vengono presentati i caratteri salienti di un intervento di riabilitazione strutturale di un edificio scolastico in cemento armato ed i risultati di una campagna di monitoraggio dinamico condotta sull’edificio. La scuola in oggetto, come gran parte del patrimonio edilizio scolastico italiano, è stata realizzata negli anni ’60, con modalità tecnologiche, esecutive e concezione strutturale tipiche dell’epoca. A causa della sua vulnerabilità sismica, la struttura è stata oggetto di sostanziali lavori di miglioramento sismico, principalmente incentrati sul ringrosso delle sezioni dei pilastri e sul confinamento delle estremità delle travi con CFRP. L’edificio è stato monitorato con tecniche di identificazione di tipo OMA (Operational Modal Analysis), che consentono di ottenere un’affidabile riproduzione del comportamento dinamico della struttura indagata, in grado di tenere in debito conto l’influenza dei carichi di esercizio e le effettive caratteristiche meccaniche dei materiali. La particolarità del monitoraggio eseguito è quella di aver effettuato le acquisizioni non solo nello stato di fatto ma anche nel corso dei lavori, per un periodo di circa un anno. I risultati di tale attività, oltre a ribadire le potenzialità delle tecniche OMA nel cogliere il reale comportamento dinamico della struttura, hanno confermato l’efficacia dell’intervento, mettendo in luce aspetti da tenere in considerazione nella modellazione di edifici esistenti e nella progettazione di interventi di miglioramento/adeguamento.

English version
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MODAL IDENTIFICATION TECHNIQUES FOR STRUCTURAL ANALYSIS
Evolution of dynamic behavior of a r.c. school building subjected to retrofitting works

This work deals with the structural retrofitting of a Reinforced Concrete (RC) building school and illustrates the results of a structural monitoring campaign performed on this. The examined school building presents typical and specific vulnerabilities of Italian building stock - of which RC buildings currently represent the greatest portion - mostly built in 60’s and 70’s. Because of its vulnerabilities, the structure was subjected to a deep structural retrofitting intervention based on increasing of original columns cross-sections with introduction of new longitudinal steel bars and stirrups, and application of shear reinforcement on beams using Fiber Reinforced Polymers (FRP). The building was monitored using Operational Modal Analysis (OMA) technique, that offers the possibility of describing structural dynamics at small vibration amplitudes in real operating conditions with unknown excitation inputs. The long-term Ambient Vibration Survey (AVS) - performed before, during and after the works, in a campaign lasted one year - highlighted the increasing of building performance in terms of natural frequencies following the retrofitting works. Moreover, the paper shows how infill panels influence the dynamic response of this typical RC structure. This relevant data collection, in addition to confirm the potentil of OMA technique in gathering the real structure behavoiur, could be very helpful in the calibration of other similar retrofitting interventions.

LA SICUREZZA ANTISISMICA COME OCCASIONE DI RILANCIO PER L'ECONOMIA
di
Pietro Balbis
Architetto, Gruppo HeidelbergCement
pietro.balbis@gmail.com

La pubblicazione delle Linee Guida per la Classificazione del Rischio Sismico delle Costruzioni (Allegato A) del decreto del MIT n.58 del 28 febbraio 2017 - modificato con Decreto del 7 marzo - che istituisce e regolamenta la classificazione sismica degli edifici di fatto rende applicabile quanto previsto dalla legge finanziaria in materia di sisma bonus (articolo 1, comma 2, lettera c). Dove si prevedono detrazioni di imposta molto importanti – dal 70% all’85% - in relazione alla riduzione del rischio derivante dalla realizzazione degli interventi. Tale strumento prevede infatti che i richiedenti recuperino il credito sulla base della loro redditività in cinque anni, sotto forma di sgravio fiscale.
Ma la legge finanziaria, se consente il trasferimento di credito dalle famiglie alle imprese, lo vieta nei confronti delle banche. Una condizione che di fatto non consentirà agli attori della riqualificazione, committenti e imprese di recuperare il credito per mancanza di capienza fiscale. Con la conseguenza di rendere inefficace il sismabonus.
Occorrerebbe, invece, pensare ad un piano economico che consenta di riqualificare il nostro patrimonio anche dal punto di vista energetico e ridurre drasticamente i rischi sismici, piano la cui portata sarebbe tale da costituire occasione di rilancio per un'economia in stagnazione da decenni.
L’obiettivo di quest’articolo è, quello di illustrare una valutazione di costi e benefici per verificare se, e a quali condizioni, i flussi finanziari in entrata e in uscita – così come modellizzati nelle allegate simulazioni - possano trovare un punto di equilibrio e consentano di realizzare il Piano proposto senza gravare con ulteriori passività sul bilancio dello Stato.

English version
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SEISMIC SAFETY CAN BE AN OPPORTUNITY TO BOOST THE ECONOMY?

The issue of the"Guidelines for the Classification of the Seismic Risk of Construction" in Annex A) allows to activate the so-called "sismabonus" (i.e. Seisimic - Bonus) i.e. the tax incentives foreseen in Article 1, paragraph 2, letter c) of the Budget Law 2017 (Amendments to Article 3 of the Ministerial Decree of 28.02.2017 number 58). This system provides very important tax deductions - from 70% to 85% - in dependence of the reduction of risk deriving from the realization of the interventions. The instrument provides that applicants will recover credit on the basis of their income in five years, in the form of tax relief.
But if the law on the one hand, allows the transfer of credit from households to businesses, on the other hand, does not allow it to banks. In fact, this condition prevents developers and companies to issue such requests, due to lack of fiscal capacity. With the effect of making “sismabonus” ineffective.
Instead, it would be necessary an economic plan to retrain the our built heritage from the point of view of energy and drastically reduce seismic risks, the scope of which would be the opportunity to revive an economy in stagnation for decades.
As a return of the investment required, the safety measures on the housing stock generates, on the one hand, a savings for the State, made up of the cost savings for emergency management and for rebuilding the devastated areas, on the other hand it creates a savings for citizens involved, thanks to the cutting of the energy bill.
The challenge is to sum these two distinct types of savings and to turn them into a homogeneous and financeable cash flow, so that the above would not constitute a social spending, but a productive investment.
The program set out below, does not foresees any advance of capital for the beneficiaries and provides for a non-repayable contribution (of interest and principal) from the State, because it aims to extend the safety to the audience the as broad as possible, and therefore also to those who would not have the chance to make any anticipation, because of their income conditions.
Unfortunately, the state has no additional resources for investment in a project of this type, and our country is not authorized to issue additional debt to finance these costs.
You therefore need an innovative approach to the problem.
In this difficult context, however, there is a new element that can make a substantial contribution to solving the problem. Thanks to the current economic situation and the policy of the ECB, at this time, there is an amount of capital to an unprecedented extent and at a cost to historic lows.
The abundant, cheap liquidity made available to our banking system, at present, has trouble finding lucrative investments with adequate risk profile and, in this scenario, that of mortgage loans begins to come within the scope of gainful activity when supported by appropriate safeguards, despite the very low interest rates. It is assumed, therefore, that will be the banking system to convey the necessary financial resources, also in order not to burden substantially on the State deficit.
The latter must, however, take on the task of enabling the widest possible access to credit in order to allow banks to operate in the appropriate warranty conditions for the entire audience of the people involved in the program.This task will be fulfilled by the State to the beneficiaries by providing the necessary income support by paying a share of the amounts for repayment of interest and principal, in order to make substantially within reach of anyone the outlay required to repay the loan provided by the credit system. The funding will have, in fact, the characteristics of a mortgage loan aimed to renovate the building and whose repayment installments will be paid by the owner for a reduced amount compared to the actual cost, while the State will take over the remaining difference. The savings resulting from improved energy efficiency of the property moreover, will be added, to the financial resources of the borrower.
Naturally, the above can only be feasible on condition that the economic burdens linked to the implementation of such a program are sustainable both for the public finances and for interested citizens.
The aim of this article is, therefore, to perform an evaluation of costs and benefits to determine whether, and under what conditions, the cash inflows and outflows - as well as modeled in the accompanying simulations - can find a point of balance and make it possible to carry out the proposed plan without burdening with additional liabilities on the state budget.