Gli ingegneri strutturali, nei prossimi anni, dovranno affrontare la sfida di progettare opere capaci di resistere a fenomeni atmosferici sempre più intensi e frequenti causati dal cambiamento climatico. Le normative, basate su dati storici, spesso non prevedono l’evoluzione di queste condizioni, risultando inadeguate. Questo articolo analizza l’impatto delle variazioni climatiche sul comportamento strutturale, sottolineando l’urgenza di aggiornare i codici di progettazione per integrare scenari futuri e garantire la resilienza delle infrastrutture.
di Carlo Augusto Pasquinucci
Le infrastrutture sono progettate per affrontare carichi ambientali definiti specifiche normative basati su dati storici. Tuttavia, l’accelerazione del cambiamento climatico sta rendendo obsoleti questi dati, con impatti significativi su edifici, ponti, dighe e infrastrutture. Tempeste più violente, nubifragi, l’innalzamento del livello del mare sono solo alcuni dei fenomeni sempre più frequenti che mettono alla prova la sicurezza delle strutture.
Storicità delle Normative Strutturali
Le prime normative sui carichi da vento risalgono agli inizi del XX secolo, quando furono introdotti metodi empirici per calcolare i carichi laterali sugli edifici. Con il tempo, l’analisi statistica delle velocità del vento e delle mappe di riferimento basate su dati storici ha migliorato la precisione delle normative, come l’IBC/ASCE 7[1] negli Stati Uniti e l’Eurocodice in Europa. Questi codici presuppongono che i fenomeni estremi seguano distribuzioni statistiche stazionarie, ovvero che i dati passati siano rappresentativi del futuro.
La prima standardizzazione significativa è avvenuta nel XX secolo, quando le tecnologie di misurazione del vento sono diventate più precise. Tuttavia, eventi recenti, come l’uragano Dorian (2019) con venti superiori ai 300 km/h, hanno dimostrato che i carichi da vento estremi sono spesso sottostimati. Tutti gli scienziati sono concordi nel dire che l’intensità massima ma soprattutto l’intensità media del vento sta aumentando decennio dopo decennio e quindi i valori storici utilizzati potrebbero sottostimare sempre di più i valori effettivamente attesi.
Inoltre, le normative attuali si basano generalmente solamente sul valore massimo dell’intensità del vento medio e non includono fenomeni emergenti come i microburst (una microraffica discendente, ma piuttosto violenta e improvvisa simile a una piccola tromba d’aria con un’estensione laterale e temporale limitata) o le fluttuazioni violente del flusso d’aria, che stanno diventando più comuni.
Cambiamenti rapidi della direzione del vento posso creare nella struttura fluttuazioni pericolose e carichi combinati da diverse direzioni.
Anche le normative sismiche sono storicamente basate su osservazioni passate. I principali codici si concentrano su eventi sismici noti e mappati. Sebbene i terremoti non siano direttamente causati dal cambiamento climatico, fenomeni come l’innalzamento del livello del mare e lo scioglimento dei ghiacciai possono alterare le pressioni tettoniche, incrementando l’attività sismica in alcune aree. Un esempio emblematico è rappresentato dal terremoto di Sumatra (2004), associato a variazioni di carico idrostatico sulla placca indo-australiana. Inoltre, anche se l’intensità del terremoto rimane costante, questo non può dirsi degli effetti, in particolare, in situazioni dove la capacità di tenuta del suolo è già compromessa a causa di inondazioni o frane precedenti: la struttura potrebbe reggere alle accelerazioni del terremoto, ma si potrebbero creare delle fratture o cedimenti all’interno del suolo.
Discorso analogo può essere fatto per i carichi dovuti a nubifragi o carico da neve. Ogni anno in Italia si verificano forti nubifragi e inondazioni di intensità sempre più elevata. Questo implica che i carichi generati possono essere spesso sottostimati. Anche per quando riguarda le nevicate, esse sono sempre più intense, nonostante il riscaldamento medio globale della temperatura. Questo provoca dei carichi sui tetti largamente sottostimati che possono provare quindi crolli anche con conseguenze tragiche.
Problemi normativi con il cambiamento climatico
Come visto in precedenza, l’Eurocodice e il parallelo statunitense si basano sui valori di vento e precipitazioni storici che quindi possono creare dei progetti sottodimensionati.
Per questo motivo, sarebbe meglio trovare delle soluzioni per avere dei dati più accurati. Il metodo più semplice sarebbe quello di aumentare i coefficienti di sicurezza, ma in questo modo si andrebbe solo a utilizzare dei valori arbitrari e slegati dalla natura del problema. Un’alternativa potrebbe essere l’implementazione di aggiornamenti dinamici delle tabelle, così da disporre di dati sempre più recenti. Tuttavia, ciò implicherebbe un costante aggiornamento delle normative, con il rischio che le infrastrutture già esistenti non siano più conformi alle nuove disposizioni.
La soluzione più corretta sarebbe probabilmente la creazione di formulazioni predittive, dove i carichi atmosferici siano descritti da formule in funzione dell’anno di progettazione e aspettativa di vita.
Vediamo brevemente come l’Eurocodice e la normativa statunitense trattano i carichi meteorologici e quale potrebbe rispondere più facilmente ai loro cambiamenti.
Differenze principali tra Eurocodice e IBC/ASCE 7
L’Eurocodice è progettato con un approccio più normativo e prescrittivo, fornendo regole generali e parametri chiari per la progettazione, ma con ampi margini di flessibilità per l’applicazione pratica. I progettisti hanno un certo grado di libertà nel scegliere metodi di calcolo, ma devono rispettare i limiti e le condizioni stabiliti.
L’IBC tende ad essere più analitico e dettagliato in termini di calcoli specifici, con numerosi esempi di applicazione e formule matematiche precise. Sebbene ci sia una parte di giudizio progettuale, le soluzioni sono meno flessibili rispetto all’Eurocodice. I calcoli sono molto più dettagliati in alcuni casi, come nel caso dei carichi sismici e delle strutture resistenti ai venti.
Carichi da Vento
- L’Eurocodice fornisce linee guida generali per il calcolo dei carichi di vento (EN 1991-1-4) basate su un modello probabilistico e statistico dei venti. Il codice si concentra sulla definizione di valori statistici di base che vengono poi adattati alla specifica località.
- IBC/ASCE 7 si basa su una metodologia più specifica e diretta per calcolare i carichi di vento, considerando vari fattori come la topografia e l’effetto delle edificazioni circostanti in modo molto dettagliato.
Sisma
- L’Eurocodice per il calcolo dei carichi sismici (EN 1998) enfatizza un approccio che combina analisi dinamica e capacità di dissipazione energetica, utilizzando un mix di metodi analitici e prescrittivi.
- IBC/ASCE 7 ha un approccio più diretto e analitico nel calcolo dei carichi sismici, con un forte focus sulla risposta dinamica delle strutture. Le analisi di risposta sismica sono strettamente definite, e la metodologia di calcolo è dettagliata.
L’Eurocodice in generale è visto come più flessibile e adattabile ai contesti locali. Ad esempio, la metodologia di progettazione permette l’uso di metodi semplificati o avanzati a seconda della complessità del progetto. La normativa statunitense tende a essere più rigido in termini di applicazione pratica. Sebbene consenta margini di interpretazione, fornisce metodi molto specifici e dettagliati per calcolare le sollecitazioni, in particolare in contesti ad alto rischio sismico o in presenza di carichi estremi.
Confronti finali in merito al cambiamento climatico
In conclusione, si può quindi pensare che la normativa statunitense sia effettivamente più efficace a contrastare l’aumento dei carichi dovuti ai fenomeni metereologici. In aggiunta, bisogna anche pensare che l’Eurocodice è una normativa europea e quindi ogni suo aggiornamento deve essere comunque validato da una commissione composta da ogni Stato membro, seguendo iter piuttosto lenti e complessi, mentre l’ASCE 7 viene aggiornato ogni tre anni.
| Eurocodice | IBC/ASCE 7 | |
| Filosofia generale | Approccio pragmatico e flessibile, con regole prescrittive adattabili ai contesti locali. | Approccio analitico e dettagliato, con metodi precisi per scenari specifici. |
| Flessibilità | Maggiore libertà per il progettista nell’applicare metodi semplificati o avanzati. | Maggiormente standardizzato, con meno flessibilità per personalizzare i calcoli. |
| Carichi di vento | Basato su mappe di vento storiche e regionali; utilizza formule meno dettagliate. | Include analisi specifiche per topografia, rugosità e caratteristiche delle strutture. |
| Carichi sismici | Si concentra sulla dissipazione energetica e sugli spettri di risposta dinamica. | Modelli dettagliati per la risposta dinamica e integrazione con scenari di rischio elevato. |
| Aggiornamento normativo | Aggiornamenti più lenti, spesso basati su consenso tra diversi paesi membri. | Aggiornamenti più frequenti, con revisione regolare ogni 3 anni. |
| Resistenza al vento estremo | Affronta scenari tipici con margini di sicurezza conservativi, ma meno dettagliato per eventi estremi. | Progettato per resistere a uragani, tornado e altri eventi meteorologici estremi. |
| Approccio regionale | Necessita di adattamenti nazionali per essere applicato nei diversi contesti. | Applicabile uniformemente negli Stati Uniti, con modelli integrati per tutte le regioni. |
| Applicazione al cambiamento climatico | Più conservativo e generale, meno reattivo ai cambiamenti climatici in corso. | Più reattivo, grazie all’aggiornamento continuo dei dati e dei modelli. |
Strutture interessate dal cambiamento climatico
Le strutture più coinvolte dai fenomeni atmosferici estremi dovuti al cambiamento climatico sono quelle esposte a venti forti, inondazioni, mareggiate, temperature estreme e carichi di neve intensi.
Ovviamente, l’aumento dell’intensità del vento avrà un impatto superiore per strutture più alte e grattacieli, o ponti e strutture sospese. I fenomeni meteorologici più violenti si verificheranno poi più probabilmente nelle zone costiere e quindi saranno soggetti a carichi più elevati anche porti, dighe e piattaforme costiere. Non solo le strutture più grandi e sofisticate, ma anche quelle più leggere e temporanee, come tendoni e tensostrutture, saranno paradossalmente più a rischio di cedimento. Sebbene progettate per un utilizzo limitato nel tempo, è sempre più probabile che durante questo periodo siano esposte a fenomeni atmosferici estremi. Inoltre, per queste tipologie di strutture, le normative prevedono fattori di sicurezza inferiori rispetto a quelle permanenti, il che potrebbe non essere sufficiente a compensare l’aumento dei carichi dovuto all’intensificazione degli eventi climatici.
Al contempo, sarà necessario ideare e progettare nuove strutture per cercare di mitigare i fenomeni metrologici estremi. Sempre più città costiere stanno implementando la costruzione di dighe e muri protettivi, tipo il Mose di Venezia, le barriere protettive di Rotterdam o il ben più piccolo, ma particolare muro sul lungolago di Como. Allo stesso tempo, ci saranno sempre più richieste di infrastrutture in grado di mitigare l’effetto delle inondazioni o esondazioni, come vasche di laminazione e contenimento e scolmatori, come quelli in costruzioni a Genova dopo le recenti alluvioni.
Per quanto riguarda il vento, sicuramente si avrà una presenza maggiore di smorzatori a pendolo per ridurre le oscillazioni degli edifici e smorzatori viscosi per minimizzare il movimento delle strutture più critiche. Inoltre, probabilmente, la normativa in futuro potrà richiedere la presenza di frangiventi per determinati edifici.
Conclusione
Come abbiamo visto, in un contesto di cambiamenti climatici sempre più evidenti, l’ingegneria strutturale deve evolversi per affrontare sfide senza precedenti. Gli eventi atmosferici estremi, intensificati e resi più frequenti dal riscaldamento globale, richiedono un ripensamento delle normative di progettazione, oggi ancora ancorate a dati storici. Inoltre, gli ingegneri dovranno inventare nuovi metodi e strumenti innovativi per rendere più sicuri gli edifici e le infrastrutture. Integrare nella progettazione il fatto che i carichi potranno variare in maniera significativa durante la vita della struttura diventa essenziale per garantire la sicurezza, la resilienza e la sostenibilità delle infrastrutture. Solo attraverso un approccio lungimirante e basato su modelli climatici avanzati sarà possibile progettare opere capaci di resistere a un mondo in continuo mutamento, proteggendo non solo le strutture, ma anche le comunità che da esse dipendono.
Note
[1] L’IBC (International Building Code) è un codice di costruzione generale sviluppato dall’International Code Council. È il principale riferimento normativo per la progettazione, la costruzione e la manutenzione degli edifici negli Stati Uniti e in molti altri paesi. L’ASCE 7 (chiamato Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures) È uno standard sviluppato dall’American Society of Civil Engineers (ASCE) che specifica i carichi minimi da considerare nella progettazione strutturale.
L’IBC e l’ASCE 7 sono due documenti normativi complementari utilizzati nel settore dell’ingegneria civile e strutturale, principalmente negli Stati Uniti. Entrambi sono fondamentali per garantire la sicurezza e la conformità delle costruzioni, ma hanno ruoli e ambiti di applicazione diversi. L’IBC stabilisce le norme generali (es.: “La struttura deve resistere ai carichi di progetto”) e l’ASCE 7 fornisce i dettagli tecnici e matematici per calcolare questi carichi. L’IBC è una guida completa per la costruzione e la progettazione degli edifici, che utilizza vari standard (tra cui ASCE 7) per specifiche tecniche dove sono descritti i valori dei carichi di progetto.
