Perché il terremoto è stato così devastante in Turchia? La spiegazione ingegneristica dei danni

Il violento terremoto di magnitudo 7.9 che lunedì ha colpito la Turchia meridionale e la Siria ha causato il crollo di migliaia di edifici, causando numerosissime vittime e feriti. Al momento le operazioni di recupero dalle macerie continuano ma, purtroppo, il bilancio è sempre più drammatico. In questo articolo vogliamo concentrarci sull'analisi degli effetti strutturali e i conseguenti danni osservati, purtroppo, in termini di vittime e perdite economiche. Da una prima analisi dei dati raccolti, infatti, l'USGS (servizio geologico americano) stima in 10.000 vittime il possibile bilancio finale e circa 10 miliardi di dollari le perdite economiche. Per avere una visione oggettiva delle conseguenze dell'evento, vale la pena fare delle osservazioni di natura tecnica sulle tre principali concause che hanno contributo a realizzare un simile scenario apocalittico.

L'intensità delle scosse e il loro effetto sulle costruzioni

Il ragionamento da fare è semplice: un terremoto genera azioni sulle strutture (principalmente forze orizzontali). Queste azioni possono danneggiare una costruzione in modo più o meno esteso in funzione del rapporto relativo tra l'intensità delle scosse e la capacità che la parte strutturale ha nel contrastarle. Focalizziamoci per ora sull'intensità dei terremoti, osservando alcuni dati elaborati a partire dai segnali sismici registrati durante l'evento. Il tweet seguente ne mostra alcuni.

Dal punto di vista fisico, ci si può soffermare sul primo grafico in alto a sinistra, che mostra tre curve di diverso colore, corrispondenti alle tre differenti componenti sismiche del segnale registrato (EW=Est-Ovest, NS=Nord-Sud, UD=UP-Down). Sull'asse verticale del grafico troviamo uno dei dati fondamentali nella progettazione sismica, chiamato accelerazione spettrale. Rappresenta una misura dell'entità delle forze che sollecitano la struttura durante l'evento sismico. Si nota come i valori più alti registrati siano al di sopra di 2 g, ovvero due volte l'accelerazione di gravità: è come se un edificio dovesse sopportare due volte il suo peso in senso orizzontale. Grossolanamente, si immagini di ruotare di 90 gradi l'edificio e applicarci sopra un altro edificio dello stesso peso.

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Le immagini dai satelliti mostrano i danni provocati dal terremoto in Turchia e Siria

In queste condizioni estreme, il sistema si dovrebbe opporre alle azioni applicate. Questo paragone, molto grossolano, conferma che potrebbe essere comunque atteso osservare importanti danni e collassi strutturali dopo un evento di questa portata, a prescindere da quanto ben progettate siano le strutture. In poche parole, l'effetto che questo terremoto ha avuto sulle costruzioni è tutt'altro che modesto. Volendo confrontare il dato con la sismicità italiana, si potrebbe dire che azioni di questa portata sono attese a L'Aquila (zona di alta sismicità italiana) mediamente ogni 10.000 anni circa.

La capacità strutturale degli edifici prima del terremoto

Un secondo punto è quello relativo alla capacità strutturale del costruito presente nelle zone interessate dall'evento. Dalle immagini e i video che attualmente girano in rete, si evince un numero consistente di edifici multipiano in cemento armato affetti da importanti danni strutturali e, in molti casi, collassati. Sono edifici residenziali apparentemente analoghi (per conformazione e tecnologia costruttiva) a quanto presente in Italia. Appare anche evidente la presenza di svariati collassi principalmente innescati da crisi strutturali che partono dai piani bassi – si tratta di sintomi della mancanza di adeguati criteri di progettazione antisismica.

Le conseguenze delle repliche sugli edifici

Durante un dato evento sismico si ha sempre a che fare con diversi terremoti, di solito concentrati nello spazio e nel tempo. In gergo ingegneristico si dice che essi occorrono in cluster. Per tale ragione, solitamente si distinguono gli sciami sismici (dove non c'è un evento con magnitudo prevalente) e sequenze sismiche (dove sussistono uno o anche diversi terremoti con magnitudo relativamente alta rispetto ai rimanenti). Nel caso di recente cronaca abbiamo quindi a che fare con una sequenza sismica! Si parla anche di mainshock, per indicare la scossa principale, e aftershock per indicare tutte le scosse secondarie che si verificano, anche chiamate repliche. Questo fenomeno può comportare due tipologie di problemi:

1. Un generico aftershock potrebbe avere intensità prossime a quelle dell'evento principale, cioè del mainshock, e per tale ragione essere egualmente distruttivo;
2. Gli edifici, che in linea di principio potrebbero essere già stati danneggiati dal mainshock, potrebbero subire ulteriori danneggiamenti a seguito delle scosse prodotte dalle repliche, incrementando i danni osservati.

Questo fenomeno è molto enfatizzato nel caso della Turchia, in quanto alcune scosse secondarie a quella principale hanno avuto valori di magnitudo così elevate da essere paragonabili a quello delle scosse principali. Si verifica quindi che un edificio può essere stato severamente danneggiato dal mainshock ma, per una serie di ragioni legate alla sua capacità strutturale, ha mantenuto capacità portante nei confronti della gravità, cioè del suo peso. Tuttavia, le repliche successive, che agiscono su una struttura sensibilmente provata dagli eventi immediatamente precedenti, possono compromettere la stabilità del sistema e condurlo al collasso. Ci sono svariati video amatoriali che riportano crolli di questo tipo, cioè di edifici crollati a seguito delle repliche piuttosto che per effetto del vero e proprio terremoto principale. L'entità di queste scosse secondarie che porta eventualmente al collasso è dipendente dallo stato di danneggiamento pregresso della struttura. In linea di principio, potrebbe pertanto bastare anche un soffio di vento per causare il crollo dovuto ad un aftershock.