Valutazione unificata degli spostamenti dei pendii tramite il metodo di Newmark basato sull’energia per moti sismici arbitrari

Spostamenti dei pendii e rischio sismico: un nuovo metodo di calcolo unificato

La valutazione degli spostamenti dei pendii in condizioni sismiche rappresenta un nodo critico per la pianificazione territoriale, in particolare nelle aree montuose e collinari. Un recente contributo scientifico pubblicato su Geotechnics (Vol. 6, n. 37) propone un approccio metodologico basato sull’energia sismica incidente, che consente di superare alcune delle limitazioni operative dei metodi di calcolo tradizionali. Lo studio, firmato da Takaji Kokusho, Tomohiro Ishizawa, Jiro Mori e Michinori Mizuhara, sviluppa il cosiddetto “Energy-Based Newmark Method” e lo applica a pendii infinitamente lunghi sottoposti a dieci diversi terremoti reali, con ampiezze scalate in modo graduale.

Relazione tra energia sismica e spostamento del pendio

Il presupposto alla base della ricerca è la correlazione univoca tra lo spostamento del pendio (δ) e l’energia sismica che contribuisce effettivamente allo scivolamento (Eeq). Questa correlazione risulta indipendente dalle caratteristiche specifiche del moto sismico in ingresso, a patto di utilizzare la grandezza energetica appropriata. Gli autori dimostrano che, all’aumentare dell’energia dell’onda sismica (Ew), il rapporto Eeq/Ew non cresce linearmente, ma presenta un picco seguito da una diminuzione monotona. Il valore di picco e il livello di Ew a cui si verifica dipendono in modo significativo dalla frequenza predominante (fp) del moto sismico. Questo comportamento, confermato anche da analisi con onde armoniche, introduce un elemento di dipendenza dalla forma d’onda che i metodi di Newmark classici non riescono a catturare con la stessa efficienza.

Diagramma di progetto unificato: procedura operativa

Il risultato applicativo più rilevante è la costruzione di un diagramma di progetto unificato. In questo diagramma, il rapporto Eeq/Ew viene correlato a Ew, tenendo conto della frequenza predominante fp e dei parametri geometrici e geotecnici del pendio. La procedura operativa si articola in tre fasi.

1. Determinazione dei parametri sismici di progetto: l’energia dell’onda sismica Ew e la frequenza predominante fp possono essere ricavate direttamente da moti sismici di progetto oppure stimate empiricamente a partire dalla magnitudo del terremoto e dalla distanza dalla sorgente.
2. Lettura del diagramma: noti Ew, fp e i parametri del pendio, si ricava il rapporto Eeq/Ew e quindi il valore di Eeq.
3. Calcolo dello spostamento: lo spostamento δ del pendio si determina direttamente dal diagramma, senza la necessità di eseguire simulazioni numeriche nel dominio del tempo, che invece sono richieste dai metodi di Newmark tradizionali.

Impatto operativo per la zonazione sismica e la pianificazione

Dal punto di vista della pratica professionale, il metodo proposto introduce un duplice vantaggio. Da un lato, semplifica la fase di calcolo, riducendo i tempi di elaborazione e la dipendenza da software complessi di analisi dinamica. Dall’altro, fornisce uno strumento omogeneo per la redazione di carte di zonazione sismica e di hazard mapping in ambito regionale. Per i tecnici degli enti locali e i pianificatori infrastrutturali, l’adozione di un diagramma unificato facilita il confronto tra diverse ipotesi di progetto e la valutazione comparativa del rischio su aree estese. La possibilità di derivare i parametri sismici di ingresso da stime empiriche basate su magnitudo e distanza rende il metodo applicabile anche in contesti in cui non siano disponibili registrazioni accelerometriche specifiche. L’eliminazione delle simulazioni nel dominio del tempo, infine, allinea il calcolo degli spostamenti dei pendii alle metodologie semplificate già utilizzate per altre verifiche sismiche in ambito normativo, favorendo una maggiore diffusione della verifica di stabilità dinamica nelle fasi preliminari di progetto.