Terremoti: brevi cenni sulla ricerca e la prevenzione in Giappone

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Da circa un anno l’Abruzzo è tormentato da continui eventi sismici, culminati nella terribile scossa del 6 aprile 2009, che ha causato centinaia di morti e migliaia di feriti e di sfollati, la rovina di interi abitati nonché di uno straordinario patrimonio storico- artistico. ApertaContrada vuole ricordare questi eventi con il resoconto di un professionista italiano sulla ricerca e la prevenzione dei terremoti in Giappone, Paese all’avanguardia nella ricerca scientifica in questo settore e che ha ottenuto importanti progressi nello sviluppo di tecnologie di Prevenzione. Ne è autore il dott. Marco Giovanni Corbella, M.Arch., Design Manager presso la Ishimoto Architectural & Engineering Firm, Inc. a Tokyo dove vive e lavora. E’ stato lettore presso il Dipartimento di Architettura della Tokyo University of the Arts e presso la Facoltà di Architettura del Politecnico di Torino. E’ anche membro della JIA (Japan Institute of Architects) International Commission, e del JOB (Japan Organizing Board) PR Task Unit per il Congresso Internazionale di Architettura UIA 2011 Tokyo. Oltre ad aver contribuito alla progettazione di opere complesse in Giappone ed in Italia, è attivo nell’organizzazione di attività di collaborazione internazionale accademica e professionale nel settore dell’architettura e della progettazione urbana.

Di fronte alle tragiche conseguenze dell’ultimo terremoto avvenuto in Italia, viene quasi naturale guardare a paesi che, come il Giappone, da lungo convivono con gli effetti delle scosse sismiche e quindi agli accorgimenti che questi hanno adottato per prevenirli o limitarli.
Nessun paese è però perfetto e dietro all’efficienza nipponica si celano in realtà numerosi problemi anche se buone speranze vengono dalle innovazioni tecnologiche, dalla ricerca e dalle politiche di governo di questi ultimi anni.

Cenni geologici e storici

Le isole del Giappone sono il risultato di diversi grandi movimenti oceanici occorsi in centinaia di migliaia di anni, in particolare a causa dello slittamento di 5 diversi manti (lo slittamento del Philippine Sea Plate sotto l’Amurian Plate e l’Okinawan Plate e lo slittamento del Pacific Plate sotto l’Okhotsk Plate). Alcuni studi (Barnes, 2003) stimano in 15.000km la superficie di manto oceanico passata sotto l’area del Giappone negli scorsi 450 milioni di anni.
Il Giappone è situato nel “Pacific Ring of Fire”, che identifica quella zona lungo il bacino dell’Oceano Pacifico caratterizzata da attività vulcanica e frequenti terremoti, a volte accompagnati da violenti tsunami.
Il terremoto storico forse più ricordato è quello del 1923, chiamato Great Kanto Earthquake, che ha quasi raso al suolo la città di Tokyo e causato piu’ di 100.000 vittime. Questo terremoto non solo ha provocato ingenti perdite di vite umane e di risorse economiche ma è stato anche la causa principale della mancata implementazione di leggi urbanistiche (le prime del Giappone moderno) appena varate: la City Planning Law e la Building Standard Law.
Con questa legge, per la prima volta, il Giappone si dava una forma rudimentale di zoninig – addirittura precoce rispetto ad altre nazioni inclusa l’Italia – ed una prima lista di prescrizioni e limitazioni ai diritti edificatori dei proprietari terrieri.
Va notato che nel panorama edilizio di Tokyo di quel periodo solo il 30% delle case erano in proprietà e la quasi totalità delle costruzioni era in legno.
Se, da un lato, la tabula rasa che era diventata Tokyo dopo il terremoto avrebbe permesso l’applicazione di un disegno unitario alla città, dall’altro l’obbiettivo pubblico di ricostruzione si era invece limitato alla razionalizzazione del sistema viario delle zone centrali, realizzando vie più larghe come barriera all’espandersi degli incendi e lungo le quali rimodellare la composizione dei lotti edificabili. Le altre norme e limiti all’edificazione erano state infatti “sospese” in vista dell’emergenza della situazione, permettendo così al tessuto urbano di ricostituirsi nel tempo con ancor maggiori densità ed in assenza di standard urbanistici ed edilizi minimi.
Quelle stesse zone residenziali ad alta densità, spesso con strade strettissime e prive di marciapiedi, le ritroviamo ancora oggi in alcuni quartieri centrali di Tokyo che nonostante l’elevato reddito fondiario non solo sono le zone più a rischio ma costituiscono anche uno degli ostacoli maggiori alle operazioni di soccorso nel caso la città venga colpita da un terremoto di entità pari a quello (il Great Hanshin Earthquake) che, nell’area di Kobe, ha fatto nel 1995 più di 6000 vittime.

Edifici pubblici, edifici privati

Dopo la revisione del 1968, il primo importante aggiornamento della Building Standard Law che regola le caratteristiche costruttive degli edifici in Giappone avviene nell’1981 secondo nuovi e più severi standard per la prevenzione antisismica. Da allora, il Ministero dell’Educazione, Cultura, Sport, Scienza e Tecnologia (MEXT) ha promosso l’adeguamento strutturale per tutti gli edifici pubblici o ad uso pubblico costruiti prima del nuovo codice.
Ciò nonostante, quando nel 1995 il Great Hanshin Earthquake colpisce il Giappone, numerosi edifici pubblici che non erano ancora stati adeguati strutturalmente subirono ingenti danni.
Una nuova legge è stata allora emessa dal Ministero delle Costruzioni per imporre ai proprietari di edifici ad uso pubblico l’adozione di misure antisismiche.
La “Special Measures Law on Earthquake Disaster Prevention” è stata inoltre passata per prevenire i danni da sisma attraverso la promozione delle attività di ricerca e per garantire fondi economici alle misure antisismiche intraprese dalle amministrazioni locali. Con questa legge, per esempio, i sussidi nazionali alle opere di adeguamento di edifici scolastici pubblici sono stati aumentati da 1/3 a 1/2.
Tuttavia in un sondaggio del MEXT nel 2002 è risultato che solo il 30% degli edifici costruiti prima del 1981 è stato sottoposto a diagnosi sismica e solo il 45% delle scuole primarie e secondarie ha caratteristiche sufficienti di resistenza sismica.
Il ritardo nell’adeguamento è dovuto al fatto che le amministrazioni locali hanno sul loro territorio diverse scuole pubbliche che, per scarsità di fondi, non possono essere ristrutturate contemporaneamente o in tempi rapidi. A rallentare ulteriormente il processo sembra esservi inoltre una carenza a livello locale di conoscenze tecniche per la valutazione strutturale degli immobili e la formazione di elenchi di priorità.
Per ovviare a questa situazione il MEXT ha formato un consiglio di esperti il cui rapporto finale, emesso nell’Aprile del 2003, elencava 7 raccomandazioni fondamentali:

  1. sviluppare una guideline per la promozione della resistenza al sisma;
  2. aumentare la consapevolezza dei responsabili degli edifici scolastici per intraprendere azioni di adeguamento antisismico;
  3. incrementare supporti finanziari a livello nazionale e locale
  4. fornire adeguate informazioni riguardanti i metodi per l’incremento della resistenza al sisma nelle strutture scolastiche;
  5. promuovere lo sviluppo di metodi di adeguamento strutturale particolarmente adatti ad edifici scolastici;
  6. promuovere maggiormente la ricerca accademica sui meccanismi sismici
  7. intraprendere immediate misure di ristrutturazione di emergenza dopo i terremoti.

Le raccomandazioni della Commissione sono state raccolte in “linee guida” stilate nello stesso anno dal MEXT che ha anche preparato un bilancio di circa 100miliardi di yen ogni anno per il miglioramento degli edifici scolastici.
Poichè la demolizione e la ricostruzione di questi edifici comporta tempi lunghi ed alti costi, vi è stato uno spostamento di priorità della policy di base dalla ricostruzione all’adeguamento (“retrofitting”) in maniera tale da sveltire il più possibile il processo di messa in sicurezza degli edifici entro un budget limitato.
L’efficacia di questi provvedimenti è risultata da un sondaggio del 2008 che dimostra come il 96% degli edifici scolastici costruiti prima del 1981 siano stati sottoposti a diagnosi strutturale e come il 62% di tutte le scuole primarie e secondarie inferiori (elementari e medie) sia ora resistente al sisma.
L’obbiettivo del MEXT è quello di rendere resistenti al sisma gli edifici pubblici che ancora non lo sono nell’arco di 5 anni (a partire dal 2008) e a tal fine revisioni legislative sono state effettuate per portare l’entità dei contributi statali al “retrofitting” antisimico degli edifici scolastici ad alto rischio (di collasso nel caso di sisma) dal 50% a quasi 67% del costo totale. La priorità dell’argomento è inoltre dimostrata dal fatto che nel 2008 il Primo Ministro ha inserito l’adeguamento antisismico all’interno della policy “ Comprehensive Measure for Pursuing Life Security”.
Mentre per gli edifici pubblici, come quelli scolastici, vi è una chiara politica di azione, nel campo delle costruzioni private la resistenza strutturale delle nuove costruzioni è legata al rispetto delle normative che ne regolano gli standard minimi a seconda del tipo di costruzione e del materiale utilizzato per le strutture.
Detto in breve, questo vuol dire che mentre i grandi complessi residenziali o terziari, come quelli a Roppongi o a Tokyo Midtown, sono il risultato di ingenti investimenti immobiliari e quindi sono dotati delle migliori tecnologie per lo smorzamento anche attivo delle oscillazioni (isolamento delle fondazioni, controventature attive, masse di bilanciamento sui tetti), la maggior parte degli edifici privati in cemento armato o acciaio si basano sulla resistenza passiva delle loro strutture.
A questo si aggiunge l’enorme numero di edifici residenziali unifamigliari che popolano, moltiplicandosi a macchia d’olio, soprattutto le zone suburbane delle città giapponesi e per i quali il legno rimane il materiale da costruzione privilegiato. Per queste costruzioni l’antisismicità è limitata (a livello normativo) ad un certo ammontare di superfici di controvento rispetto alla superficie in pianta e in prospetto dell’edificio.

La ricerca

Un’altra positiva azione intrapresa successivamente al terremoto di Kobe del 1995 è stata la istituzione dell’HERP (Headquarters for Earthquake Research Promotion).
L’HERP è costituito da una Policy Committee (composta da 4 sottocommissioni e 2 Workgroups) e da una Earthquake Research Committee (composta da 2 sottocommissioni e 5 Workgroups).
La prima commissione si occupa di pianificare le politiche di base, pianificare sondaggi e osservazioni, coordinare i bilanci, provvedere ad annunci pubblici / informazioni; la seconda commissione si occupa di valutazioni a lungo termine e di valutazioni di forti movimenti del terreno.
Le politiche di base e la pianificazione dei sondaggi vengono passate alle diverse agenzie governative che si occupano di ricerca sul sisma, ai ministeri competenti, agli Istituti Nazionali di Ricerca ed alle Università. Queste implementano le diverse ricerche riportandone i risultati ed i dati alla Research Committee la quale discute con la Policy Committee eventuali modifiche alle politiche e strategie di base.
Gli output di questo sistema sono diversi.
L’osservazione di terremoti, la ricerca sulle faglie attive e i sondaggi sulle strutture sotterranee producono una valutazione di lungo periodo sulla ricorrenza dei sismi e un feedback per migliorare i metodi di previsione di forti movimenti del terreno.
Ciò si traduce nella redazione di mappe nazionali generalizzate di pericolo sismico che riportano per le diverse regioni del Giappone la percentuale probabilistica dell’occorrenza di un sisma di un certo livello (al di sotto del 6 grado) nell’arco di 30 anni. Altre mappe sono redatte per specifiche faglie, fonti di sisma.
Queste mappe nazionali sono utilizzate per incrementare la consapevolezza del pubblico generale al pericolo del sisma, per potere prevedere efficientemente opportune misure di prevenzione, per valutare il rischio di localizzare di alcune importanti strutture in certe aree e per aggiornare le assicurazioni sul sisma.
Questo tipo di mappe stimola inoltre la ricerca su aree sismiche di particolare influenza con l’obbiettivo di arrivare a consistenti informazioni sull’attività della crosta e quindi pervenire a previsioni di alta qualità riguardo all’entità dei pericoli sismici.
La promozione della ricerca sul sisma (il primo piano di osservazioni per le previsioni sismiche è stato del 1999-2003 ed il secondo del 2004-2008) ha l’obbiettivo di promuovere la trasmissione in tempo reale delle informazioni sui sismi, migliorare le osservazioni e le ricerche nell’area Tokai, e di promuovere la previsione dei sismi.
Un altro progetto, illustrato dal rapporto 2006 del MEXT, riguarda un progetto speciale per la prevenzione e mitigazione dei disastri da sisma nelle aree metropolitane poichè la probabilità nei prossimi 30 anni di un sisma di livello M7 sotto l’area metropolitana di Tokyo è stimata attorno al 70% (e la cifra è stata recentemente aggiornata e incrementata) con una stima dei danni di circa 112 trillioni di yen in perdita economica e 11.000 vittime.
Il Progetto Speciale prevede sondaggi ed osservazioni attraverso sismometri di media sensitività in circa 800 postazioni, esperimenti distruttivi tridimensionali a scala reale per particolari edifici, e lo sviluppo di un sistema in tempo reale per il controllo dei danni da sisma (sismografi di forti movimenti tellurici in tempo reale, sistemi di scambio di informazioni).
Gli esperimenti distruttivi sono da effettuarsi nella struttura “E-Defense” attiva nella prefettura di Hyogo dal 2005, dotata di un piano mobile di 20m x 15m in grado di riprodurre il sisma del terremoto Hanshin-Awaji del 1995. Dal 2002 al 2006, attraverso uno “Special Project for Earthquake Disaster Mitigation in Urban Areas” sono stati studiati i processi di collasso strutturale, gli effetti del sisma su vecchie strutture, tecnologie per il retrofitting strutturale, ecc… L’E-Defense è stato utilizzato nel periodo 2002-2009 per un periodo di ricerca congiunta con gli Stati Uniti.
La collaborazione a livello internazionale è un aspetto importante delle attività recenti di ricerca e prevenzione dei sismi in Giappone.
Il Disaster Reduction Hyperbase-Asian Application (DRH-Asia) è una struttura pensata per la disseminazione delle tecnologie e delle conoscenze riguardanti la riduzione dei disastri da sisma ed è stata progettata come base informativa – basata sul contesto regionale dell’Asia – per policy-makers, leaders, professionisti e ricercatori che aspirano ad accedere al know-how per la formazione di opportuni piani di disaster management.
Il DHR è stato sviluppato dopo il Hyogo Framework for Action 2005-2015 adottato al World Conference on Disaster Reduction 2005, ed è finanziato dal governo del Giappone all’interno del framework del “MEXT Special Coordination Fund for Promotion of Science and Technology”.
Ad esso partecipano numerose istituzioni, istituti di ricerca e università Giapponesi, insieme con istituzioni internazionali e istituzioni nazionali di paesi dell’Asia quali la Cina, Nepal, Indonesia, Filippine, India, Bangladesh, Iran, Turchia.
Attraverso una serie di attività che includono surveys, workshop internazionali, conferenze e presentazioni di risultati di ricerche rilevanti, questa organizzazione intende promuovere e diffondere, via web ed a livello internazionale, lo stato dell’arte delle tecnologie per la ricerca, il controllo e la prevenzione dei danni da sisma.
L’aspetto interessante è la priorità attribuita alla implementabilità delle tecnologie utilizzate (Implementation Oriented Technology) e non sul livello tecnologico in se stesso.
Se le tecnologie high-tech non hanno una chiara e immediata implementabilità o non sono adatte / economicamente accessibili al contesto in questione, esse possono avere infatti meno valore di una tecnologia low-tech ma economica ed ad alta fattibilità locale come una piantagione di mangrovie nella riduzione degli effetti di uno tsunami.
Viene inoltre data particolare enfasi alla “trasferibilità” di tecnologie tradizionali per la riduzione dei disastri naturali, magari indigene a particolari regioni ma di lunga e provata efficacia e quindi suscettibili di essere trasferite con successo in altre aree.
Anche l’Italia ha esperienza di collaborazioni nel campo della ricerca strutturale con il Giappone. IVALSA (Istituto per la Valorizzazione del Legno e delle Specie Arboree del Consiglio Nazionale delle Ricerche di Trento) e Provincia Autonoma di Trento, insieme con il National Institute for Earth Science and Disaster Prevention (NIED), il Building Research Institute (BRI), la Shizuoka University e il Centre for Better Living in Giappone, hanno infatti eseguito una serie di test sismici presso i laboratori del NIED di Tsukuba nel 2006. Una casa “SOFIE” (Sistema Costruttivo Fiemme, a struttura portante con pannelli lamellari di legno massiccio X-LAM) di tre piani è stata sottoposta ad una serie di 15 terremoti distruttivi, tra cui uno che riproduceva quello di Kobe del 1995, senza subire danni sostanziali.
Lo stesso sistema strutturale è stato nuovamente testato con successo su un edificio in legno di 7 piani (il primo esperimento di questo tipo su un edificio in legno di tali dimensioni) mediante la piattaforma vibrante di Miki vicino a Kobe, uno dei laboratori più importanti al mondo, in occasione della serie di eventi scientifico-culturali “Primavera Italiana in Giappone 2007” organizzati dall’Ambasciata d’Italia in Tokyo.
A parte i risultati, che hanno dimostrato che non è il materiale in se stesso quanto il sistema costruttivo ad essere fondamentale nella realizzazione di edifici resistenti al sisma, è proprio il sistema di collaborazione internazionale nella ricerca e nel trasferimento di tecnologie che più fa sperare per la nostra sicurezza in futuro.
Se la continua ricerca e lo sviluppo tecnologico venisse poi affiancato a sistemi di “early warning” – quali quello reso operativo nel 2007 da parte del JMA (Japan Meteorological Agency) per la notifica di forti scosse telluriche prima del loro arrivo nelle zone notificate – avremmo anche in Italia maggiori speranze di limitare i danni da catastrofi naturali.

Note:
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Fonti bibliografiche: