Riflessioni sull’adeguamento sismico degli edifici a telaio prefabbricati

Italian Concrete Days.jpgAbstract: 

Con riferimento ai recenti terremoti, che hanno colpito zone altamente industrializzate del territorio italiano con presenza di molti edifici prefabbricati in calcestruzzo armato progettati con o senza considerazione dell’azione sismica, la nota esamina in modo critico i criteri di fatto adottati nel progetto degli interventi di recupero ed adeguamento sismico strutturale.

Vengono analizzati alcuni fondamentali aspetti del comportamento sismico degli edifici, come quello dell’effetto diaframma della copertura che può influire sulla risposta complessiva in bene o in male a seconda delle capacità di resistenza e di deformazione dei singoli elementi.

Vengono poi approfonditi alcuni aspetti chiave, come quello dei nodi travi-pilastri, indicando la necessità di connessioni meccaniche che possano trasmettere le azioni orizzontali anche in assenza delle componenti gravitazionali, e come quello dei sistemi di collegamento dei pannelli di parete alla struttura, che influiscono grandemente sulla risposta sismica interessando tutte le parti della costruzione.

Per gli edifici non progettati per le azioni sismiche vi è poi la possibile inadeguatezza dei pilastri.

Articolo presentato in occasione degli Italian Concrete Days 2018 di aicap e CTE


Rebars corrosion in concrete coated with polymer-cementitious mortars

Corrosione delle armature in calcestruzzo rivestito con malte cementizie polimeriche

1 INTRODUZIONE

Le esperienze dei recenti terremoti, che hanno colpito zone altamente industrializzate del territorio italiano con presenza di molti edifici prefabbricati, hanno fornito una importante verifica sul campo del loro comportamento sismico e dei criteri adottati per il loro progetto.

Vi è già disponibile al riguardo un’ampia bibliografia che descrive nel dettaglio i fat-ti rilevati e ne analizza le cause. In questa sede ci si limita a ricordare sinteticamente gli aspetti più importanti della lezione appresa.

Nel territorio di L’Aquila nel 2009 vi erano diver-se centinaia di costruzioni prefabbricate in gran parte progettate per l’azione sismica (Zona 2 – ag=0,25g) anche se con norme non del tutto aggiornate (Toniolo e Colombo 2012). Come evidenziato nella ben nota immagine emblematica di Fig. 1, attraverso il terremoto le strutture portanti hanno mostrato complessivamente un buon comportamento, i pannelli di tamponamento sono invece crollati in grande numero.

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Di questa evidente carenza di collegamento dei pannelli si è nel seguito interessato il programma di ricerca europeo “Safecladding” che ha prodotto delle specifiche linee guida per la progettazione (EUR 27934 EN, EUR 27935 EN).

In Emilia nel 2012 vi era qualche migliaio di costruzioni prefabbricate per la quasi totalità non progettate per l’azione sismica (Bournas et al. 2013, Magliulo et al. 2014, Belleri et al. 2015a, Savoia et al. 2017).

Come anche per tutti gli altri tipi di costruzioni, i crolli parziali o globali (Fig. 2) sono stati molto numerosi, confermando l’ovvia lezione che senza una progettazione antisismica non vi può essere resistenza ai terremoti.

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Oltre alla carenza di colle-gamento dei pannelli di tamponamento (Fig. 3), il terremoto dell’Emilia ha evidenziato l’inefficacia dei vincoli di appoggio ad attrito (Fig. 4), inefficacia che, in scala molto minore, era stata evidenziata an-che dal terremoto del Friuli del 1976.

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Sempre in Emilia un’altra diffusa causa di crolli o di gravi lesioni locali è stata l’inadeguatezza dei pilastri (Fig. 5), dimensionati come erano spesso per la sola spinta del vento (oltre ai carichi gravitazionali verticali), mentre un sorprendente rilievo sul campo ha riguardato i devastanti effetti dei carriponte sulle strutture portanti (Belleri et al. 2017).

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Tutti gli aspetti citati verranno approfonditi nei seguenti capitoli.

Delle altre meno diffuse cause di rovina, come quelle riferibili alle fondazioni, la pre-sente nota invece non si occupa, come pure non esamina i problemi della stabilità delle grandi scaffalature metalliche cadute in gran numero all’interno dei capannoni.

Com’è noto, a seguito del terremoto dell’Emilia sono stati tempestivamente attivati alcuni strumenti legislativi atti a governare l’emergenza (DL 08.06.2012 n. 74), fornendo i criteri per il rilascio dell’agibilità provvisoria degli edifici, con riserva di successivi maggiori interventi fatti sulla base di or-ganici progetti per il miglioramento o l’adeguamento sismico secondo le Norme Tecniche in vigore.

A supporto dell’operato dei professionisti coinvolti in quanto sopra, sono state pubblicate dal Dipartimento della Protezione Civile delle ponderose Linee di Indirizzo (DPC et al. 2013) che raccolgono i contributi di molteplici competenze. Ulteriori esperienze sono raccolte in Belleri et al. (2015b).

2 CRITERI GENERALI PER GLI INTERVENTI

L’attività di progettazione degli interventi post-terremoto ha mostrato un’ampia disparità di scelte, dovuta forse alla limitata esperienza applicativa ed alla mancanza di una consolidata tradizione disciplinare sul tema. Si è data quindi ampia libertà all’inventiva dei singoli professionisti con risultati che ora vale la pena di valutare criticamente.

Ci si riserisce ovviamente ad edifici senza gravi lesioni o con un panorama di danno giudicato compatibile con un loro sostanziale recupero. Si da ancora per scon-tato che i danni locali vadano comunque riparati nella misura definita a valle dell’esame complessivo della situazione.

Gran parte di quanto presentato nel seguito vale anche per edifici non sottoposti a terremoto, ma progettati originariamente con norme inadeguate rispetto alla sismicità oggi attribuita al sito.

In questa indagine piace partire dal principio base generalmente adottato dai nostri competenti colleghi per il Restauro.

Questo principio recita “Primo non nuocere”. Entrando quindi in un edificio da rinforzare si dovrebbe procedere “in punta di piedi”, salvando quanto più possibile ed intervenendo quanto meno possibile, naturalmente nel rispetto delle fina-lità dell’adeguamento sismico richiesto.

Principio facile da asserire, meno facile da mettere in pratica, ma indispensabile quale forma mentis del progettista per non incorrere a sconvolgimenti con conseguenze a catena difficili da governare.

Un altro principio base dice che, prima di assumere una qualsiasi scelta di intervento, bisogna elaborare una precisa analisi strutturale dell’assetto costruttivo originario atta ad evidenziare le sue possibili carenze. In questa analisi è necessario riprodurre fedelmente nel modello di calcolo il reale

assetto costruttivo, compresi i pannelli di tampona-mento e le loro connessioni.

Non è sempre semplice la definizione di questo modello, come nel caso di vincoli di appoggio ad at-trito che richiederebbero una complessa analisi dinamica non lineare, sotto l’azione combinata delle tre componenti di accelerazione del terreno, capace di rappresentare il loro possibile scorrimento. Ma fin da questa fase preliminare si può assumere che in ogni caso lo scorrimento debba essere impedito con l’inserimento di appositi dispositivi meccanici.

In base all’esito dell’analisi preliminare ed al grado di inadeguatezza strutturale rilevato, il progettista può scegliere di (a) salvare l’assetto originario del sistema resistente e su questo operare gli opportuni interventi correttivi di miglioramento sismico, oppure (b) modificare l’assetto resistente stesso ed ottene-re in questo modo una struttura diversa più resisten-te.

Gli autori hanno avuto riscontro di progettisti che hanno effettuato interventi di rinforzo generalizzato dell’edificio in esame “a prescindere”, progettando cioè gli elementi di rinforzo aggiunti (per es. duplicati metallici dei pilastri) in modo tale che fossero sufficienti da soli a soddisfare le richieste di adeguamento sismico senza valutare il contributo degli originari elementi esistenti. Questo approccio pare estremamente cautelativo e comunque non esime dal valutare gli effetti dell’effettivo conseguente irrigidimento strutturale che può portare ad un generale incremento delle azioni sulle altre parti della struttura ed in particolare sulle connessioni.

In quanto sopra bisogna tenere presente che molti edifici esistenti sono stati progettati, secondo una pratica corrente a quel tempo, sulla base di un modello a telaio dove i pannelli di tamponamento entravano solo come masse senza rigidezza. I pannelli poi erano collegati alla struttura tramite attacchi fissi dimensionati con un calcolo locale sulla base della loro massa per forze d’ancoraggio ortogonali al loro piano.

Questo approccio non funziona, come drammaticamente dimostrato dai terremoti.

Di fatto i pannelli così vincolati diventano parte integrante della strut-tura resistente, che si comporta come un sistema a pereti con una molto maggiore rigidezza ed una minore duttilità. Le forze sismiche evocate diventano molto maggiori di quelle assunte in progetto ed orientate principalmente nel piano dei pannelli, portando così alla rottura delle loro connessioni.

La scelta dunque di salvare l’assetto originario non può prescindere dal correggere questa incon-gruenza progettuale intervenendo sistematicamente sul sistema delle connessioni. Quando le connessioni non sono in grado di resistere alle forze trasmesse loro dal sisma o di assorbire senza danno gli sposta-menti relativi pannello-struttura, è necessario che un nuovo sistema di connessioni o perlomeno un sistema di imbrigliamento anticaduta dei pannelli debba essere posto in opera.

Si specifica che, quando fosse tecnicamente ed economicamente possibile, gli interventi dovrebbero mirare al livello di adeguamento che corrisponde al pieno soddisfacimento dei requisiti stabiliti dalle norme per le nuove costruzioni. Le norme stesse però permettono di limitarsi ad un miglioramento delle capacità sismiche che non raggiunge detto livello. In questo caso un minor periodo di ritorno del terremo-to di progetto può essere scelto con una minore accelerazione di picco al suolo. La massima riduzione concessa dal DL 74/2012 già citato corrisponde ad un fattore 0,6 da applicarsi appunto alla forza sismica di progetto. In ogni caso i requisiti di limitazione del danno possono essere trascurati.

Quanto sopra è molto importante perché dal punto di vista statistico, ai fini della sicurezza, è molto meglio ottimizzare il rapporto costi/benefici, incentivando con i minori oneri le iniziative di intervento su larga parte degli edifici esistenti.

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L'ARTICOLO COMPLETO E' DISPONIBILE IN ALLEGATO


KEYWORDS: Precast structures, seismic retrofitting, structural strengthening / Strutture prefabbricate, adeguamento sismico, rinforzo strutturale.


Nel 2020 si terrà a Napoli la terza edizione degli Italian Concrete Days organizzati da aicap e CTE. Per saperne di più collegarsi a questo LINK