Studio del comportamento sismico di edifici a nucleo in c.a. e valutazione del fattore di struttura: alcuni casi studio su edifici anni ‘60- ‘80

SOMMARIO
Gli edifici a nucleo, tipici del costruito italiano degli anni ’60 -’80, risultano particolarmente vulnerabili nei confronti dell’azione sismica, con conseguente penalizzazione da parte dei codici normativi. Ad essi vengono infatti attribuiti dei fattori di struttura q cautelativamente bassi, in ragione della loro scarsa duttilità ma anche del basso livello di conoscenza che si ha del loro comportamento in campo inelastico.
Il presente lavoro intende fornire un contributo su tale argomento attraverso la valutazione sismica di edifici a nucleo mediante analisi dinamiche non lineari condotte con l’utilizzo di modelli numerici che utilizzano una legge di danno continuo per il calcestruzzo ed una legge elasto-plastica per l’armatura. Si è considerato un campione rappresentativo di edifici con nucleo a ‘C’ in c.a. progettati per i soli carichi gravitazionali. La valutazione del fattore di struttura è stata condotta al variare di due parametri fondamentali: l’eccentricità in pianta e la rigidezza torsionale del nucleo, tenendo in conto gli effetti dovuti all’ingobbamento contrastato.
I risultati ottenuti dimostrano l’estrema sensibilità alla rottura fragile dei telai d’estremità posti sul lato flessibile, progettati per i soli carichi verticali. Anche nell’ipotesi che la rottura fragile dei telai non sia limitante, ovvero che possa essere risolta con interventi di miglioramento locali, i valori del fattore di struttura q che meglio riassumono il comportamento sismico degli edifici a nucleo risultano compresi tra 1.5 e 2.5, e pertanto sono in linea con quanto attualmente indicato dalle norme sismiche nazionali ed europee.

1 INTRODUZIONE
Gli edifici a nucleo riproducono una tipologia tipica nel territorio nazionale e particolarmente impiegata negli anni ’60 e ’80. Essi costituiscono, quindi, una parte consistente del patrimonio immobiliare italiano e pertanto destano un notevole interesse di natura socio-economica. Sono sostanzialmente edifici ad uso abitativo che abbinano una struttura a telaio a un nucleo in c.a., il quale costituisce il vano scale/ascensore. Questo, se posto in posizione eccentrica rispetto al centro di massa dell’edificio, conferisce irregolarità in pianta alla struttura.
I codici antisismici più evoluti, con l’applicazione di fattori di struttura bassi, spingono il progettista a non utilizzare questa tipologia strutturale il cui comportamento in campo plastico è di difficile previsione. Esperienze dirette in campo anelastico relative a queste strutture in c.a. infatti scarseggiano (Coull et al. 1981, Ile et al. 2000, Scott et al. 1982,

2 DEFINIZIONE DEI CASI STUDIO
Gli edifici presi in considerazione riproducono una tipologia ampiamente diffusa negli anni ’60- ’80. L’ingombro in pianta, la maglia del telaio, i materiali impiegati, le caratteristiche geometriche e meccaniche di travi e pilastri, i carichi agenti e la distribuzione delle masse sono comuni per tutti i casi studio analizzati. Una volta effettuata la progettazione simulata dell’edificio di riferimento, con posizione del nucleo centrale, per soli carichi verticali, gli altri casi studio si sono ottenuti variando parametricamente l’eccentricità del nucleo, l’altezza dell’edificio e la geometria del nucleo stesso, senza cambiare le altre caratteristiche dell’edificio.
Kwan 1993, Ile et al. 2005). Esse tuttavia si occupano principalmente della risposta del nucleo rispetto a sollecitazioni di pressoflessione lungo gli assi principali d’inerzia, eliminando o non considerando la componente torsionale con gli effetti derivanti dall’ingobbamento in parte contrastato.
Data l’evidente difficoltà di affrontare lo studio con approccio analitico-teorico, esso è stato condotto per via numerica su alcuni casi studio con caratteristiche geometriche e costruttive tipiche e tipologiche.
Più specificatamente si sono condotte una serie di analisi volte a determinare il fattore di struttura al variare di due parametri fondamentali che definiscono il comportamento torsionale degli edifici in esame: l’eccentricità tra il centro di massa e il centro di rigidezza e la geometria del nucleo (intesa sia come sviluppo in altezza sia come geometria della sezione trasversale) la quale influenza il rapporto tra rigidezze flessionali e torsionali e il comportamento ad ingobbamento contrastato.

(...continua nel pdf)

Articolo tratto dagli atti del XVI CONVEGNO ANIDIS