Antisismica. Adeguamento sismico di edifici esistenti: metodi classici e innovativi

Riprendiamo il tema trattato di recente dall’ingegner Cicchiello (leggi anche Antisismica. Adeguamento sismico di edifici esistenti: introduzione), esaminando i metodi tradizionali per l’adeguamento antisismico delle strutture e gettando un occhio sulle tecniche maggiormente innovative che si stanno facendo strada nel campo dell’antisismica.

Metodi classici di adeguamento antisismico
Le tradizionali tecniche di adeguamento antisismico si riducono a due categorie, una basata sui principi classici della progettazione, con incremento della resistenza e della rigidezza, e l’altra basata sulla riduzione della massa.
La prima tende a un aumento della capacità di risposta sismica e la seconda tende a ridurre la domanda sismica. Però, essendo la progettazione antisismica diversa da quella ordinaria, entrambe le filosofie possono, se mal gestite, addirittura risultare inefficienti ed, estremizzando, persino peggiorare la situazione di partenza. Se infatti si sceglie di incrementare la resistenza, quindi la rigidezza, assunto quale periodo fondamentale della struttura prima dell’adeguamento Tpre, con domanda di pseudo-accelerazione pari a Spre, il periodo fondamentale viene ridotto da Tpre a Tpost, con una domanda in termini di pseudo-accelerazione di Spost, maggiore rispetto a Spre.

Scegliendo di procedere così, l’aumento di capacità resistente fa crescere la domanda che, per essere assorbita, costringe a un apprezzabile dispendio di risorse. Meno semplice appare ridurre la massa di un fabbricato esistente, ma anche se ciò fosse conseguito non è detto che si risolva in miglioramento sismico per ciò stesso, in quanto si potrebbe avere comunque un incremento di rigidezza, vanificando in parte o del tutto il beneficio in termini di riduzione della domanda connesso all’alleggerimento della costruzione. In sintesi, entrambi i metodi tradizionali di adeguamento antisismico, quand’anche efficaci, portano comunque a un dispendio tecnico-economico non indifferente.

Tecniche innovative di adeguamento antisismico
Le tecniche innovative per l’adeguamento antisismico di edifici esistenti si possono suddividere in base o al metodo adottato o sulla scorta dei materiali utilizzati. Abbiamo così la riduzione della rigidezza, l’aumento della duttilità, l’uso di materiali compositi, il controllo attivo.

Come è noto, fissata la massa, con la riduzione della rigidezza diminuisce l’azione sismica e quindi della domanda sismica. La riduzione della rigidezza può essere governata facendo riferimento all’analogia delle molle in serie per cui, due molle in serie sono equivalenti a una molla avente una rigidezza minore della minore delle due. Per quanto qui ci interessa, l’adeguamento antisismico con isolamento alla base è compreso nell’ambito della classe di adeguamento mediante riduzione della rigidezza.

L’incremento di duttilità si può conseguire localmente con il confinamento degli elementi compressi a mezzo di cerchiature, oggi di semplice esecuzione mediante nuovi materiali come gli FRP (polimeri fibrorinforzati).
I compositi consentono applicazioni interessanti per l’adeguamento antisismico di costruzioni esistenti, soprattutto quelle in muratura. L’apertura delle fessure, con conseguente repentino abbattimento della rigidezza e della resistenza, costituisce la limitazione maggiore all’impiego della muratura in zona sismica. L’applicazione di lamine di composito ai pannelli di muratura conferisce una forte resistenza a trazione alla muratura, ne limita in modo apprezzabile l’ampiezza delle fessure, e favorisce il richiudersi di quelle formate. Il fenomeno del degrado della rigidezza e della resistenza viene fortemente ridotto se non del tutto eliminato.

Il controllo attivo si effettua a mezzo di dispositivi servo-comandati, che inducono sulla struttura azioni di segno opposto a quelle effetto dell’azione sismica, a mezzo di sensori per la lettura del moto di suolo e struttura, hardware e software per la stima delle forze da applicare e i relativi attuatori, assicurando che l’energia sia sempre disponibile.

L’approccio più promettente emerso nell’ingegneria sismica riguarda la progettazione antisismica con il ricorso a strutture controllate dal danneggiamento: un organismo strutturale viene costruito con due strutture, quella principale e quella dissipativa, poste “in parallelo” per la reazione al sisma. La principale manterrà un comportamento elastico anche sotto il terremoto ultimo di progetto, mentre quella ausiliaria, il c.d. sistema dissipativo, è destinato a fronteggiare le maggiori azioni sismiche. L’aspetto rilevante, ai nostri fini, è che questo concetto, applicabile ovviamente alle nuove costruzioni, si presti bene all’adeguamento di quelle esistenti.

La struttura ausiliaria porta ad un incremento di rigidezza ed una maggiore capacità di dissipazione di energia, subisce da sola il danneggiamento che, dopo il terremoto, può essere eliminato con la sua sostituzione e/o ripristino. Ciò che è importante è che tale criterio di progettazione antisismica lasci la costruzione agibile anche sotto il più severo terremoto di progetto.

Nel sistema tradizionale le deformazioni elastiche di travi e colonne e le deformazioni plastiche si sommano, cosicché la deformazione totale risulta pari alla loro somma. Nel sistema controllato dal danneggiamento, invece, la struttura primaria ed il sistema dissipativo hanno un principio di funzionamento in parallelo, ossia la deformazione totale è la stessa per entrambi, in modo che quella principale possa deformarsi in campo elastico, fino a quando lo spostamento angolare di interpiano raggiunge il valore di 1/100.

Le deformazioni plastiche avvengono in alternativa a quella tradizionale solo nei dispositivi appositamente predisposti, senza interessare la struttura principale. In termini pratici, sottoposta ad un terremoto debole o moderato, il sistema tradizionale si comporta elasticamente, mentre per un terremoto severo esso subisce grandi deformazioni e la struttura nel suo complesso può risultare talmente danneggiata da non essere agibile. Con il sistema controllato dal danneggiamento, anche sotto terremoti deboli e moderati, la struttura principale si comporta elasticamente mentre la struttura ausiliaria partecipa alla resistenza sismica dissipando una quantità di energia proporzionale all’ampiezza delle deformazioni. Sotto un terremoto severo la struttura principale continua a comportarsi elasticamente mentre la struttura ausiliaria dissipa una maggiore quantità di energia rispetto ai casi precedenti. Dopo il terremoto la struttura primaria sarà sempre agibile e al più occorrerà sostituire gli elementi danneggiati della struttura ausiliaria.

Articolo dell’ing. Pierpaolo Cicchiello


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