La valutazione della sicurezza sismica all'interno degli aggregati edilizi

La valutazione della sicurezza sismica all’interno degli aggregati edilizi

sicurezza sismica aggregati edilizi

I danni provocati dagli ultimi terremoti hanno interessato molti centri storici, nei quali la valutazione della sicurezza e la progettazione degli interventi di miglioramento sismico devono essere applicati ad interi aggregati edilizi.

I borghi si sono sviluppati nel tempo con processi di edificazione spontanea, prevalentemente in muratura, e per successive stratificazioni, a volte articolate e non congruenti. Per aggregato strutturale si intende un insieme non omogeneo di edifici (unità edilizio-strutturali), interconnessi tra loro con un collegamento più o meno strutturalmente efficace determinato dalla loro storia evolutiva.

Tali unità edilizie possono interagire fra di loro scambiandosi mutue sollecitazioni in caso di terremoto. All’interno di ciascun aggregato edilizio è pertanto importante distinguere le singole unità strutturali, in particolare quando il tecnico è chiamato ad affrontare l’analisi della sicurezza sismica di una sola di esse. In questo caso non sarà realistico modellare l’unità edilizia come isolata, al contrario dovrà essere valutata anche l’interazione delle unità strutturali adiacenti ad essa.

Il problema non è di univoca risoluzione, diversificata in relazione alla complessità e articolazione dello sviluppo planimetrico e altimetrico degli edifici all’interno degli aggregati. La Rete dei Laboratori Universitari di Ingegneria Sismica (ReLUIS) ha emanato nel 2010 delle specifiche “Linee guida per il rilievo, l’analisi ed il progetto di interventi di riparazione e rafforzamento/miglioramento di edifici in aggregato”. In esse è possibile trovare utili indicazioni per una corretta procedura di studio e analisi. A esse si affianca anche uno specifico paragrafo della Circolare esplicativa alle NTC18 n.7 del 21/01/2019.

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Sicurezza sismica aggregati edilizi: le vulnerabilità

L’edificazione della città storica è un processo di progressivo riempimento degli spazi di risulta, in adiacenza e continuità con il costruito esistente, che ha portato alla formazione dal punto di vista urbanistico dei cosiddetti isolati. Ogni aggregato edilizio è caratterizzato dalla disomogeneità delle strutture murarie, quale risultato di diversi processi di “assemblaggio”.

Più recentemente le singole ristrutturazioni hanno introdotto elementi in cemento armato con cui realizzare interventi, spesso incongrui, di sopraelevazione o ampliamento non sempre efficacemente collegati alla parte originaria. A questi occorre considerare i relativi interventi di rinforzo con intonaci armati o irrigidimento dei solai, che hanno influito sul comportamento strutturale dell’edificio nel suo complesso o su porzioni di esso.

Questa serie di riplasmazioni e modifiche strutturali ha aumentato la difficoltà di identificazione delle singole unità strutturali omogenee, e degli elementi che determinano interazioni tra di esse. La lettura dello schema strutturale complessivo e delle singole unità «[] coincide con l’analisi dell’evoluzione costruttiva dell’aggregato, e trova un valido riscontro nell’analisi del danno occorso a seguito di un evento sismico. Infatti, l’interazione tra strutture eterogenee poste in adiacenza determina specifiche tipologie di danneggiamento, che si sommano o sovrappongono a quelle che più tipicamente contraddistinguono strutture omogenee non in aggregato.» (Linee guida RELUIS 2010).

L’Unità Strutturale Omogenea (di seguito per brevità denominata Unità Strutturale e abbreviata “US”) deve avere continuità da cielo a terra, così da contenere al suo interno il flusso delle tensioni dovute ai carichi verticali. Essa sarà delimitata da spazi aperti, o da giunti strutturali, o da edifici contigui costruiti con tipologie costruttive e strutturali diverse.

Ai fini della valutazione degli interventi complessivi, le linee guida individuano anche una unità minima di intervento (UMI) «[] come una porzione di aggregato, costituita da una o più’ Unità Strutturali Omogenee (edifici), che sarà oggetto di intervento unitario, nel rispetto di una corretta modellazione degli aspetti di interazione strutturale tra la parte stralciata e quella posta in adiacenza, esterna alla UMI. La scelta ottimale delle UMI sarà tale da minimizzare le reciproche interazioni sotto l’effetto dell’azione sismica».

Sempre nelle finalità di favorire una metodologia di analisi appropriata alla complessità dell’aggregato edilizio, viene altresì definita «[] la Unità Minima di Analisi quella porzione di aggregato, generalmente più ampia della UMI in oggetto (comprendente solitamente alcune Unità Strutturali adiacenti alla UMI), da includere nella fase conoscitiva in modo da poter valutare eventuali effetti di interazione, come ad esempio la spinta di sistemi voltati, la presenza di carichi (verticali o orizzontali) provenienti da solai o da pareti di Unità strutturali adiacenti alla UMI.» (Linee guida RELUIS 2010).

La logica del procedimento potrà essere esportata e riproposta anche a scala ridotta, qualora il progettista sia chiamato ad intervenire su una sola US, la cui modellazione dovrà necessariamente prendere in considerazione anche porzioni strutturali delle US adiacenti, ed in particolare comprendere le interazioni e le forze sismiche da esse provenienti.

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Figura 1_Sviluppo edilizio di un aggregato tipico dei borghi storici italiani (Città della Pieve – PG). È possibile rilevare la particolare attenzione agli incatenamenti dell’edificio d’estremità dell’aggregato per prevenire i ribaltamenti fuori dal piano in caso di terremoto durante il quale l’edificio non usufruirebbe del mutuo contrasto con altri edifici adiacenti_© A. Grazzini

Ai fini delle analisi sicurezza sismica aggregati edilizi risulta importante comprendere le distinte fasi del processo costruttivo dell’aggregato, avvalendosi anche delle tecniche diagnostiche, per individuare gli elementi originari e gli elementi realizzati a seguito del progressivo intasamento degli spazi urbani e, di conseguenza, le zone di possibile discontinuità strutturale e disomogeneità del materiale. Le edificazioni progressive sono strettamente connesse alla presenza o assenza di ammorsature tra le pareti di facciata delle cellule originarie. Nel caso, ad esempio, di cellule di saturazione del tessuto urbano (caso C, Figura 2a), realizzate tra altri edifici esistenti sfruttandone le pareti laterali ed edificando i soli muri di facciata e retro, la vulnerabilità di tali pareti esterne risulta generalmente molto elevata in assenza di ammorsature con le strutture adiacenti preesistenti.

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Fig.2a_Schema esemplificativo di evoluzione costruttiva nel tempo per l’edificazione dell’aggregato: A rappresenta le cellule preesistente, B la cellula di accrescimento e C la cellula di intasamento.

 

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Fig.2b_esempio di danneggiamento sismico conseguente alle pareti di una cellula di accrescimento di tipo C (Amatrice – RI)_© A. Grazzini

Lo studio strutturale dell’aggregato edilizio, o di una sua singola US, avverrà con le medesime procedure proprie dell’ingegneria:

  • esecuzione di indagini diagnostiche a conferma delle ipotesi iniziali del progettista riguardo l’efficacia degli ammorsamenti,
  • i quadri fessurativi rilevati,
  • la qualità della tessitura muraria,
  • il comportamento scatolare,
  • le vulnerabilità delle pareti fuori dal piano,
  • le modalità di trasmissione delle azioni sismiche longitudinali alle pareti costituenti le facciate dell’aggregato.

Per garantire la sicurezza sismica aggregati edilizi è molto importante studiare il ruolo dei presidi antisismici preesistenti, frutto di precedenti interventi di miglioramento sismico, che collaborano al comportamento dinamico dell’aggregato.

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Figura 3a_Ribaltamenti sismici fuori dal piano innescati da scarsa connessione con le pareti adiacenti o per assenza di elementi di contrasto efficaci (Visso – MC)_© A. Grazzini

 

Figura 3b_esempi di preesistenti presidi antisismici costituiti da archetti di scarico connessi tra gli aggregati per migliorare la loro mutua collaborazione in caso di terremoto limitando i danni negli edifici d’estremità (Città della Pieve – PG)_© A. Grazzini

Consulta l’intera sezione dedicata alle strutture e antisismica

Sicurezza sismica aggregati edilizi: analisi strutturali

Si parla di sicurezza sismica aggregati edilizi al par. C8.7.1.3.2 della Circolare n.7 del 21/01/2019, dedicato a suggerire le modalità di analisi strutturale degli edifici in aggregato, approfondendo quanto anticipato al par. 8.7.1 delle NTC18.

Sovente il progettista si trova incaricato da un solo proprietario a valutare la sicurezza e i relativi interventi di consolidamento da essa conseguenti per una singola US. In questo caso risulta impossibile estendere la valutazione all’intero aggregato edilizio per ragioni economiche (chi pagherebbe un’estensione dell’incarico così rilevante?) e per ragioni di proprietà diverse per le quali spesso risulta difficoltoso reperire i relativi rilievi e documentazione progettuale.

Nell’analisi della singola US risulta necessario espandere la modellazione anche a parti di struttura non riguardanti la proprietà oggetto di valutazione. Sebbene con informazioni limitate riguardo gli immobili contigui, risulta necessario riuscire a valutare come la continuità strutturale con altre parti influenzi la risposta della parte oggetto di verifica. Questo si traduce nel valutare le azioni (orizzontali e verticali) provenienti da solai o pareti delle US adiacenti, comprese le spinte di archi e volte, le spinte degli archi di contrasto o provenienti da tiranti ancorati su parti contigue dell’aggregato edilizio. In particolare la modellazione della singola US deve contemplare gli effetti di martellamento provenienti dai solai confinanti, soprattutto causati da orizzontamenti sfalsati di quota sulle pareti in comune con le US adiacenti. Oltre a ciò, valutare gli effetti locali causati da disallineamenti dei prospetti, differenze di altezza o di rigidezza tra US adiacenti; azioni di ribaltamento e di traslazione nelle US di testata.

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Figura 4a_Schema di trasferimento delle azioni sismiche longitudinali alle pareti di facciata dell’aggregato edilizio.

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Figura 4b_schema di trasferimento delle azioni sismiche sull’edificio d’estremità con le ipotesi di danneggiamento.

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Figura 4c_ esempio sismico di danno su edificio d’estremità (L’Aquila)_© A. Grazzini

L’analisi globale di una singola unità strutturale assume spesso un significato convenzionale e perciò può utilizzare metodologie semplificate. Ogni caso va comunque adattato alla particolarità dell’aggregato edilizio. In caso, molto comune, di solai con rigidezza trascurabile (per esempio lignei senza alcun rinforzo), le norme tecniche consigliano di procedere all’analisi delle singole pareti dell’US, ciascuna considerata come struttura indipendente, soggetta ai carichi verticali di competenza ed all’azione del sisma nella direzione parallela alla parete. Nel caso della verifica di pareti di facciata continue con quelle delle US adiacenti, è necessario valutare se incrementare l’azione sismica rispetto a quella derivante dalle sole masse a causa del mutuo trasferimento delle sollecitazioni dinamiche nel piano.

Nel caso di solai infinitamente rigidi o di rigidezza significativa, la verifica agli stati limite ultimi e/o di esercizio di una US in aggregato può essere svolta, anche per edifici con più di due piani, mediante l’analisi statica non lineare. In questo caso si verifica separatamente ciascun interpiano dell’edificio, trascurando la variazione della forza assiale nei maschi murari dovuta all’effetto dell’azione sismica.

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Figura 5_ Aggregato edilizio all’interno del centro storico di Mirandola (MO): sono rilevabili le distinte US con differenze di sviluppo altimetrico e sfasamento dei solai, la cui azione di martellamento deve essere attentamente valutata nella modellazione complessiva o della singola US_© A. Grazzini

Con l’esclusione di unità strutturali d’angolo o di testata, così come di parti di edificio non vincolate o non aderenti su più lati alle US contigue (per esempio piani superiori di un edificio di maggiore altezza rispetto alle US adiacenti), l’analisi può anche essere svolta trascurando gli effetti torsionali, ipotizzando che i solai, infinitamente rigidi, possano unicamente traslare nella direzione considerata dell’azione sismica. Nel caso invece di US d’angolo o di testata è comunque ammesso il ricorso ad analisi semplificate, purchè si tenga conto di possibili effetti torsionali e dell’azione aggiuntiva trasferita dalle US adiacenti applicando opportuni coefficienti maggiorativi delle azioni orizzontali.

La semplificazione di considerare l’US come libera dai vincoli delle unità adiacenti, al di là di comportare dei valori di sollecitazione sismica errati, risulta comunque una interpretazione non realistica poiché l’edificio a fianco può avere una frequenza diversa rispetto alla porzione di edificio da valutare, oppure fra i due si instaura un’interazione o uno sfasamento fra andata e ritorno del moto ondulatorio, che necessariamente devono essere valutati.

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