Con MURATURE di TRAVILOG TITANIUM 4, uno strumento semplice per la verifica e l adeguamento di edifici esistenti in muratura Edifici esistenti in muratura: dall'intervento locale all'adeguamento. Ing. Graziella Campagna Servizio di Assistenza Tecnica Logical Soft Il tema degli interventi su edifici esistenti è tornato al centro del dibattito nazionale non solo per l interesse verso il recupero del patrimonio edilizio italiano ma anche per le politiche di pianificazione urbanistica che puntano ad un consumo sempre più limitato di territorio. Ai fini della sicurezza sismica delle strutture, le Norme Tecniche per le Costruzioni vincolano i professionisti a far ricadere il progetto in una delle seguenti 3 categorie ( 8.4 delle NTC 2008): 1. interventi di adeguamento; 2. interventi di miglioramento; 3. riparazioni o interventi locali che interessino elementi isolati. Per ciascun tipo di intervento viene fissato il livello di sicurezza che deve essere garantito in occasione della realizzazione di opere edilizie. Per gli interventi di adeguamento sismico si richiede di ripristinare la sicurezza in modo tale da garantire la stessa prestazione attesa per edifici nuovi. Per gli interventi di miglioramento si richiede invece di incrementare il livello di sicurezza dell intera costruzione seppur non si sia in grado di raggiungere quello previsto per le nuove costruzioni; non viene tuttavia indicato alcun criterio specifico per stabilire il livello di sicurezza minimo da rispettare. Sia per interventi di adeguamento che di miglioramento si richiede un analisi globale della struttura, prima e dopo l intervento. Infine per interventi locali il progetto e la valutazione della sicurezza potranno essere riferiti alle sole parti e/o elementi interessati e si dovrà documentare che, rispetto alla configurazione esistente, non siano prodotte sostanziali modifiche al comportamento delle altre parti e della struttura nel suo insieme e che gli interventi comportino un miglioramento delle condizioni di sicurezza preesistenti. Anche in questo caso non si indica un criterio specifico per valutare il livello di sicurezza minimo da soddisfare. In linea del tutto generale è possibile dedurre che le Norme Tecniche del 2008 sembrano mirare a riqualificare il costruito in modo da garantire il massimo livello di sicurezza dando maggior rilievo agli interventi di adeguamento, dove di fatto ricadono la maggior parte degli interventi, piuttosto che di miglioramento sismico. La questione pone un grosso interrogativo sulla realizzabilità in termini economici di un approccio di questo tipo. Nel seguito si propongono alcuni esempi di intervento su un edificio esistente realizzato in muratura portante. Gli esempi vengono svolti mediante il Modulo MURATURE di TRAVILOG TITANIUM 4. L intento è mostrare le verifiche richieste dalla normativa in ciascuna situazione e fornire utili indicazioni riguardo a possibili soluzioni progettuali. Intervento locale Si propone inizialmente un intervento locale volto alla realizzazione di un apertura in una parete portante. L apertura verrà opportunamente cerchiata al fine di garantire rigidezza e resistenza adeguata alle esigenze della struttura. A tal proposito la Circolare n. 617/2009 al punto C8.4.3 asserisce che interventi di rafforzamento localizzato (ad esempio l apertura di un vano in una parete muraria, accompagnata da opportuni
rinforzi) possono rientrare in questa categoria (interventi locali) solo a condizione che si dimostri che la rigidezza dell elemento variato non cambi significativamente e che la resistenza e la capacità di deformazione, anche in campo plastico, non peggiorino ai fini del comportamento rispetto alle azioni orizzontali. La norma richiede dunque che la rigidezza non cambi significativamente, senza far esplicito riferimento alla rigidezza elastica. Si richiede invece che il comportamento della parete rinforzata risulti modificato il meno possibile in campo plastico, poiché è in condizioni ultime che si valuta la sicurezza nei riguardi dell azione sismica. Ciò ci pone di fronte a due possibilità nel dimensionamento della cerchiatura: progettare in modo da ripristinare la rigidezza originaria a fronte di uno spostamento ultimo ridotto piuttosto che progettare garantendo uno spostamento ultimo invariato rispetto alla condizione iniziale a fronte di una rigidezza elastica inferiore. Nell esempio, sviluppato nel seguito, si mostra come vari il comportamento del pannello murario progettando in rigidezza oppure in spostamento. Nel primo caso, se si progetta con l obiettivo di ripristinare la rigidezza elastica della parete integra, si ottengono telai con profili molto rigidi, raggiungendo la plasticizzazione nei nodi per spostamenti inferiori a quelli ultimi per il pannello (la parete diventa quindi appunto molto più rigida e resistente). Se invece si progetta in modo da mantenere invariata la resistenza del pannello allo spostamento ultimo, si ottengono telai più duttili garantendone lo stesso comportamento al collasso. L apertura è condotta su una parete di dimensioni L = 5,0 m, spessore s=0,5m ed H = 3,2 m in mattoni pieni e malta di calce buona (peso specifico: 18 kn/m 3 ; E = 2250 MPa; G = 750 MPa; fm = 3,6 MPa e t 0 = 0,09 Mpa). Le dimensioni della porta che si intende creare sono: L = 1,0 m ed H = 2,1 m. Si valutano due diversi tipi di cerchiatura la cui geometria è connessa al comportamento della parete che si intendere ottenere: Progettazione in rigidezza: 2 piedritti accoppiati IPE 330 ed architrave IPE 360 Fig.1 Dimensionamento in rigidezza di una cerchiature
Si ottiene una rigidezza molto simile a quella antecedente alla realizzazione dell apertura ma con uno spostamento ultimo inferiore. Progettazione in resistenza: 2 piedritti accoppiati IPE 140 ed architrave IPE 180 Fig.2 Dimensionamento in resistenza di una cerchiature Si ottengono spostamenti simili al caso antecedente l intervento, con un evidente riduzione della rigidezza elastica Intervento di miglioramento sismico Lo studio degli interventi da eseguire sulla costruzione, ha origine dall analisi delle caratteristiche delle strutture portanti (setti, fasce, solai) e del comportamento che si prevede possa avere la costruzione in condizioni sismiche. Nell esempio che si propone, le pareti in muratura presentano buone proprietà meccaniche, ma risultano poco ammorsate tra loro. I solai realizzati in legno non offrono sufficiente resistenza e rigidezza per garantire alla costruzione un comportamento d insieme. Il comportamento atteso in caso di sollecitazione sismica è dunque quello di meccanismi di ribaltamento verso l esterno delle pareti portanti. L analisi preliminare (ante operam) volta a valutare il grado attuale di sicurezza della struttura, può essere eseguita su alcune pareti singole mediante una serie di analisi dei meccanismi locali di collasso con il metodo dell analisi cinematica lineare. Dall analisi del quadro fessurativo della costruzione è possibile stabilire quali siano i meccanismi più probabili: per il caso in studio si tratta di ribaltamento fuori piano dei pannelli. Le verifiche condotte su diversi pannelli sia per il ribaltamento semplice che per quello composto di cuneo diagonale, mettono in luce una decisa instabilità dei pannelli:
Fig.3 Verifica di ribaltamento composto di cuneo diagonale
Un primo intervento di miglioramento ipotizzabile è naturalmente la posa in opera di tiranti in grado di stabilizzare la parete e ripristinare il comportamento scatolare dell edificio. Il risanamento dei solai interpiano viene invece condotto mediante interposizione di uno strato di calcestruzzo armato ammorsato alle travi in legno mediante connettori in acciaio (solaio compound). Fig.4 A seguito degli interventi, viene infine valutato il livello di sicurezza sismica che la struttura è in grado di raggiungere. Poiché la tipologia di interventi progettati rendono la costruzione in grado di manifestare un comportamento d insieme, si conduce un analisi non lineare dell intero edificio. La curva di capacità determinata mette subito in rilievo come allo stato limite ultimo, lo spostamento ultimo sia inferiore rispetto a quello massimo richiesto. La costruzione risulta dunque sismicamente adeguata.
Fig.5 Cosa prevedono le Nuove Norme Tecniche approvate dal CSLLPP In materia di edifici esistenti, le Nuove Norme Tecniche, approvate dall'assemblea del Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici il 14/11/2014, propongono di cambiare prospettiva e passare da una politica di emergenza ad una politica di prevenzione dando maggior rilievo ad interventi che migliorano il comportamento sismico degli edifici piuttosto che a quelli li adeguino come richiesto per edifici di nuova costruzione. L obiettivo ultimo sembra quindi essere quello di migliorare le prestazioni sismiche della maggior parte degli edifici, rinunciando ad ottenere il massimo livello di sicurezza per un numero ridotto di edifici. Più nel dettaglio potremmo sintetizzare nei seguenti obiettivi le principali novità delle nuove NTC. Il primo riguarda gli interventi locali. Vengono fornite dettagliate indicazioni per stabilire quali interventi possano essere classificati come interventi locali in base alle finalità progettuali: ripristinare le caratteristiche iniziali di elementi o parti danneggiate; migliorare le caratteristiche di resistenza e/o di duttilità di elementi o parti, anche non danneggiati; impedire meccanismi di collasso locale; modificare un elemento o una porzione limitata della struttura. Il progetto e la valutazione della sicurezza potranno essere riferiti alle sole parti e/o elementi interessati, documentando le carenze strutturali riscontrate e dimostrando che l intervento non peggiora le condizioni di sicurezza delle strutture preesistenti. Inoltre sarà cura del progettista controllare che il comportamento globale non sia significativamente cambiato a seguito degli
interventi. Rispetto all esempio trattato, il dimensionamento dei tiranti che stabilizzano i cinematismi fuori piano potrebbe essere trattato con analisi locali. Il secondo riguarda gli interventi di adeguamento: la normativa mira ad estendere la pratica di miglioramento della sicurezza sismica sul maggior numero di edifici possibili. Se con le NTC 2008 attualmente vigenti si richiede di raggiungere lo stesso livello di sicurezza delle nuove costruzioni, ora è ammessa una riduzione di circa il 20% della sicurezza attesa. A tal proposito viene introdotto il parametro ζ E cioè il rapporto tra l'azione sismica massima sopportabile dalla struttura e l azione sismica massima che si utilizzerebbe nel progetto di una nuova costruzione che in caso di adeguamento deve essere maggiore di 0,8. Per gli edifici con Classe d Uso IV è richiesto che il livello di sicurezza per l adeguamento sia almeno pari a 0,4. Quindi si impone un minimo per le strutture a servizio della Protezione Civile o con attività critiche. Infine per gli interventi di miglioramento, mentre ai sensi delle NTC2008 si richiede di dimostrare che la sicurezza sismica della costruzione ha avuto un miglioramento a seguito dell intervento, le nuove norme tecniche precisano che il livello di sicurezza raggiunto sia pari almeno al 10% di quello delle nuove costruzioni (ζ E = 0.1). L'approvazione della revisione delle Norme Tecniche dà nuova importanza alle soluzioni di intervento locale e alla valutazione delle criticità per gli edifici esistenti fino al raggiungimento dell'adeguamento sismico delle strutture. TRAVILOG TITANIUM 4 permette di valutare sia singoli interventi su edifici esistenti che analisi di vulnerabilità finalizzate all'adeguamento sismico, per diverse tipologie costruttive. Per maggiori approfondimenti e chiarimenti visita il sito www.logical.it