Lo schema ottimale per un edificio in muratura portante è quello a comportamento cosiddetto “scatolare”, ovvero quando ogni pannello murario portante risulta ben collegato ai pannelli ad esso ortogonali e contemporaneamente i solai e la copertura sono efficacemente collegati al perimetro murario.
In questo modo la scatola muraria risulta chiusa ed offre maggiore resistenza alle azioni orizzontali (vento e sisma) poiché permette la corretta trasmissione delle sollecitazioni agli elementi strutturali (Fig. 1). In particolare i solai potranno svolgere la corretta azione di diaframma e convogliare le sollecitazioni orizzontali alle pareti aventi maggiore rigidezza nella direzione del sisma, lasciando alle pareti ortogonali alla sollecitazione una piccola quota parte di entità compatibile alla scarsa resistenza fuori dal piano (Fig. 1).
In questo schema ogni parete muraria portante deve essere considerata sia resistente ai carichi gravitazionali sia avente funzione di controventamento. Quanto più i bordi della scatola muraria risultano cuciti, quanto più efficace sarà il coinvolgimento delle resistenze delle pareti nella direzione dell’azione orizzontale.
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La seconda edizione di questo volume, rivisitata integralmente e arricchita con nuovi esempi pratici, fornisce agli ingegneri strutturisti e a tutti quei professionisti che, in generale, operano nell’ambito della valutazione sismica degli edifici esistenti in cemento armato, gli strumenti necessari per effettuare in modo ancora più consapevole le opportune verifiche di sicurezza sismica secondo la normativa vigente. A tal proposito sono discusse le più appropriate strategie di modellazione/analisi strutturale in ambito non lineare sia statico (pushover) che dinamico (time-history). Vengono inoltre trattate le più diffuse tecniche di intervento per la riabilitazione delle strutture esistenti in cemento armato gettate in opera e prefabbricate, ricorrendo anche ad esempi di modellazione numerica di alcuni interventi di adeguamento/miglioramento sismico. Nel testo si fa riferimento alla versione aggiornata delle Norme Tecniche per le Costruzioni – ossia le NTC 2018 – e alla relativa circolare esplicativa (Circolare 21 gennaio 2019 n. 7). Rui Pinho Ingegnere, professore ordinario presso la Facoltà di Ingegneria dell’Università di Pavia, socio fondatore delle società Seismosoft e Mosayk, è autore di innumerevoli pubblicazioni scientifiche sul tema della valutazione del rischio sismico di strutture esistenti. Federica Bianchi Ingegnere, socio fondatore e CEO di Mosayk srl, svolge la libera professione con particolare attenzione alla valutazione della vulnerabilità sismica di edifici in cemento armato. Roberto Nascimbene Ingegnere, professore associato presso lo IUSS Pavia, socio fondatore di Mosayk srl, ha approfondito particolarmente le tematiche della modellazione numerica avanzata nel campo dell’ingegneria civile.
Rui Pinho, Federica Bianchi, Roberto Nascimbene | Maggioli Editore 2022
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Indice
Quando viene meno il comportamento scatolare
Purtroppo, nella maggioranza degli edifici esistenti la qualità costruttiva o le continue trasformazioni edificatorie succedutesi nel tempo non garantiscono una completa connessione tra gli elementi resistenti, venendo meno il comportamento perfettamente scatolare. È sufficiente che anche solo una parete o un solaio non siano efficacemente collegati per rendere quegli elementi molto vulnerabili a ribaltamenti fuori dal piano in corrispondenza di azioni sismiche ad essi ortogonali.
Questi sono i danneggiamenti più frequenti che si sono riscontrati nelle diverse crisi sismiche degli ultimi anni, e purtroppo anche quelli più pericolosi la cui entità pregiudica in modo pesante l’agibilità dell’edificio oltre che l’incolumità delle persone. I cinematismi fuori piano rientrano nel danno sismico classificato di modo I (Fig. 2a), la cui attivazione non permette lo sviluppo di un danneggiamento sismico più dissipativo ovvero nel piano delle pareti, classificato come di modo II (Fig. 2b).
Per questo motivo è importante, ancor prima di eseguire complesse modellazioni tridimensionali, verificare visivamente o mediante ispezioni mirate se i collegamenti tra gli elementi strutturali siano soddisfacenti e tali da garantire l’ipotesi di un comportamento scatolare e una dissipazione sismica nel piano dell’edificio. Altrimenti il modello strutturale rimane solo teorico.
Poiché la sicurezza sismica si basa prima di tutto sui dettagli, è inutile, per fare un esempio, avere pareti murarie molto resistenti ma slegate fra di loro e i solai, poiché il sisma metterà subito in evidenza la carenza di connessioni favorendo l’insorgere di ribaltamenti fuori dal piano, piuttosto che l’attivazione della resistenza meccanica nel piano.
Le frequenti casistiche e gli interventi per contrastarli
Anche la qualità costruttiva gioca un ruolo importante, perché laddove la tessitura muraria sia multistrato o a sacco, con riempimenti incoerenti all’interno formati da ciottoli o pietrisco variegato, si riscontrano meccanismi di danneggiamento di tipo caotico (Fig. 3) più assimilabili a franamenti e disgregazione che a meccanismi cinematici di blocco monolitico. Ancor di più in questi casi, è evidente la distanza dall’ideale comportamento scatolare che dovrebbe garantire la struttura muraria.
Un cantonale di copertura spingente sulle pareti (Fig. 4), un vecchio e flessibile solaio ligneo non ammorsato a tutto il perimetro murario, una parete aggiunta o ricostruita nel tempo ma non ammorsata a quelle ortogonali (Fig. 2a). Sono solo alcune delle frequenti casistiche che in concomitanza di un evento sismico importante si sviluppano in crolli parziali.
Gli interventi per contrastarli sono molto semplici e di carattere puntuale: cuciture a secco, tirantature, rinforzo dei solai rappresentano lavori di presidio antisismico veloci e di minore impatto economico, ma tali già da ripristinare un sufficiente comportamento d’insieme che prevenga crolli parziali e riconduca il danneggiamento nel piano delle pareti con danni meno gravi dei cinematismi fuori piano. Nel sistema scatolare anche solai e coperture hanno un ruolo importante, pertanto è fondamentale provvedere ad un equilibrato irrigidimento del piano e a connessioni puntuali, quali ad esempio cordolature sommitali di copertura vincolate alle pareti sottostanti, e cuciture puntuali dell’estradosso dei solai all’intero perimetro murario.
La riduzione della vulnerabilità sismica può essere perseguita prima di tutto con interventi locali per rispristinare il comportamento scatolare, quale base indispensabile per progettare successivi lavori di miglioramento sismico che coinvolgono anche l’incremento nel piano delle resistenze meccaniche delle pareti.