Adeguamento Sismico Edifici Esistenti

Autore: Newsoft


Sommario
| Introduzione | Evoluzione normativa | La normativa sismica moderna | Criticità dell’impianto normativo attuale | Software per l’adeguamento sismico |

Introduzione

L’articolo vuole fornire un riepilogo del progresso normativo nazionale che ha portato all’introduzione del concetto di “adeguamento sismico” ed alla sua evoluzione nella forma quantitativa prevista dalla normativa sismica attualmente vigente NTC 2018.

Evoluzione normativa

A seguito dei gravi eventi sismici del secolo scorso: Reggio e Messina del 1908, Marsica del 1915, Ancona e Perugia del 1924, Belice 1968, Ancona nel 1972 in Italia si sviluppa una forte coscienza di protezione sismica del patrimonio costruttivo che confluisce in strumenti legislativi orientati inizialmente alla riparazione ed al consolidamento e successivamente, con gli impianti normativi moderni, alla prevenzione in quanto ci si è resi conto che, oltre ai rischi di perdite di vite umane, i costi di ricostruzione possono essere più onerosi della prevenzione sismica pianificata.

La prima normativa sismica che introduce il concetto di “consolidamento” è la Legge 2 Febbraio 1974, n. 64, “Provvedimenti per le costruzioni con particolari prescrizioni per le zone sismiche”, che ha integralmente sostituito la Legge 25 Novembre 1962, n. 1684. Questa nuova legge, insieme alla Legge 5 Novembre del 1971, n. 1086,  “Norme per la disciplina delle opere di conglomerato cementizio armato, normale e precompresso e a struttura metallica”, costituiranno l’ossatura di base dell’evoluzione legislativa (amministrativa e tecnica)  che sarebbe venuta negli anni successivi, a partire dai Decreti del Ministero dei Lavori Pubblici approvati tra il 1980 ed il 1984, frutto degli studi di carattere sismologico effettuati dopo i terremoti del Friuli Venezia Giulia del 1976 e quello in Irpinia del 1980.

La definizione di “adeguamento sismico” (o antisismico) è stata introdotta per la prima volta al §1.3 del DM 2 Luglio del 1981:

L'adeguamento antisismico si consegue mediante l'esecuzione di un complesso di opere che rendano l'edificio atto a resistere alle azioni sismiche, definite dalle norme tecniche approvate con decreto ministeriale 3-3-1975. L'adeguamento antisismico, quando necessario, deve costituire con l'intervento di riparazione un'unica ed organica operazione tecnica.

per poi sparire nel D.M. 19 Giugno 1984 in cui al § C.9 si parla di “Riparazione degli edifici in muratura” confermando ancora l’orientamento e l’attenzione alla ricostruzione più che alla prevenzione.

Il concetto di “adeguamento sismico” viene reintrodotto nel § C.9.1.1 del DM 24 Gennaio 1986 (ripreso ed integralmente sostituito dal DM 16 Gennaio 1996). Nel § C.9.1.2 si stabiliva inoltre che la verifica post intervento ad opera di un tecnico abilitato era necessaria per edifici ad ossatura in c.a., metallica ed a pannelli portanti, mentre si poteva omettere per edifici in muratura che rispettavano determinati requisiti costruttivi.  Nei DM del 1986 e 1996 è stato introdotto anche il concetto del “miglioramento sismico” come soluzione per gli interventi sul patrimonio edilizio monumentale che, presentando spesso caratteristiche costruttive non conformi ai moderni orientamenti antisismici, rendono gli eventuali interventi di “adeguamento sismico” economicamente dispendiosi ed oltremodo invasivi.  In questi casi con l’intervento di “miglioramento sismico” si ha il modo di salvaguardare le esigenze della sicurezza strutturale e le esigenze di conservazione del bene architettonico, accettando un incremento parziale della sicurezza sismica e rinunciando al pieno soddisfacimento delle verifiche sotto l’azione sismica regolamentare.

La normativa sismica moderna

Il terremoto del 31 Ottobre 2002 che ha colpito i territori al confine tra Molise e Puglia evidenzia la necessità di aggiornare la classificazione sismica del territorio nazionale e confluisce nell’emanazione dell’OPCM 3274 del 20 Marzo 2003, una norma di carattere transitorio contrassegnata da una forte impronta prestazionale come definito nei codici europei di nuova generazione (EC8),  che introduce le 4 zone sismiche (definite a livello regionale) per tutto il territorio nazionale. Di particolare importanza nell’ottica della prevenzione sismica è l’art. 2 comma 3 che introduce l’obbligo entro 5 anni “di procedere a verifica,…degli edifici di interesse strategico e delle opere infrastrutturali la cui funzionalità durante gli eventi sismici assume rilievo fondamentale per le finalità di protezione civile…” senza però fornire particolari dettagli sugli aspetti di adeguamento e miglioramento sismico nel capitolo 11 dell’allegato 2 specifico per gli edifici esistenti e relativi interventi di rinforzo.

Successivamente all’OPCM 3274, per effetto dell’art. 5 DL 28 Maggio 2004, in cui è stato precisato che la redazione di tali norme avvenga secondo un programma di priorità per gli edifici scolastici e sanitari, è stato emanato il DM 14 Settembre 2005 (TU) avviando finalmente una effettiva fase di prevenzione sismica ed un maggiore allineamento agli Euro Codici che avviene con l’emanazione del DM del 14 Gennaio 2008. Il definitivo allineamento avviene però con l’emanazione del DM 17 Gennaio 2018 (NTC 2018) che introduce la formalizzazione del “fattore di sicurezza sismica” ςE.

Condizioni per la verifica del miglioramento e dell'adeguamento in strutture esistenti

Condizioni per la verifica del miglioramento e dell'adeguamento in strutture esistenti

In questa tabella i simboli utilizzati sono i seguenti:

•          ςE (E)          fattore di sicurezza sismico nello stato esistente

•          ςE (R)          fattore di sicurezza sismico nello stato rinforzato.

•          iminM        Incremento minimo per il miglioramento

•          fminM  Fattore minimo per il miglioramento

•          fminA         Fattore minimo per l'adeguamento

La norma attualmente vigente NTC 2018 al § 8.3 in merito agli edifici esistenti prevede che “la valutazione della sicurezza deve effettuarsi ogni qualvolta si eseguano interventi strutturali di cui al § 8.4.” Le categorie di intervento previste sono:

interventi di riparazione o locali: interventi che interessino singoli elementi strutturali e che, comunque, non riducano le condizioni di sicurezza preesistenti; Ricadono in questa categoria gli interventi che non alterano significativamente il comportamento globale della costruzione; l’obiettivo sulla base del quale è valutata l’ammissibilità dell’intervento è un aumento della sicurezza di almeno una porzione della costruzione, ovvero, nel caso di danni subiti, quello del mantenimento o dell’incremento dell’originaria efficacia strutturale della porzione danneggiata.

interventi di miglioramento: interventi atti ad aumentare la sicurezza strutturale preesistente, senza necessariamente raggiungere i livelli di sicurezza fissati al § 8.4.3; L'intervento di miglioramento è finalizzato a conseguire un aumento della sicurezza della costruzione. In questa categoria ricadono tutti gli interventi che, pur non rientrando nella categoria dell’adeguamento, possono determinare modifiche, anche significative, del comportamento strutturale locale o globale operando variazioni di rigidezza, resistenza o capacità deformativa di singoli elementi o di porzioni della struttura, o introducendo nuovi elementi strutturali. Ciò può avvenire, ad esempio, impegnando maggiormente gli elementi più resistenti, riducendo le irregolarità in pianta e in elevazione, eliminando i meccanismi di collasso locali o trasformandoli da fragili in duttili.

interventi di adeguamento: interventi atti ad aumentare la sicurezza strutturale preesistente, conseguendo i livelli di sicurezza fissati al § 8.4.3.

L’intervento di adeguamento si rende quindi obbligatorio per i casi di interventi edilizi previsti al punto § 8.4.3; sempre, per le strutture in elevazione e nei casi ove risulti necessario, per le strutture di fondazione.

Pertanto, nel contesto legislativo attuale, con il termine “Adeguamento sismico” si intende un insieme di interventi edilizi, di rinforzo o di aumento delle prestazioni strutturali, atti ad incrementare il livello di sicurezza sismico della struttura fino a portarlo a resistere all’azione sismica massima che si utilizzerebbe per una struttura di nuova costruzione: con un livello di sicurezza sismica ςE≥1 (rapporto tra l’azione sismica massima sopportabile dalla struttura e l’azione sismica massima che si utilizzerebbe nel progetto di una nuova costruzione). Nel caso di semplici variazioni di classe e/o destinazione d’uso che comportino incrementi dei carichi verticali in fondazione superiori al 10% (caso c) del § 8.4.3 delle NTC è ammesso un valore minimo di ςE pari a 0,8.

Intervento di adeguamento sismico con incamiciatura in c.a.

Intervento di adeguamento sismico con incamiciatura in c.a.

Criticità dell’impianto normativo attuale

A differenza delle normative precedenti, a partire dalla OPCM 3274 fino ad ora la definizione dell’azione sismica per le strutture ha l’ambizione di simulare fedelmente il fenomeno naturale sia nell’intensità dell’accelerazione al suolo, sia nelle accelerazioni strutturali determinati dal contenuto in frequenza del moto sismico. Per dare un’idea dei valori in gioco, basti pensare che per una zona di forte sismicità l’accelerazione massima al suolo per una abitazione civile era contenuta nel limite di 0.12 g, mentre adesso facilmente si può arrivare a 0.65 g per SLV, che pur ridotta col fattore di comportamento, rimane sensibilmente più alta della corrispondente azione di progetto di qualche decennio fa. Questo però non è la sola fonte di maggiore severità delle nuove disposizioni, ve ne sono altre due che danno contributi non trascurabili:
 - la limitazione sui fattori di comportamento per gli edifici esistenti,
 - l’effetto dei fattori di confidenza.

Nel primo caso, le recenti normative impongono fattori di comportamento generalmente limitati a 3 per gli edifici esistenti e un’ulteriore limitazione per meccanismi fragili, per i quali si impongono fattori piuttosto ridotti, non superiori ad 1.5.
Riguardo alle resistenze, bisogna inoltre tener conto della riduzione connessa al livello di conoscenza che erode ulteriori risorse, aumentando ancora di più le risoluzioni a vantaggio di statica.

In uno scenario di questo tipo, si capisce bene che qualsiasi struttura si prenda in considerazione, solo per il fatto di essere classificata come struttura esistente, questa viene caricata da una serie di disposizioni penalizzanti che spesso si accumulano, fino a creare uno scenario di verifica molto severo.
Considerato questo, è opportuno che il progettista adotti tutti gli strumenti capaci di sfruttare ogni risorsa di resistenza e di fare leva sulle poche disposizioni che, andando controcorrente, riescono a mitigare in alcuni casi la gravosità generalizzata del contesto di verifica. Ne citiamo due in particolare: la prima riguarda la capacità di sfruttare ogni contributo che possa aumentare la resistenza flessionale e tagliante delle sezioni, nel primo caso considerando tutti i ferri presenti, le loro reali posizioni e i possibili effetti di confinamento della staffatura, nel secondo caso facendo riferimento all’angolo d’inclinazione delle bielle compresse che porta alla massimizzazione del taglio resistente; la seconda riguarda alcune disposizioni che costituiscono dei limiti superiori per le sollecitazioni di meccanismi fragili: ad esempio nella verifica dei nodi (meccanismo fragile) gli sforzi orizzontali agenti possono essere limitati dalla capacità flessionali delle travi (meccanismi duttili) che trasmettono la sollecitazione al nodo.
Nella scelta del software si dovrà fare attenzione che queste caratteristiche siano presenti, perché da quanto abbiamo detto questi dettagli possono fare la differenza (richiedi prova gratuita di EDISIS v.11).

Software per l’adeguamento sismico

Con i software EDISIS e POR 2000 è possibile valutare la vulnerabilità sismica del costruito in modo molto accurato: punto di partenza fondamentale per la definizione delle strategie di adeguamento sismico e, allo stesso tempo, per progettare gli interventi di adeguamento o miglioramento sismico strettamente necessari, localizzando i punti con le maggiori carenze strutturali, posizionando i rinforzi nei punti individuati e in definitiva ottimizzando le risorse economiche disponibili.

Il progetto di un intervento di rinforzo, sia esso di adeguamento o di miglioramento sismico, parte in realtà da un’accurata indagine conoscitiva sui materiali esistenti e sul rilievo delle caratteristiche geometriche degli elementi strutturali. Sulla base di queste conoscenze viene costruito il modello strutturale, che a seconda della tipologia può venire completato da altre informazioni di rilievo, come  la definizione dell’armatura (ferri e staffe) negli elementi esistenti in c.a. (ne abbiamo parlato qua)  Anche in questo caso, il software strutturale deve essere in grado di offrire validi strumenti per definire l’armatura esistente negli elementi o di ottenerla per via indiretta, tramite procedure di progetto simulato (vedi novità introdotte in EDISIS v.11) con le normative dell’epoca. Una volta conclusa questa fase, si apre quella dell’analisi strutturale che essenzialmente può avvenire con l’analisi lineare o non lineare. L’analisi lineare corrisponde all’analisi dinamica modale con fattore q, dove q tipicamente è differenziato per meccanismi duttili e fragili. Anche se questa analisi è notoriamente più gravosa dell’analisi statica non lineare, ha il pregio di fornire informazioni molto utili sul comportamento in fase elastica, come ad esempio sulla presenza di effetti torsionali che è sempre opportuno minimizzare e, in definitiva, può indirizzare la pianificazione del rinforzo. L’analisi alternativa (o complementare) è l’analisi statica non lineare, meglio nota come analisi pushover. Si tratta di una analisi in cui l’edificio viene assoggettato ad una distribuzione quasi-permanente di carichi verticali e di una azione sismica orizzontale secondo una direzione predefinita, soggetta ad un processo  incrementale. Gli elementi devono pertanto essere definiti con modelli elasto-plastici con danneggiamento adeguati a rappresentare la resistenza e la duttilità, sia per la risposta flessionale che per quella tagliante. In particolare, per il comportamento a taglio la duttilità si assume generalmente nulla, corrispondente al comportamento fragile. Nel corso dell’analisi viene simulata la crescita graduale del carico sismico e viene costruita la curva carico-spostamento, che alla fine sarà utilizzata per la procedura di verifica.
L’analisi deve essere quindi ripetuta facendo variare l’angolo d’ingresso del sisma secondo una scansione predefinita (possibilmente più fitta delle direzioni principali richieste dalla norma).
Come si può capire sia l’analisi dinamica che l’analisi pushover sono analisi piuttosto complesse che, se non adeguatamente sviluppate su algoritmi efficienti ed ottimizzati, possono richiedere tempi di elaborazione spropositatamente lunghi. E’ quindi importante puntualizzare che le esigenze legate alla messa a punto del modello, anche tempi apparentemente nella norma (dell’ordine di qualche minuto per l’analisi di un edificio di medie dimensioni) non sono in realtà accettabili perché tipicamente queste analisi vanno ripetute al variare degli elementi, dei materiali o delle posizioni, il che può avvenire innumerevoli volte nell’affinamento di un modello. Avere tempi lunghi di calcolo è un deterrente all’ottimizzazione del modello, non invoglia il progettista a reiterare i calcoli e lo spinge a concludere a volte frettolosamente una fase di sviluppo che invece è di fondamentale importanza sia per le nuove progettazioni, sia per gli interventi su edifici esistenti.

Una volta messo a punto il modello, dai risultati dell’analisi e delle verifiche è possibile capire quali siano le carenze strutturali ed immaginare i possibili interventi di rinforzo. Qui il discorso necessariamente si fa specifico perché bisogna tener presenti le peculiarità dell’analisi svolta (analisi lineare/non lineare) e la tipologia di edificio sotto esame (in c.a., in acciaio, in muratura, ecc.).

Quadro sintetico di migliormaneot/adeguamento sismico

In generale possiamo però dire che in tutti questi casi è importante avere informazioni sintetiche e di lettura immediata, perché altrimenti anche l’analisi più raffinata rimane operativamente inefficace se i contenuti essenziali non vengono trasformati in diagrammi, deformate modali, istogrammi di verifiche, mappe d’impegno a toni di colore o altri strumenti grafici che consentano di individuare a colpo d’occhio comportamenti globali indesiderati e gli elementi critici capaci di condizionare la risposta sismica e su cui intervenire in via prioritaria.

impegno verifiche

Impegno pushover

 
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