BIM: supporto strategico per verifiche statiche e sismiche sul costruito

Il BIM sul costruito

La modellazione BIM consente di integrare le diverse discipline tecniche all’interno di un unico modello (architettura, strutture, impianti), permettendo così di registrare e gestire le informazioni nelle diverse fasi di progettazione, costruzione e gestione, che caratterizzano il ciclo di vita di un’opera.

Benché appaia più immediato e semplice impiegare tale metodologia su edifici di nuova costruzione, risulta non meno importante la sua applicazione al patrimonio esistente, costituendo il BIM un utile strumento di modellazione,  finalizzato alla memorizzazione della consistenza del bene, alla ricostruzione grafica dello schema strutturale, su cui effettuare le necessarie verifiche di resistenza e stabilità, al controllo delle interferenze per valutare la effettiva realizzabilità degli interventi di rinforzo, alla valutazione complessiva del comportamento nei confronti di eventi catastrofici quali terremoti, alluvioni, dissesti idrogeologici.

Un ulteriore aspetto che merita particolare considerazione è rappresentato dalla sua applicazione ai fini della manutenzione programmata, con memorizzazione degli interventi effettuati e previsione temporale di quelli da effettuare.

Un aspetto peculiare del patrimonio storico italiano è rappresentato dai centri storici, costituiti da agglomerati di costruzioni senza soluzione di continuità, interessati nel tempo da modificazioni frammentarie e disordinate, con materiali eterogenei, sopraelevazioni e modifiche strutturali a carattere “spontaneo”.La modellazione BIM, in tale circostanza, si presenta particolarmente ardua e richiede un rilievo accurato e una campagna di indagini approfondite sui materiali utilizzati. 

Per contro, la mancata conoscenza del costruito può portare ad un sempre maggiore degrado e a interventi di rinforzo di dubbia efficacia, talora addirittura dannosi.
Il poter disporre di un “modello completo” dotato di “memoria” cioè capace di recepire e memorizzare la storia del manufatto, è strumento indispensabile per la sicurezza e la conservazione del comune patrimonio storico.

Tramite il cosiddetto “Facility management” è possibile gestire in modo ottimale il bene per il suo intero ciclo di vita, attraverso informazioni organizzate e costantemente aggiornate, all’interno di una banca dati in grado di valutare le necessità di intervento e i relativi costi. 

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Figura 1: vista assonometrica del prospetto principale del condominio 

Il BIM applicato ad un edificio del centro storico

Nel seguito viene presentata l’applicazione della metodologia BIM ad un antico manufatto del Centro storico di Genova (vedi fig. 1-2): si tratta di un edificio condominiale ad uso abitativo dalla configurazione molto articolata, sia nello sviluppo in elevazione, sia nelle interferenze con le costruzioni limitrofe, che inglobano singole porzioni di altri corpi di fabbrica.

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Figura 2: vista assonometrica del secondo prospetto del condominio

L’edificio in questione presenta notevoli problemi di staticità, le cui cause, data la complessità del manufatto, interessato da sopraelevazioni e modifiche pregresse in date non accertabili, non risultavano facilmente identificabili. 

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Figura 3: sezione orizzontale

 

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Figura 4: sezione verticale 

Come illustrato nelle immagini delle figure 5–6–7-8, si sono constatate gravi criticità,  segnalate da diversi sintomi quali lo stato di fessurazione sulle murature portanti, il distacco tra solai in legno e murature perimetrali, la perdita di efficacia delle catene, il tutto aggravato dallo stato di generale fatiscenza in cui l’immobile si trova.  Attraverso i rilievi e gli accertamenti in situ è stato possibile ricostruire l’articolato sviluppo dei volumi e degli elementi portanti, e, confrontando il  modello strutturale identificato mediante la modellazione tridimensionale BIM con lo stato fessurativo rilevato, identificare le principali cause delle criticità.

Esse sono riconducibili a diversi fattori concomitanti:

  • la rimozione, in epoca non identificabile con precisione, di due muri di spina convergenti (vedi fig.4);
  • la perdita di continuità delle murature portanti, dovuta all’apertura di porte, le cui posizioni non allineate verticalmente inducono discontinuità su tali elementi strutturali;
  • la perdita di efficacia di alcune delle catene in ferro disposte trasversalmente. 

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Figura 5: modifica della sagoma dei muri di spina 

Gli ulteriori danni riscontrati durante gli accertamenti in situ possono essere ricondotti alla variazione di distribuzione dei locali all’interno delle unità immobiliari (vedi fig.3), che hanno provocato disallineamenti delle murature e conseguente errata distribuzione dei carichi.

L’edificio, alla ricerca di nuove configurazioni di equilibrio al variare delle modifiche introdotte negli anni, ha subito assestamenti  che hanno provocato le  numerose fessurazioni presenti e il distacco dei solai dai muri portanti. 

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Figura 6: puntellamento dei solai in seguito all’asportazione di un muro di spina al piano terra

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Figura 7: deterioramento solaio ligneo. Figura 8: danneggiamento tramezza perpendicolare a un muro di spina demolito al primo piano

Supporto strategico per verifiche statiche e sismiche

A seguito della modellazione tridimensionale dell’edificio sono stati individuati gli elementi strutturali portanti ed è stato possibile accertare la presenza in essi di interruzioni causate da interventi locali, finalizzati alle esigenze abitative dei singoli proprietari, senza tenere conto dell’influenza che tali modifiche avrebbero potuto avere sul comportamento strutturale dell’intero manufatto. Le modifiche via via introdotte sono state individuate attraverso le indicazioni fornite dagli stati fessurativi presenti. La loro interpretazione sarebbe stata molto difficoltosa, per non dire impossibile in assenza di un quadro completo della situazione visualizzabile in tridimensionale. 

Attraverso l’applicazione della metodologia BIM è stato così possibile accertare il contributo allo stato fessurativo dovuto alla perdita di funzionalità dei diversi elementi “portanti”.
Il modello cui si è pervenuto costituisce la base sostanziale nella progettazione delle opere di rinforzo, consentendo di identificare la distribuzione dei carichi sull’intero fabbricato edi individuare i setti murari maggiormente interessati. 

Identificazione e verifica della realizzabilità dei rinforzi

Una volta messo a punto il modello tridimensionale completo, è stato possibile progettare i sistemi di rinforzo più idonei per migliorare la stabilità dell’edificio. Si sono identificate le seguenti tipologie di intervento:

  • inserimento delle catene in corrispondenza dei muri di spina;
  • ripristino della continuità dei maschi murari;
  • cucitura delle lesioni sui muri portanti fessurati;
  • realizzazione di portali in carpenteria metallica in corrispondenza delle aperture, per il ripristino sui maschi murari della continuità interrotta;
  • riparazione/sostituzione dei travetti lignei dei solai deteriorati.

E’ evidente che, trattandosi di locali a destinazione abitativa, prima di procedere con l’analisi statica vera e propria, finalizzata al progetto esecutivo, occorreva verificare l’applicabilità di tali interventi.

Si è quindi proceduto, con l’ausilio della modellazione BIM, all’esame di dettaglio degli ingombri, accertando, mediante sezioni longitudinali, verticali e orizzontali,  la compatibilità delle soluzioni prospettate con l’effettivo stato di fatto dello stabile e con le esigenze dei suoi fruitori.

E’ stato quindi messo a punto il modello completo dell’esistente, comprendente i nuovi interventi di rinforzo, utile allo sviluppo dell’analisi statica. Il modello può infatti essere trasferito ad un software specifico per l’analisi strutturale.

Applicazione sismabonus

Il Sisma Bonus prevede agevolazioni fiscali per la messa in sicurezza delle abitazioni e delle attività produttive. Condizione necessaria per l’applicabilità del Sisma Bonus è che il fabbricato oggetto dell’intervento si trovi in una zona di rischio sismico 1, 2 e 3, secondo la classificazione sismica del territorio italiano.

Il Sisma Bonus costituisce uno strumento “fiscale” che consente di ottenere una detrazione fiscale dall’imposta lorda in percentuale delle spese sostenute per gli interventi di adeguamento e/o di miglioramento sismico comprese quelle di progettazione.

Dal punto di vista tecnico occorre dimostrare il raggiungimento di una diminuzione del rischio, secondo indicazioni specifiche contenute nel dispositivo emanato.

Nella nuova Legge di Stabilità 2018, pubblicata il 29 Dicembre 2017 sulla Gazzetta Ufficiale, sono state introdotte modifiche rispetto al dispositivo dell’anno 2017, la più importante delle quali riguarda l’introduzione di un incentivo rafforzato per gli interventi integrati di riqualificazione energetica e messa in sicurezza antisismica.

Gli interventi sulle parti comuni degli edifici condominiali finalizzati alla riduzione del rischio sismico e alla riqualificazione energetica, infatti, otterranno una detrazione dell’80%, se determinano il passaggio a una classe di rischio inferiore, e dell’85% in caso di passaggio a due classe di rischio inferiori. La detrazione sarà ripartita in dieci quote annuali di pari importo e verrà calcolata su una spesa massima di 136 mila euro per ciascuna unità immobiliare del condominio.

Nel caso in cui non si utilizzasse tale novità, ci si può avvalere delle detrazioni previste nella Legge di Stabilità 2017 riguardanti il solo Sisma Bonus: per le abitazioni ed edifici utilizzati per attività produttive è prevista una detrazione dell’70% se si passa a una classe di rischio inferiore o dell’80% se si abbassa il rischio di due o più classi inferiori; per le parti comuni dei condomini, invece, è prevista una detrazione del 75% se si passa a una classe di rischio inferiore o dell’85% se si passa a due o più classi di rischio inferiori. In questo caso la detrazione fiscale è calcolata su una spesa massima di 96 mila euro per unità immobiliare e viene ripartita in cinque quote annuali di pari importo.

 

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