Caratterizzazione tipologico-strutturale di edifici esistenti in c.a.: l'analisi di un caso studio

Il caso studio di edifici nel Comune di Sant’Antonino di Susa 

Scopo della tesi è stato la caratterizzazione strutturale ed energetica di un edificio in calcestruzzo armato costruito nei primi anni ottanta, scelto come caso studio in funzione dei dati raccolti mediante la compilazione della scheda CARTIS per il Comune di Sant’Antonino di Susa e sulla base dei risultati del progetto europeo TABULA. Lo studio effettuato ha permesso non solo di evidenziare le carenze strutturali ed energetiche tipiche degli edifici costruiti in epoche passate, ma anche di sviluppare un’analisi semplificata di carattere ambientale, inerente l’ammontare di emissioni di CO2, nell’ipotesi che vengano eseguiti interventi di miglioramento strutturale ed energetico.

Il presente articolo ha lo scopo di illustrare l’analisi strutturale che è stata fatta ed esaminarne i risultati ottenuti, verrà quindi trascurata la parte relativa all’aspetto di caratterizzazione energetica. 

L'importanza della conoscenza del comportamento strutturale degli edifici 

La conoscenza del patrimonio edilizio italiano è divenuta, nel tempo, materia di primario interesse perché è alla base di considerazioni inerenti tanto il comportamento strutturale quanto le caratteristiche energetiche del costruito nazionale. L’aspetto strutturale è basilare allo scopo di ridurre, attraverso la programmazione di interventi di miglioramento o di adeguamento strutturale, l’elevata vulnerabilità sismica che accumuna la maggior parte degli edifici residenziali italiani.

Secondo i dati raccolti con l’ultimo censimento ISTAT (2011), in Italia, paese a medio-alta pericolosità sismica, il 74.1% dei quasi 12.200.000 edifici residenziali è stato costruito in epoche precedenti al 1980,con il 65% di questi ultimi che risale ad un periodo compreso tra il 1946 e il 1980. Si tratta, pertanto, di un parco edilizio piuttosto obsoleto, per lo più non progettato secondo i moderni criteri antisismici (basti pensare che fino al 1981 solo un quarto del territorio nazionale era classificato sismico), e spesso concepito senza nessuna attenzione al tema del risparmio energetico, aspetto normato per la prima volta nel 1976.

Per poter scegliere il caso studio e, successivamente, investigare nel dettaglio le sue caratteristiche strutturali ed energetiche, sono dapprima state identificate le classi di edifici ordinari costituenti il patrimonio edilizio di Sant’Antonino di Susa, Comune della Città Metropolitana di Torino classificato in zona sismica 3s. In funzione delle tipologie strutturali, descritte mediante la compilazione della scheda CARTIS, è stato scelto il caso studio da analizzare: un edificio in calcestruzzo armato risalente ai primi anni ottanta.  

La scheda CARTIS e l'analisi delle tipologie strutturali del Comune di Sant’Antonino di Susa 

La necessità di conoscere le caratteristiche del patrimonio edilizio italiano ha portato allo sviluppo, da parte di differenti organi competenti, di schedature impiegate per la raccolta di dati utili per la stima della vulnerabilità strutturale, dell’esposizione sismica e per la descrizione del costruito nazionale. Nella presente trattazione viene impiegata la scheda CARTIS, sviluppata nell’ambito del Progetto ReLUIS 2014-2016, per determinare e descrivere le tipologie costruttive prevalenti che caratterizzano il costruito di Sant’Antonino di Susa, comune della bassa Val di Susa di circa 4200 abitanti. La compilazione della scheda ha richiesto la ricerca e lo studio preliminare di cartografie e documenti in grado di fornire indicazioni sul patrimonio edilizio esistente e su come esso sia cresciuto e mutato nel tempo.

Il quadro che emerge dal contesto santantoninese rispecchia appieno la condizione italiana fotografata dai dati ISTAT raccolti con il censimento del 2011: a prevalere sono gli edifici costruiti nel periodo compreso tra il 1946 e i primi anni Ottanta.

La scheda CARTIS prevede la suddivisione del territorio in aree, definite comparti, entro i quali identificare le tipologie costruttive prevalenti che sono racchiuse al loro interno.

La suddivisione in aree omogenee per età di primo impianto e/o per le tecniche costruttive strutturali impiegate per la realizzazione dei soli edifici ordinari ha portato all’identificazione di quattro comparti (si veda Figura 1). Mentre il comparto C01 racchiude il centro storico (che si sviluppa prevalentemente lungo via Torino) e i nuclei frazionali (borgate Cresto, Maisonetta, Vignassa, Codrei, Mareschi, Santamborno e Pian Palmero), l’area C02 si sviluppa prevalentemente in prossimità del centro storico ed è stata definita considerando le Aree Consolidate di Vecchia Formazione definite nel Piano Regolatore. A causa della disomogeneità del tessuto edilizio santantoninese non è stato possibile definire delle microzone in grado di raggruppare efficacemente gli edifici di più recente costruzione, ma si è dovuto optare per la perimetrazione di un unico comparto, denominato C03, che, pertanto, risulta essere quello con maggior estensione superficiale. Il comparto C04 è stato impiegato per identificare quelle porzioni di territorio in cui sono presenti edifici non ordinari, di tipo industriale e pubblico, che per le loro caratteristiche sono esclusi dalla descrizione tipologico-strutturale condotta con la compilazione della scheda CARTIS.

Estratto cartografia – Identificazione dei comparti nel Comune di Sant’Antonino di Susa

Figura 1 - Estratto cartografia – Identificazione dei comparti nel Comune di Sant’Antonino di Susa

Mentre è stato possibile circoscrivere i comparti C01 e C02 in maniera tale da identificare per ciascuno di essi un’unica tipologia costruttiva prevalente, per descrivere gli edifici del comparto C03 è stato necessario introdurre tre tipologie strutturali: una in muratura e due in calcestruzzo armato. In Tabella 1 sono sinteticamente proposti i comparti e le relative tipologie strutturali in essi contenuti.
Comparti e tipologie strutturali identificati per il Comune di Sant’Antonino di Susa
Tabella 1- Comparti e tipologie strutturali identificati per il Comune di Sant’Antonino di Susa

Le tipologie strutturali C01-MUR1 e C02-MUR1, realizzate in muratura di pietra, si differenziano essenzialmente per l’età di costruzione e per la tipologia di scala impiegata. Di tutt’altra natura sono, invece, gli edifici realizzati in epoche più recenti e classificati come C03-MUR1: oltre a distinguersi dalle due precedenti classi per epoca di costruzione e posizione nel contesto urbano (non più in aggregato, ma per lo più in posizione isolata), cambia anche radicalmente il loro organismo resistente. Pur essendo identificati, secondo le linee guida della CARTIS, come edifici in muratura, la loro struttura portante è infatti costituita da un sistema misto di muri portanti perimetrali e pilastri centrali in calcestruzzo armato.

L’introduzione di due classi tipologiche distinte per le costruzioni in calcestruzzo armato si è resa necessaria per differenziare gli edifici non soltanto in relazione alle loro caratteristiche architettoniche (sviluppo planimetrico ed in elevazione), ma soprattutto in funzione della loro epoca di costruzione, che è indice di significative variazioni dei quantitativi di armatura impiegati negli elementi resistenti, tenuto conto che il territorio santantoninese venne inserito nell’elenco delle zone sismiche a partire dal 1982, e che nel tempo si è assistito ad un’importante evoluzione delle norme tecniche per le costruzioni.

Delle cinque tipologie strutturali definite per il Comune di Sant’Antonino si è scelto di porre l’attenzione sulla tipologia strutturale definita C03-CAR1, essendo quella che raggruppa gli edifici in calcestruzzo armato di più vecchia costruzione.

La caratterizzazione strutturale dell’edificio tipo

La scelta dell’edificio tipo è ricaduta su uno costruito nei primi anni ottanta, appartenente alla tipologia strutturale caratterizzata dal codice C03-CAR1, ovvero edifici in calcestruzzo armato con caratteristiche strutturali ed energetiche che si discostano maggiormente da quanto prescritto dalle normative più attuali.

Si tratta di un edificio unifamiliare di tre piani fuori terra ed un piano interrato, il cui scheletro resistente è costituito da travi in spessore di solaio, di altezza 22 cm e base variabile da 30 a 100 cm, e pilastri quadrati di lato 30 cm. A questi si aggiunge il muro perimetrale che si sviluppa, a partire dal piano di fondazione, per l’intera altezza del piano interrato, e il setto in corrispondenza della scala, avente forma in pianta ad arco di circonferenza. Il sistema di fondazioni è costituito da plinti quadrati, da un plinto doppio e dalle suole di fondazione del muro perimetrale e della parete della scala. I solai sono realizzati in latero-cemento e hanno spessore pari a 18+4 cm.

La consultazione degli elaborati architettonici e delle tavole di carpenteria del progetto originale ha consentito lo sviluppo di un accurato confronto tra i quantitativi di armatura previsti originariamente con quelli ricalcolati in ottemperanza alle Norme Tecniche per le Costruzioni. Tale confronto è alla base della definizione del grado di difformità, parametro mediante il quale viene caratterizzato strutturalmente il caso studio, nonché indice della vulnerabilità strutturale dell’edificio.

La riprogettazione è stata condotta in modo tale da minimizzare le differenze con il progetto originale, così da rendere possibile un immediato confronto tra le due soluzioni in relazione ai soli quantitativi di armatura. In particolare non cambiano le dimensioni geometriche degli elementi strutturali (ad eccezione della riduzione della dimensione di base di alcune travi che non soddisfaceva quanto prescritto nel paragrafo §7.4.6.1.1 delle NTC), la loro posizione all’interno dell’organismo resistente e le proprietà meccaniche dei materiali impiegati (calcestruzzo C20/25 e acciaio B450C).

modello strutturale, implementato con l’ausilio del software DOLMEN di CDM DOLMEN Srl

Figura 2 - Modellazione in DOLMEN 

Il modello strutturale, implementato con l’ausilio del software DOLMEN di CDM DOLMEN Srl di Torino, è stato realizzato a partire dai dati geometrici acquisiti mediante la consultazione degli elaborati architettonici e strutturali originali (si veda Figura 2). È stata attribuita classe di duttilità bassa “CDB” ed è stata adottata l’analisi statica lineare per la definizione delle sollecitazioni in presenza di azione sismica.

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