Ricostruire "come era e dove era": da ENEA alcune proposte "antisismiche" per città più resilienti

Le proposte del SISEB (Struttura di isolamenti sismico per edifici esistenti) e del SIP (Piattaforma Isolata Sismicamente) applicabili anche agli edifici aggregati

Dall'esperienza dell'Italia Centrale per "ri-pensare" a modelli di città più sicure e resilienti.

La sequenza sismica che ha colpito l’Italia centrale, a partire dal 24 agosto 2016, ha causato molte vittime e il crollo di interi centri storici nell’area epicentrale. Pochi sono gli edifici che, pur se seriamente danneggiati, potranno essere recuperati mentre gran parte di essi dovrà essere ricostruita. 

Come spesso si ripete in questi casi, la ricostruzione va presa come un’occasione per realizzare città più sicure e più resilienti: prima o poi il sisma si verificherà di nuovo e non dovrà produrre gli stessi effetti disastrosi. Il problema riguarda sia la realizzazione di nuove costruzioni sia il recupero e il miglioramento di quelle esistenti. Il punto di partenza non è certamente incoraggiante. Il livello di sicurezza degli edifici in Italia è, infatti, alquanto basso come dimostrano gli ingenti danni che sempre si registrano a seguito degli eventi sismici. I motivi sono da ascriversi alla tardiva classificazione sismica del territorio italiano ma anche alla scarsa manutenzione degli edifici. Infine, va ricordata la presenza di edilizia storica, per la quale esistono vincoli architettonici importanti e che, nel rispetto della nostra cultura, va salvata per garantirne la fruibilità alle future generazioni. 

Nuova filosofia nella progettazione antisismica

Non c’è dubbio che debba essere favorita una nuova filosofia nella progettazione antisismica, che si basi sul criterio di realizzare Zero Earthquake-Damage Buildings (ZED Buildings), ossia strutture capaci di sopportare le azioni sismiche di progetto senza danni, rimanendo sostanzialmente in campo elastico

In zone a bassa sismicità, tale obiettivo può essere perseguito utilizzando tecnologie tradizionali, accettando un lieve incremento dei costi di costruzione. In zone ad alta sismicità, invece, le tecniche tradizionali potrebbero comportare risultati non soddisfacenti in termini architettonici e/o economici; pertanto è auspicabile il ricorso alle moderne tecnologie antisismiche, quali l’isolamento sismico e la dissipazione di energia, che possono garantire un adeguato livello di sicurezza e, allo stesso tempo, accettabili tempi di costruzione e costi. 

È ben noto come mediante l’isolamento sismico si ottenga un aumento del periodo proprio di vibrazione e, quindi, una cospicua riduzione delle accelerazioni nella sovrastruttura ma, al contempo, un aumento degli spostamenti. Questi, però, sono concentrati alla base della struttura, negli isolatori, lasciando invece che la sovrastruttura si comporti quasi come un corpo rigido. Ovviamente l’adozione dell’isolamento sismico richiede che la conoscenza dell’input sismico al sito sia particolarmente accurata.  

Il numero di strutture protette da sistemi di protezione passiva, quali l’isolamento sismico e la dissipazione di energia, ammonta oramai ad alcune decine di migliaia in oltre trenta paesi e include sia strutture civili, residenziali e strategiche, sia industriali, inclusi impianti a rischio di incidente rilevante. In Italia, l’adozione dell’isolamento sismico si è diffusa soprattutto a seguito del terremoto dell’Aquila del 2009, grazie anche al progetto C.A.S.E.. Edifici dotati di isolatori elastomerici, come quelli del Centro di Protezione Civile di Foligno, hanno mostrato un ottimo comportamento anche in presenza di eventi sismici di bassa energia al sito, quali quelli della recente sequenza sismica dell’Italia centrale. 

Alcune applicazioni in Giappone e in Cina hanno dimostrato la possibilità di realizzare complessi di edifici su ampie piattaforme isolate sismicamente, i cosiddetti "artificial ground" (Figura 1). In Italia un concetto simile è stato applicato per la nuova scuola Jovine di San Giuliano di Puglia (Figura 2) e per il già citato progetto C.A.S.E.. Soluzioni di questo tipo sono da preferire per gli aggregati edilizi, tipici dei nostri centri storici, come quelli danneggiati dalla sequenza sismica del 2016-2017 in Italia centrale.

La piattaforma unica presenta il vantaggio di ridurre i giunti e, quindi, le complicazioni in fase costruttiva e manutentiva. 

Nuove soluzioni per l'isolamento antisismico di edifici aggregati

Nel seguito si presentano due soluzioni per l’isolamento sismico degli edifici, valide anche per strutture complesse, come gli aggregati. La prima, relativa a edifici esistenti, consente l’isolamento degli stessi senza intervenire direttamente su di essi e viene ricordata perché da essa è scaturita la seconda che, invece, è relativa a edifici di nuova realizzazione. Quest’ultima sembra essere particolarmente idonea per la ricostruzione dei centri storici dell’Italia centrale.

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Figura 1. Vista laterale di un artificial ground a Tokyo, sul quale sono stati eretti 21 edifici alti da 6 a 14 piani.
Figura 2. L’edificio scolastico Jovine a San Giuliano di Puglia, durante la costruzione.
 

Edifici esistenti ed edifici di nuova realizzazione 

I centri storici italiani, costituiti da edifici in muratura portante, fanno parte del patrimonio culturale del nostro paese. Si tratta spesso di opere di inestimabile valore, la cui conservazione, al fine di consentirne la fruibilità alle future generazioni, è un nostro dovere. 

Va detto che il miglioramento o adeguamento sismico degli edifici storici è alquanto arduo, sia per la loro importanza storica sia per la presenza quotidiana di turisti. Le tecniche tradizionali, basate sull’incremento di resistenza e duttilità, non sono idonee perché non garantiscono la reversibilità, utilizzano materiali incompatibili con quelli originali e possono comportare la variazione della concezione strutturale originaria. È importante ricordare che gli edifici storici sono sati costruiti spesso senza tener conto delle azioni simiche e, di conseguenza, sono molto vulnerabili anche a terremoti di media energia. Infatti, spesso presentano punti deboli, quali forma irregolare sia in pianta che in altezza, solai deformabili e fondazioni superficiali. 

In occasione di terremoti violenti, le strutture tradizionali possono essere garantite rispetto al collasso ma non essere preservate da danni, anche pesanti, agli elementi strutturali e non strutturali. È evidente che per gli edifici storici, afferenti alla sfera dei beni culturali, debba essere trovato un giusto equilibrio tra la sicurezza e la conservazione, accettando un miglioramento sismico che conservi le caratteristiche originali, l’identità e il valore storico. 

L’isolamento alla base è una soluzione idonea per l’adeguamento sismico dei beni storici poiché, puntando alla riduzione delle azioni sismiche agenti sulla struttura piuttosto che affidarsi alla sua resistenza e duttilità, evita danni significativi ad essa e al suo contenuto, anche in occasione di eventi violenti senza però apparire invasivo. 

Per gli edifici crollati durante il sisma, si pone il problema della scelta della tecnica di ricostruzione.

È possibile ricostruire “come era e dove era”?

In alcuni casi, quelli di aree in frana o caratterizzate da amplificazioni sismiche notevoli, è sconsigliabile ricostruire nello stesso sito, ossia continuare a sfidare la natura laddove è stata già nemica. Inoltre, gli edifici dovranno essere conformi agli attuali criteri di sicurezza; pertanto, anche il “come era” va ridefinito. 

L’isolamento sismico rappresenta un’idonea soluzione anche nella ricostruzione di edifici storici e di interi centri, facendo in modo che i nuovi abbiano la stessa forma e lo stesso aspetto architettonico dei precedenti nonché la stessa distribuzione spaziale. La regolarizzazione del comportamento è ottenuta semplicemente posizionando i dispositivi di isolamento in modo appropriato. 

Poiché la proposta che si vuole presentare scaturisce da una precedente idea per gli edifici esistenti, si ritiene utile richiamare dapprima quest’ultima. 

Il SISEB: la struttura di isolamento sismico per edifici esistenti 

Il sistema che si propone consiste nella realizzazione di una piattaforma isolata sotto al piano delle fondazioni di un singolo edificio o di un aggregato strutturale di dimensioni anche grandi, come accade spesso nei nostri centri storici (Figura 3). Da una trincea scavata al lato dell’area d’interesse, dove viene realizzata un’apposita struttura di contrasto, si inseriscono dei tubi affiancati per tutta la lunghezza interessata dall’intervento. Successivamente, si crea un piano di discontinuità in corrispondenza della sezione diametrale orizzontale dei tubi stessi, dove vengono inseriti i dispositivi di isolamento sismico. Un doppio sistema di pareti laterali completa l’opera (Figura 4). 

Le fasi esecutive

Più in dettaglio, le fasi esecutive sono le seguenti:  

  1. Inserimento mediante tecnica “spingitubo” o “micro-tunneling” di tubi in c.a. o altro materiale, in conci di dimensione interna sufficiente a consentire la posa in opera degli isolatori e le successive ispezioni. L’inserimento va eseguito previo scavo di una trincea lungo un lato dell’edificio; la scelta della tecnica più idonea dipende dalle caratteristiche del sottosuolo; i tubi, affiancati per il successivo inserimento degli isolatori, vanno inseriti a una profondità, da definire caso per caso, che lasci inalterata l’intera costruzione. Al fine di facilitare le successive operazioni, i tubi devono essere composti di due settori cilindrici, superiore e inferiore, connessi tra di loro tramite elementi removibili (Figura 5);  
  2. Inserimento dei dispositivi di isolamento sismico e sconnessione tra settori cilindrici superiori ed inferiori. In corrispondenza delle posizioni dei dispositivi di isolamento, si rimuovono gli elementi di collegamento tra i settori cilindrici e si inseriscono i dispositivi di isolamento, previa esecuzione di eventuali collegamenti definitivi tra i tubi adiacenti. Successivamente, si smontano gli altri elementi di collegamento, creando la discontinuità tra i settori cilindrici superiori e inferiori, che restano collegati esclusivamente tramite gli isolatori;   
  3. Realizzazione di pareti verticali lungo i quattro lati dell’edificio. Lungo il perimetro dell’edificio, a una distanza opportuna da esso da valutare cilindrici caso per caso, vanno realizzate due serie di pareti: quelle interne, che vanno collegate ai settori cilindrici superiori, e quelle esterne, che vanno collegate ai settori cilindrici inferiori.  
  4. Ne risulta una vasca interna, composta dai settori cilindrici superiori e dalle pareti interne, appoggiata tramite gli isolatori su una vasca esterna, composta dai settori cilindrici inferiori e dalle pareti esterne. Il terreno nella vasca interna va consolidato per garantirne un comportamento rigido; tale operazione può essere eseguita anche preventivamente, al fine di lavorare in maggior sicurezza.  

Struttura di isolamenti sismico per edifici esistenti  (SISEB)

Figure 3. Struttura di isolamenti sismico per edifici esistenti  (SISEB)         SISEB: sezioni longitudinale e trasversale.

Figure 4. SISEB: sezioni longitudinale e trasversale.  

SISEB: concio di tubo composto di due settori cilindrici, superiore e inferiore, connessi tra di loro tramite elementi removibili.

Figure 5. SISEB: concio di tubo composto di due settori cilindrici, superiore e inferiore, connessi tra di loro tramite elementi removibili. 

Il sistema è stato proposto per l’adeguamento sismico di alcuni edifici a L’Aquila, a seguito del sisma del 2009, a dimostrazione della sua fattibilità economica rispetto a interventi tradizionali (Figura 6). 

SISEB proposto per Palazzo Margherita e per il Palazzo del Governo, L’Aquila

Figure 6. SISEB proposto per Palazzo Margherita e per il Palazzo del Governo, L’Aquila.

Il SIP: la piattaforma isolata sismicamente per edifici di nuova realizzazione 

Un simile basamento isolato sismicamente può essere realizzato per edifici di nuova costruzione di qualsiasi tipo di materiale. Si tratta di una piastra in cemento armato, alleggerita mediante tubi in vetroresina o altro materiale, di opportuno diametro, poggiata sul suolo previo scavo e preparazione dell’area (Figura 7). 

Il basamento è composto da due parti, generalmente disposte simmetricamente rispetto a un piano orizzontale; quella inferiore è poggiata sul terreno, mentre su quella superiore viene eretto l’edificio (Figura 8). Tra le due parti vengono inseriti i dispositivi di isolamento sismico, al fine di ottenere il disaccoppiamento tra il moto della parte superiore, e quindi della sovrastruttura, e quello della parte inferiore, ossia del terreno. Pareti perimetrali, connesse alla parte inferiore completano la struttura, tra di esse e la parte superiore potrebbero essere inseriti dispositivi di dissipazione. 

Rispetto al precedente, questo sistema è rivolto agli edifici di nuova realizzazione e prevede l’utilizzo di tubi in vetroresina con aggrappaggio migliorato. I tubi non vengono spinti ma posizionati come una cassaforma collaborante per il getto di calcestruzzo e costituiscono anche un sistema protettivo per il calcestruzzo durante la vita dell’opera. 

Il sistema può essere organizzato in moduli, ciascuno composto di tubi paralleli, aventi un diametro non inferiore a 1.2 m, al fine di consentire l’ispezione e la sostituzione, di lunghezza opportuna, posti con un interasse di almeno 2.0 m, in modo da poter posizionare i dispositivi di isolamento tra di essi (Figura 9). Il sistema può essere composto da più moduli, connessi tra loro tramite le solette inferiore e superiore, lasciando anche un opportuno spazio di passaggio per l‘ispezione e la sostituzione (circa 2.0 m). I tubi in vetroresina, dopo la produzione in stabilimento, vengono tagliati all’altezza voluta, generalmente a metà. 

Le fasi di costruzione

La costruzione avviene secondo le seguenti fasi: 

  • Preparazione dell’armatura della parte inferiore dalla piattaforma e getto del calcestruzzo della soletta inferiore, di idoneo spessore; 
  • Posizionamento dei settori cilindrici inferiori in vetroresina e getto del calcestruzzo al di sotto di essi, avendo predisposto opportune dime o, in alternativa, i fori per gli ancoraggi dei dispositivi di isolamento sismico, da riempire successivamente mediante iniezioni di malta a stabilità volumetrica; 
  • Posizionamento degli isolatori; 
  • Posizionamento dei settori cilindrici superiori con l’ausilio di un’opportuna centina; 
  • Posizionamento dell’armatura della parte superiore della piattaforma e getto del calcestruzzo tra i settori cilindrici superiori; 
  • Getto del calcestruzzo della soletta superiore, di idoneo spessore. 

La piattaforma isolata sismicamente potrebbe trovare applicazione nella ricostruzione dei centri storici distrutti da eventi sismici, come quelli dell’Italia centrale (Figura 10), caratterizzati da aggregati complessi di edifici in muratura, aventi forme irregolari sia in pianta che in elevazione, rendendo possibile la ricostruzione “come era e dove era”, almeno nei limiti già evidenziati.

Piattaforma Isolata Sismicamente (SIP)

Figura 7. La Piattaforma Isolata Sismicamente (SIP). 

Piattaforma Isolata Sismicamente (SIP)

Figura 8. SIP: esempi di sezioni longitudinale e trasversale.  

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