Miglioramento sismico di un edificio in c.c.a.: modalità operative e metodologie applicate

Lo scopo della presente trattazione è quello di mettere chiarezza sulle modalità operative e metodologiche di tecniche di ingegneria strutturale ed antisismica. Si procederà con una parte teorica derivante dall’applicazione concreta di prove di simulazione di calcolo con software leader nel mercato italiano, continuando con l’applicazione di metodologie avanzate regolamentate e testate da molte università sia italiane che estere.

Alla base di questa metodologia applicativa vi è la necessità di recuperare sismicamente fabbricati in conglomerato cementizio armato lavorando solamente dall’esterno e quindi agendo sui telai di bordo resistenti a momento come nel seguito specificato.

 

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Analisi del sistema strutturale 

Strutture intelaiate

Sono molto impiegate le strutture intelaiate costituite in entrambe le direzioni da telai resistenti a momento che si distinguono da telai controventati per la presenza di diagonali controventi. Nei telai resistenti a momento la resistenza laterale è fornita dalla rigidezza della connessione tra travi e colonne, sia essi in conglomerato armato che in acciaio o in legno.

Vale da se che il principale problema di dette strutture è da ricercare proprio nei nodi travi/colonne. Sono stati riscontrati molti danni strutturali derivanti proprio dal collasso di nodi e/o piani deboli generati in corrispondenza di una o entrambe le direzioni principali. Per opere in calcestruzzo le forti concentrazioni di sforzi nei collegamenti, solitamente sviluppa elevate quantità di armature con richiesta di ottime caratteristiche del calcestruzzo di getto. Da ciò scaturisce elevata specializzazione non solo nella progettazione, ma anche nella pura esecuzione e costruzione di tali nodi strutturali.

Intelaiature in acciaio o in legno hanno gli stessi problemi. Le connessioni devono essere molto bene studiate ed eseguite al fine di evitare rovinosi crolli in seguito ai soliti terremoti di progetto.

Altro aspetto è la realizzazione di strutture leggere intelaiate con telai bidirezionali resistenti a momento. In tali casi, gli spostamenti possono essere molto importanti, soprattutto quelli di drif, spostamenti di interpiano, o di movimenti laterali globali.

Nelle figure che seguono è indicato un esempio di fabbricato in cemento armato intelaiato con telai resistenti a momento. Per edifici di altezza media o bassa in pratica professionale si preferiscono telai sismo-resistenti a griglia, differenti dai telai sismo-resistenti perimetrali, ove i pilastri e le travi centrali sono dimensionati a contenere le sole forze di natura statica.

 

 miglioramento-sismico-edificio-cca_ing-albano_01.JPGFigura 2.1 – Edificio intelaiato in c.c.a.

 

I primi hanno lo svantaggio che tutte le membrature dovranno essere progettate in duttilità in entrambe le direzioni di aggressione sismica. I pilastri d’angolo, essendo quelli più scarichi staticamente, possono essere soggetti a fenomeni di distacco dal suolo, come verificato nei paragrafi precedenti nel nostro caso studio.

sistemi a telai sismo-resistenti perimetrali hanno il vantaggio di garantire maggiori luci interne all’edificio con aumento degli spazi architettonici. Elevata è la iperstaticità come anche la resistenza torsionale. Considerato che tali sistemi sono utilizzati per edifici ad elevata altezza e a pianta compatta e regolare, probabilmente è bene, in tali casi, optare per telai in acciaio e lasciare i vani scala ed ascensori interni al c.c.a.

 

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Figura 2.2 – Carpenteria piano tipo sistema a telai sismo-resistenti a griglia

 

Controventature

Nel paragrafo precedente abbiamo accennato all’importanza dei telai resistenti a momento. Spesso, soprattutto in tipologie strutturali concepite in acciaio, si usano i controventi. Il vantaggio dei controventi è che elargiscono elevata rigidezza e resistenza laterale a scapito, probabilmente, della duttilità in quanto, il principale modo di collasso derivante è quello per instabilità.

In figura 2.3 è consegnato un esempio di edificio in acciaio con controventi concentrici a X. Essi dovrebbero essere progettati in modo da arrivare allo snervamento prima delle membrature (travi e pilastri) al fine di garantire duttilità. Un aspetto interessante di questa tipologia di controventi è che se dovessero raggiungere lo snervamento in una direzione, lo stesso elemento, nell’altra direzione, potrebbe quasi certamente instabilizzarsi con le ovvie pericolose conclusioni. Tale fenomeno tende ad essere pronunciato con la snellezza delle sezioni degli elementi costituenti la controventatura.

 

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Figura 2.3 – Fabbricato con controventi concentrici ad X

 

Nella pratica professionale si possono anche riscontrare casi di controventi singoli in una sola direzione (figura 2.4a) o alternati (figura 2.4b).

 

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Entrambe le soluzioni sarebbero da evitare in quanto la soluzione della prima figura 2.4 è flessibile nella direzione di compressione. Mentre la seconda della stessa figura potrebbe generare un piano soffice per la crisi a compressione alternata dei controventi.

Qualora le campate non siano singole, è possibile utilizzare controventi unici come evidenziato nelle figure 2.5 e 2.6.

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Sono possibili altre soluzione di controventi. Come la tipologia a V o a V capovolta. Per queste tipologie occorre fare particolare attenzione in quanto bisogna evitare che l’instabilità a compressione dei controventi sia inferiore all’azione assiale di snervamento per trazione degli stessi. Le conseguenze sono sempre legate ad una riduzione della duttilità globale della struttura.

Come pure sono da evitare, in quanto non ammessi in zona sismica dalle più importanti normative internazionali, i controventi a K. La motivazione è semplice da spiegare. Quando i controventi raggiungono lo snervamento ne risulta una forza orizzontale non equilibrata che va ad agire direttamente contro la pilastrata generando rovinosi crolli. Infatti, nei controventi a V o V capovolta tale forza non equilibrata va ad agire in corrispondenza delle travi di solaio (che poi la trasferiscono ai pilastri); in questi controventi a V, invero, sono interessate direttamente le colonne che subiscono la cuspide dei controventi a K.

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Ringraziamenti

Un mio pensiero speciale va una persona, a mio modesto avviso, speciale che mi ha permesso di far parte di un gruppo di lavoro con una prospettiva più ampia di quella che fino ad oggi avevo immaginato nell’esercizio della mia professione di consulente in ingegneria strutturale ed antisismica. Ho dovuto, per l’ennesima volta e con grande fatica, rimettere in discussione le mie convinzioni per comprendere altri punti di vista e imparare a coniugare tanti “saperi” ed a cambiare il mio modo di analizzare le questioni per tener conto di come la pensavano altri specialisti di altre discipline, imprenditoriali, aziendali, fiscali, architettoniche di ultima generazione, solo per citarne alcune. Solo in questo modo ho potuto ampliare i miei orizzonti oltre le mie competenze in ambito strutturale a servizio della comunità ai fini dell’applicazione di tecniche avanzate dell’ingegneria strutturale ed antisismica e della progettazione architettonica nonché del risparmio energetico. 

Grazie Maurizio, de Martino.

Bibliografia

  • Progettazione Antisismica. Marzo 2021. Dott. ing. Giuseppe Albano. Legislazione Tecnica s.r.l.
  • NTC 2018 e Circolare applicativa.
  • Kerakoll S.p.A. - www.strutturale.kerakoll.com
  • SIS.MI.C.A. Logica TRE s.r.l.

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