Vulnerabilità e fragilità sismica di unità intercluse in aggregato: un caso studio

Il problema degli edifici aggregati è uno dei più complessi per quanto riguarda le strutture esistenti ed è per questo che sono in corso numerosi studi teorici anche per determinare metodologie semplificate.

Partendo dal caso studio di un aggregato edilizio rappresentativo del costruito storico del comune partenopeo è stata eseguita un’analisi parametrica per definire le curve di fragilità caratteristiche di un’unità strutturale interclusa.

Nell’articolo è sintetizzata l’attività di studio sviluppata, nell’ambito della Linea di Ricerca WP2 CARTIS del Progetto DPC-ReLUIS 2019-2021, dall’Unità n. 31  sul comportamento sismico di unità intercluse appartenenti ad aggregati edilizi di Cercola, un comune della città metropolitana di Napoli. 

Il caso studio di unità intercluse appartenenti ad aggregati edilizi di Cercola 

Nell’ambito del Task 2.3.2 “Vulnerabilità delle murature” del Progetto Esecutivo DPC-ReLUIS 2019-2021, l’Unità di ricerca n. 31, coordinata da Antonio Formisano, ha sviluppato analisi di vulnerabilità sismica, mediante approccio meccanico, per edifici in aggregato desunti a partire dal database CARTIS. 

L’attività è stata condotta relativamente al Comune di Cercola, in provincia di Napoli, selezionando come caso studio un aggregato tipo in muratura oggetto di precedenti e più approfonditi studi (Formisano et al., 2021).

L’aggregato edilizio selezionato ha una forma in pianta regolare con copertura piana praticabile e presenta un numero di piani pari a 3. L’edificio è costituito da 4 unità strutturali (U.S.), mutuamente interconnesse, che occupano sia posizione di testata (unità esterne) che posizione interclusa (unità interne) (Fig. 1).

 Figura 1 – Individuazione dell’aggregato oggetto di studio

Da un punto di vista tipologico-strutturale l’agglomerato edilizio non presenta disomogeneità costruttive ed è costituito da muratura di tufo napoletano a conci sbozzati con spessori variabili dagli 80 cm a piano terra ai 65 cm agli altri due piani fuori terra. L’altezza media di interpiano è pari a 3.5 m. Per quanto riguarda le strutture orizzontali, l’intero aggregato presenta a piano terra sistemi voltati (volte a padiglione) aventi spessore medio in chiave di 19 cm, mentre per i successivi due livelli è stata riscontrata la presenza di solai in ferro e tavelloni. 

Partendo da tale caso studio ed eseguendo un’analisi parametrica, facendo variare caratteristiche tipologiche e meccaniche delle unità strutturali di aggregato, è stato analizzato il comportamento globale di un’unità strutturale interclusa al fine di individuarne le curve di fragilità meccaniche caratteristiche.

Data la mancanza di informazioni riguardanti la caratterizzazione meccanica dei materiali e di apposite indagini in situ, si è considerato un livello di conoscenza LC1, a cui corrisponde un fattore di confidenza (FC) pari a 1.35.  

Modellazione meccanica ed analisi parametrica

Per quanto riguarda il modello meccanico dell’U.S. di riferimento è stato adoperato il metodo a telaio equivalente con analisi pushover (Castagnone, 2017). Tale unità strutturale è stata schematizzata mediante una serie di macroelementi tra loro interconnessi (Fig. 2).  

Figura 2 – Ubicazione dell’aggregato studio (a) e modello ai macro elementi della U.S. di riferimento (b)

Le analisi non lineari sono state eseguite secondo le due direzioni principali X e Y considerando le due distribuzioni di forze previste dalle NTC 2018. Il modello 3D ai macroelementi della struttura è stato successivamente trasformato nel cosiddetto modello a "telaio equivalente" per l’esecuzione delle analisi sismiche non lineari, dove sono stati definiti i criteri di resistenza di maschi e fasce sulla base delle disposizioni della norma EN 1998-3 (2005), nella quale i drift ammissibili per collasso a taglio e a flessione sono stati rispettivamente assunti pari allo 0,4% e allo 0,6%.

La parametrizzazione dei dati di input (altezze di interpiano, tipologia di solai e spessore della muratura) ha permesso di implementare 480 modelli strutturali. A scopo dimostrativo, in Figura 3, sono riportate le curve di capacità SDoF dell’U.S. nelle due direzioni principali di analisi, trascurando quelle che si generano considerando in maniera semplificata le eccentricità accidentali, positive e negative, fra centro di massa e centro di rigidezza previste dalla normativa vigente (NTC, 2018; CM, 2019).  Le analisi statiche non lineari sono state interrotte al 20% di decadimento della massima resistenza a taglio.

In Figura 3 le curve evidenziate in rosso rappresentano le curve caratteristiche dell’U.S. di riferimento. 

Figura 3 – Curve di capacità dell’U.S. di studio: sistema MDOF in direzione X (a) e Y (c) e sistema SDOF in direzione X (b) e Y (d)

Curve di fragilità sismica e confronti empirico-meccanici

Come è noto, le curve di fragilità di una struttura rappresentano la sua probabilità di superare una soglia di danno generico DK per un valore predeterminato di una Misura di Intensità (IM), generalmente rappresentata dalla PGA o dallo spostamento spettrale Sd. Tali curve, dunque, si definiscono mediante la funzione di distribuzione lognormale dipendente dal valore della media (IMLS), ossia dal valore di intensità di misura corrispondente al 50% della probabilità di ottenere la soglia di danno Di, e dalla dispersione β del logaritmo naturale per la soglia di danno i-esima considerata. Nel caso specifico, esse sono state derivate facendo variare la domanda sismica sulla base dei valori riscontrati sul territorio nazionale e valutando per ogni step di PGA (compresa tra 0.04g a 0.35 g) l’indice di rischio per i quattro stati limite di riferimento (SLO, SLD, SLV e SLC).

Successivamente, le curve di fragilità ottenute sono state confrontate con quelle empiriche previste dalla Building Typology Matrix (BTM) per la medesima classe tipologica di edifici investigati. 

Le curve di fragilità empiriche sono state ottenute in accordo ai seguenti step:

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Si ringrazia l'Ordine degli Ingegneri di Torino per la gentile collaborazione.