Superbonus e murature: ecco come individuare gli elementi da sottoporre a prova

Punto di partenza: la conoscenza della struttura

Alla base di qualsiasi intervento strutturale generico, incluso il sismabonus potenziato (110%), deve esserci un’adeguata conoscenza dell’edificio esistente sia dal punto di vista meccanico (prove in situ e/o laboratorio) sia dal punto di vista geometrico (rilievo e indagine).

In questo ambito, uno dei problemi più articolati nell’analisi degli edifici esistenti (e non solo) è la definizione del numero di prove necessarie a raggiungere un livello di conoscenza idoneo per la costruzione oggetto di intervento. Naturalmente tutte le ipotesi iniziali sono il punto di partenza per decidere, successivamente, la tipologia di interventi da adottare (interventi locali, miglioramento oppure adeguamento). È senza dubbio uno step progettuale importante che assieme alla caratterizzazione storica e puramente geometrica permette di raggiungere gli obiettivi prefissati.

I limiti di budget imposti dai committenti, però, non permettono sempre un numero esaustivo di indagini e prove per definire in modo corretto la struttura da analizzare. In tal senso, quindi, è necessario un approccio scientifico con il quale scegliere gli elementi da sottoporre a test.

Cosa dice la normativa sulle prove nelle strutture in muratura

Per quanto concerne le ispezioni e le prove, le NTC2018 e la Circolare 2019 non prescrivono quante prove siano necessarie per caratterizzare un edificio in muratura. A tal proposito, il paragrafo C8.5.1.1 sottolinea che “in relazione al numero delle indagini e alle modalità con cui condurle, la grande varietà tipologica e la frequente presenza di stratificazioni temporalmente successive, come avviene, in particolare, negli edifici storici, rende priva di significato la prescrizione di una precisa quantità e tipologia di indagini, anche in vista del fatto che, talvolta, l’individuazione delle situazioni di vulnerabilità risulta più significativa della stessa caratterizzazione dei materiali. L’esecuzione delle indagini deve seguire protocolli operativi e interpretativi di comprovata validità.”

Data questa aleatorietà è difficile dimostrare la bontà delle scelte operate dal progettista (responsabile) in quanto, come anticipato in premessa, non sempre esiste la possibilità economica di condurre una campagna di indagini e prove per raggiungere una conoscenza estesa dell’edificio. Infatti, se si tratta di edifici pubblici di una certa rilevanza, la spesa per i test può essere ampiamente giustificata mentre per edifici privati, magari anche abitazioni unifamiliari, quasi mai è possibile inserire a budget una campagna di caratterizzazione meccanica completa.

Per cercare di far chiarezza, in primis, consideriamo le indicazioni impartite dell’EC8 (Figura 1). Osservando il prospetto 3.2 salta subito all’occhio come anche per un piccolo edificio il numero di indagini e di campioni da analizzare diventi non trascurabile, soprattutto, se si deve mettere in conto i ripristini, qualora lo stesso edificio risulti abitato. Volendo raggiungere un livello di ispezione e prova esteso, l’EC8 prescrive di effettuare ispezioni per almeno il 50% degli elementi e due campionamenti per ogni piano. Ovviamente, il costo di tali indagini e prove è senza dubbio impegnativo sia dal punto di vista economico sia dal punto di vista operativo (spostamento di arredi ecc.).

Figura 1 – Prospetto 3.2 EC8 per la definizione delle indagini e delle prove 

Interessante, invece, è l’interpretazione della UNI CEN/TS 17440:2020 “Valutazione e intervento sulle strutture esistenti”. A riguardo delle “indagini sullo stato di conservazione” al paragrafo 5.5.2 la norma evidenzia che “l’attenzione principale è spesso rivolta a quegli elementi strutturali che influenzano in modo più decisivo il comportamento del sistema”. Questa indicazione è di notevole utilità pratica in quanto permette di localizzare le indagini e le prove in funzione del cimento strutturale degli elementi facenti parte dell’edificio.

La definizione di una strategia operativa basata su un approccio scientifico

Se a tale suggerimento si abbinano le prescrizioni contenute nel D.P.C.M. 09/02/2011 (Rischio sismico del patrimonio culturale) allora è possibile definire una strategia operativa interessante. Infatti, il paragrafo 4.1.7 del D.P.C.M. 09/02/2011 suggerisce che “la programmazione delle indagini e la interpretazione dei risultati va pertanto inquadrata in procedure di carattere più complessivo, nelle quali possa assumere significato anche l’impiego di un solo dato sperimentale.”

Ovviamente non tutti gli edifici sono vincolati e sottoposti alle prescrizioni del D.P.C.M.; tuttavia anche le NTC2018 e la Circolare 2019 propongono un percorso logico di conoscenza che passa per l’analisi storica e per il rilievo. 

In sintesi, i punti salienti per una caratterizzazione e definizione degli elementi di un edificio, considerando le varie indicazioni normative, sono:

• effettuare un’analisi storica dell’edificio con l’intento di suddividere in gruppi omogenei le strutture verticali (NTC 2018 e Circolare 2019);
• effettuare un rilievo completo ed individuare gli elementi strutturali come i maschi murari e non-strutturali come le partizioni (NTC 2018 e Circolare 2019);
• limitare il numero delle prove in conformità al D.P.C.M. 09/02/2011;
• effettuare le indagini tenendo in considerazione le indicazioni della Circolare 2019;
• scegliere quali elementi sottoporre ad indagine e prova in accordo con le aziende di diagnostica (UNI CEN/TS 17440:2020).

Quanto asserito deve essere comunque integrato con un’altra indicazione importante.

Il paragrafo C8.5.1 della Circolare 2019 sottolinea che «Il piano delle indagini, ad esempio, può essere efficacemente indirizzato, in relazione sia alla tipologia delle prove, sia alla loro localizzazione, da un’analisi basata su dati preliminari relativi alle caratteristiche geometriche, costruttive e dei materiali. In tal modo è possibile identificare le zone critiche nei riguardi degli stati limite ultimi, investigando eventualmente la sensibilità della risposta alle incertezze sui principali parametri, e quindi razionalizzare il piano delle indagini sperimentali, anche in considerazione della loro onerosità ed invasività.»

In pratica la Circolare 2019 suggerisce di applicare un approccio scientifico (investigando la sensibilità) alla scelta degli elementi da sottoporre a prove e/o indagini. Quest’ultima indicazione sembra essere in buon accordo con quanto riportato nella UNI CEN/TS 17440:2020 e anche con il D.P.C.M. 09/02/2011: la scelta degli elementi deve essere accuratamene valutata in modo tale da restringere il campo d’invasività.

Quale metodo scientifico?

Elencati i criteri e una possibile metodologia per definire la quantità di indagini e prove da effettuare è necessario, quindi, ricercare una procedura per identificare gli elementi “principali” da sottoporre a diagnostica.

In tal senso è stato sviluppato dallo scrivente, l’applicativo S.P.I.D.E.R. (Simulazione Predittiva per l’Identificazione e la Diagnostica di Elementi in muRatura).

Figura 2 - Flow chart S.P.I.D.E.R.

L'applicativo (Figura 2) ha come obiettivo:

• investigare la sensibilità della risposta alle incertezze sui principali parametri (C8.5.1 Circolare 21/01/2019);
• individuare gli elementi strutturali che influenzano “in modo decisivo” il comportamento del sistema (5.5.2 UNI CEN/TS 17440:2020);
• individuare il numero di elementi da sottoporre ad indagine e prova (prospetto 3.2 Eurocodice 8);
• supportare matematicamente il “team multidisciplinare di esperti” (D.4.3.1 CEN/TS 17440:2020);
• limitare le indagini e le prove per salvaguardare la conservazione del manufatto (D.P.C.M. 09/02/2011).

Il team multidisciplinare è un nuovo concetto introdotto all’appendice D della UNI CEN/TS 17440:2020 “la valutazione preliminare dovrebbe essere effettuata nell’ambito di un team multidisciplinare di esperti e dovrebbe considerare, per quanto possibile, i documenti del patrimonio culturale disponibili.” Secondo questo suggerimento, il progettista dovrebbe essere colui che propone gli elementi da sottoporre all’attenzione dei tecnici diagnostici nonché alle altre figure in funzione dell’importanza dell’opera (storico, archeologo, geologo ecc.).

Sostanzialmente, l’applicativo S.P.I.D.E.R. attraverso un algoritmo di ottimizzazione strutturale non lineare ricerca gli elementi più sollecitati al variare dei parametri strutturali riportati nella Tabella C8.5.I della Circolare 2019. Effettuando molteplici analisi la procedura ricerca la combinazione di parametri (ad esempio di moduli elastici) che massimizzano il valore della forza sismica in un determinato piano.

Oltre a questo, S.P.I.D.E.R. permette anche di ricercare gli elementi più sollecitati in funzione di diversi parametri (taglio, compressione ecc.). Il vantaggio è indubbio: definire sia quali pannelli sottoporre a test sia definire quali tipologie di prova attribuire a tali pannelli (martinetti piatti ecc.)

Un esempio

S.P.I.D.E.R. è stato utilizzato per individuare gli elementi (facenti parte di un edificio sottoposto a vincolo dei Beni Culturali) da sottoporre a prove in situ con il fine di caratterizzarli secondo la Tabella C8.5.I della Circolare 2019. Definiti i setti murari e inseriti i range dove far variare i parametri (in questo caso i moduli elastici), il software propone sia la distribuzione delle forze sui pannelli sia il grafico con le sollecitazioni a taglio dei vari setti.

...l'articolo continua.

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Per maggiori informazioni sull'applicativo si consiglia di scrivere a ennio.casagrande@gruppocasagrande.it