Tecniche innovative di adeguamento sismico di edifici esistenti

Recenti indagini sperimentali condotte dall’Università degli Studi della Basilicata

I recenti eventi tellurici di media-elevata intensità hanno evidenziato che gli edifici esistenti, anche quando dotati di una certa resistenza alle azioni sismiche, riportano spesso danni alle parti strutturali e non strutturali di entità tale da renderli inagibili o non utilizzabili a meno di interventi di riparazione. Tale condizione, derivante dall’utilizzo di normative obsolete o anche dal rispetto di obiettivi prestazionali basati sul danneggiamento strutturale in caso di sisma, può risultare non più economicamente sostenibile per la società, soprattutto in un paese come l’Italia caratterizzato da una elevata pericolosità sismica e, in generale, da un’elevata vulnerabilità sismica del patrimonio edilizio convenzionale e di quello a carattere storico, artistico e monumentale.
Numerosi studi teorici, numerici e sperimentali sono stati condotti dal gruppo di ricerca in Ingegneria Sismica del Laboratorio prove Materiali e Strutture dell'Università degli Studi della Basilicata (UNIBAS) al fine di verificare l'efficacia di varie tecniche innovative di riparazione locale o di adeguamento/miglioramento sismico degli edifici esistenti, per la riduzione o eliminazione del danneggiamento. Tra le principali tecniche indagate negli ultimi anni vi sono l’isolamento sismico, la dissipazione di energia, il confinamento attivo degli elementi strutturali. Nel corso delle varie campagne sperimentali sono stati considerati diversi dispositivi e/o sistemi antisismici, basati su materiali/tecnologie attualmente disponibili o innovative. In questo lavoro è riportata una panoramica sugli sviluppi conseguiti nell’ambito di tali progetti di ricerca, una breve descrizione delle tecniche considerate e una sintesi dei principali risultati ottenuti.

Adeguamento sismico delle costruzioni esistenti mediante tecniche innovative

Le strutture esistenti progettate in assenza di specifiche normative sismiche sono caratterizzate, spesso, da carenze strutturali e/o da dettagli esecutivi insufficienti, tali da determinare danni rilevanti alle parti strutturali e non, o addirittura collassi, in occasione di terremoti anche di bassa/media intensità. Su tali aspetti non sempre è facile intervenire con le tecniche tradizionali, se non a costi a volte incompatibili con il valore intrinseco dell’immobile. Anche per le strutture di recente realizzazione, concepite con un comportamento strutturale dissipativo, gli obiettivi prestazionali prefissati dalle norme prevedono un danneggiamento controllato. In tali casi i costi per la riparazione possono risultare comunque eccessivi e in alcuni casi non immediatamente sostenibili.
Per tali ragioni la moderna concezione di strutture in zona sismica è orientata verso la progettazione di strutture a basso grado di danneggiamento (low-damage structures) con prestazioni più elevate rispetto a quelle attualmente ottenibili. Le tecniche di protezione sismica passiva applicate agli edifici nuovi o esistenti mirano ad ottenere tali obiettivi con costi comparabili o addirittura inferiori a quelli degli interventi tradizionali, se valutati nel medio periodo, considerando anche i costi di gestione (manutenzione strutturale, premi assicurativi, eventuali riparazioni, ecc.). Tali tecniche utilizzano differenti dispositivi antisismici che introdotti tra il terreno e la struttura o all’interno della stessa struttura tendono a ridurre la domanda sismica o a incrementare la dissipazione di energia modificando la risposta dinamica strutturale locale o globale [Skinner 1993; Song 1997; Naeim 1999; Constantinou et al. 2001, Dolce et al., 2010, Ponzo et al., 2010].
In Italia e in tutto il mondo sono stati effettuati diversi studi sperimentali su strutture reali o in scala ridotta, al fine di dimostrare l’efficacia delle tecniche di protezione passiva nel ridurre il danneggiamento legato all’effetto del sisma sulle strutture. Tra gli interventi di adeguamento sismico degli edifici esistenti, la tecnica basata sull’inserimento di sistemi di isolamento sismico alla base dell’edificio è sicuramente una di quelle più efficienti. L’intervento prevede l’inserimento di una discontinuità tra suolo e sovrastruttura tale da determinare un incremento del periodo fondamentale della costruzione, tale da allontanare la struttura dal campo delle massime accelerazioni spettrali, o, in alternativa di limitare la massima forza orizzontale trasmessa alla sovra struttura.
Un approccio alternativo consiste nell’inserimento, all’interno della maglia strutturale esistente, di un sistema specializzato nella dissipazione di energia, attraverso l'introduzione di sistemi di controventi equipaggiati con speciali dispositivi dissipativi. Tale tecnica rappresenta una delle soluzioni ottimali per l’adeguamento di strutture intelaiate, soprattutto nel caso in cui non ricorrano le condizioni per l’applicazione dell’isolamento: es. corpi strutturali separati da giunti sismici inadeguati, riserva di resistenza orizzontale della struttura insufficiente.
Tra gli interventi locali su elementi strutturali in cemento armato o in muratura, la tecnica di rinforzo basata sul confinamento attivo, con o senza l’aggiunta di elementi dissipativi, consente di ottenere significativi incrementi della resistenza e della duttilità globale della struttura. Nei paragrafi seguenti sono descritti, in sintesi, gli aspetti principali relativi alle tecniche di rinforzo locale o di adeguamento sismico studiate nel corso dei principali progetti di ricerca sviluppati dal gruppo di ricerca UNIBAS mediante prove sperimentali e indagini numeriche.
Nel corso delle sperimentazioni sono stati considerati modelli sperimentali rappresentativi di diverse tipologie strutturali (cemento armato, acciaio, legno o muratura) progettati considerando solo i carichi gravitazionali o un aliquota ridotta dell’azione sismica [Ponzo et al. 2011]. Nell'analisi dei risultati, particolare attenzione è stata rivolta all’efficacia delle diverse soluzioni di rinforzo sismico considerate negli studi, tradotta in termini di i) riduzione del massimo spostamento di interpiano, correlabile al grado di danneggiamento degli elementi strutturali e non strutturali, e ii) alla massima accelerazione di piano, correlabile al grado di danneggiamento dei contenuti. Per maggiori dettagli si rimanda alla bibliografia di riferimento.

NELL'ARTICOLO COMPLETO SI DESCRIVONO LE TECNICHE DI RINFORZO DEI SEGUENTI PROGETTI:
1. Progetto MANSIDE
2. Progetto POP-FESR
3. Progetto ILVA-IDEM
4. Progetto TREMA e Progetto SICURO
5. Progetto JETPACS
6. Progetto JETBIS
7. Progetto PRES-LAM