I vantaggi dell’acciaio nel recupero delle costruzioni esistenti

Rubrica a cura di FONDAZIONE PROMOZIONE ACCIAIO
 
ADEGUAMENTO SISMICO E INNOVAZIONE
 
Gli interventi sull’esistente costituiscono un tema di sempre più sentita importanza di fronte all’invecchiare del patrimonio delle costruzioni e delle infrastrutture realizzate durante i decenni della forte crescita economica e demografica del secolo scorso. Tra questi compare predominante il problema della sicurezza sismica delle costruzioni esistenti, realizzate secondo criteri antisismici obsoleti oppure senza considerare l’azione sismica perché al momento del progetto l’area nella quale sarebbero state realizzate non ricadeva tra quelle classificate sismiche. Oggi è ben noto come l’intero territorio italiano sia soggetto a rischio sismico e i recenti eventi hanno purtroppo evidenziato la vulnerabilità sismica del costruito quale emergenza sociale ed economica che minaccia sia la vita degli abitanti che le attività produttive. Per questi motivi la ricerca di soluzioni efficaci e competitive per ridurre la vulnerabilità delle costruzioni esistenti nei confronti dei terremoti e le loro applicazioni sul campo hanno assunto ruoli di crescente centralità nel settore delle costruzioni. In tale ambito l’acciaio gioca un ruolo indubbiamente fondamentale grazie alle seguenti peculiarità:
 
  • leggerezza degli elementi strutturali, resa possibile da un elevato rapporto peso/resistenza, una caratteristica che, a sua volta, consente di semplificare il trasporto e la posa in opera delle strutture e di ridurre al minimo gli effetti collaterali dovuti all’incremento del carico e delle masse sulle strutture esistenti;
  • dimensioni contenute degli elementi strutturali, come conseguenza naturale dell’elevata efficienza strutturale dell’acciaio, una caratteristica che consente di semplificare la sostituzione e/o l’integrazione di opere esistenti con elementi rinforzanti;
  • pregio estetico degli elementi in acciaio, fondamentale quando la sinergia strutturale tra materiali vecchi e nuovi si coniuga con il valore architettonico che nasce dal contrasto tra caratteristiche disomogenee;
  • rapidità di costruzione, una caratteristica sempre auspicabile, ma in particolar modo quando l’intervento è urgente oppure quanto non è possibile una interruzione prolungata dell’uso della costruzione;
  • reversibilità degli interventi, caratteristica delle strutture in acciaio basata sui collegamenti a secco smontabili, importante soprattutto per gli interventi sull’edilizia storica.
Per tali motivi la carpenteria metallica è una soluzione che molto ben si presta agli interventi strutturali volti alla riduzione della vulnerabilità sismica delle costruzioni esistenti, comunemente realizzate in muratura o in calcestruzzo armato.

Figura 1 - Recupero dell'ex Fornace Morandi, Padova

Nell’ambito di tali interventi, occorre distinguere tra miglioramento e adeguamento sismico. Nel miglioramento sismico i provvedimenti adottati permettono di garantire una maggiore sicurezza, ad esempio tramite il rinforzo di alcuni elementi strutturali maggiormente vulnerabili, senza modificare in modo significativo lo schema statico della costruzione e senza raggiungere le prestazioni richieste dalla normativa per le nuove costruzioni.
L’intervento di adeguamento sismico, invece, prevede che la struttura sia in grado di resistere agli stessi carichi di progetto richiesti per le nuove costruzioni. Ciò potrebbe comportare la massiccia alterazione del sistema strutturale e la modifica radicale della risposta dell’edificio alle sollecitazioni sismiche.
La normativa nazionale specifica che è possibile eseguire lavori di miglioramento in caso di cambio di destinazione d’uso, per eliminare errori di progettazione e/o esecuzione, quando l’intervento di consolidamento è eseguito su edifici monumentali non adatti a lavori di più ampio respiro.
L’adeguamento sismico è invece obbligatorio nei casi di sopraelevazione o ampliamento di un fabbricato con aumento della volumetria e delle superfici, aumento dei carichi dovuto a un cambio di destinazione d’uso, modifica sostanziale del sistema strutturale a seguito di interventi di rinnovamento rispetto all’originale o, in generale, quando la ristrutturazione comporta un’alterazione del comportamento statico complessivo.
La progettazione degli interventi di adeguamento richiede una preliminare analisi di vulnerabilità della costruzione esistente e la definizione degli obiettivi progettuali, fissando le prestazioni richieste in caso di azioni sismiche: limitazione del danneggiamento degli impianti e del contenuto (controllo delle accelerazioni assolute), limitazione del danneggiamento degli elementi non strutturali (controllo degli spostamenti relativi), sicurezza nei confronti della rottura (controllo delle sollecitazioni e delle deformazioni), protezione a seguito di un evento sismico e sostituzione degli elementi danneggiati, fattibilità e rapporto tra costi e benefici. Successivamente si procede con la definizione della strategia di intervento che può prevedere un incremento di duttilità, dissipazione, resistenza e rigidezza. Per raggiungere tali incrementi di prestazioni strutturali si può in generale procedere tramite interventi sugli elementi strutturali oppure tramite l’inserimento di dispositivi extra-strutturali. Una terza via prevede la riduzione dell’energia sismica in ingresso tramite isolamento sismico.
 
Grazie alle sue peculiarità prima discusse, l’acciaio può essere utilizzato con successo sia per interventi locali di rinforzo degli elementi strutturali (Figura 2) che per la realizzazioni di dispositivi che affiancano la struttura esistente. Tra queste ultime soluzioni si annoverano i controventi dissipativi, utilizzati con successo in molti recenti interventi di adeguamento sismico di strutture esistenti.


Figura 2 - Interventi di rinforzo condominio Giuliani, L'Aquila. Opere di riparazione e rafforzamento locale con esito "E" a seguito del sisma del 2009 - rinforzi strutturali con metodo CAM su struttura in cemento armato.

I controventi possono essere inseriti all’interno dei telai della struttura esistente con circoscritti interventi di demolizione e ricostruzione delle tamponature esterne e dei divisori interni, eventualmente affiancati da rinforzi locali nelle travi e nei pilastri. Ciò determina una interruzione nella fruizione delle costruzioni oggetto dell’adeguamento sismico limitata nel tempo e negli spazi convolti. La dissipazione può avvenire ad esempio tramite sistemi elastoplastici ad instabilità impedita che si basano sul comportamento isteretico dell’acciaio quando si supera la forza di snervamento, oppure tramite sistemi viscoelastici che sfruttano le proprietà dissipative di gomme ad alta capacità di smorzamento.
 
Dato che spesso ci si trova di fronte a strutture esistenti con ridotta duttilità, un punto critico nella progettazione di tali sistemi di controventi dissipativi è quella di garantire l’attivazione della dissipazione per spostamenti laterali ridotti. Ciò determina, nel caso dei controventi ad instabilità impedita, l’utilizzo di elementi sacrificali piuttosto corti, quindi solo un tratto del controvento sarà danneggiato ed eventualmente sostituito in caso di azione sismica di elevata entità.

Una soluzione alternativa che preveda dissipatori elastoplastici o viscoelastici è quella che sfrutta sistemi di controvento esterni alla struttura esistente. Adottando questa soluzione si possono ottenere numerosi vantaggi: non si interrompe l’utilizzo della struttura esistente in quanto tutte le operazioni di costruzione e montaggio non coinvolgono gli spazi interni, le fondazioni esistenti non sono gravate da carichi aggiuntivi in condizioni statiche e sismiche, è più semplice controllare il comportamento sismico in quanto il progetto non è vincolato alla distribuzione degli spazi interni e meno influenzato dalla planimetria dell’edificio, è possibile integrare nei dispositivi esterni funzioni accessorie, quali scale di sicurezza o pianerottoli di collegamento, o elementi di caratterizzazione architettonica. 

ALL'INTERNO DELL'ARTICOLO INTEGRALE L'UTILIZZO DELL'ACCIAIO NEL RECUPERO DEI BENI CULTURALI E GLI ASPETTI DI SOSTENIBILITA DI QUESTO MATERIALE.

 


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