Valutazione della sicurezza sismica di edifici esistenti in ca in zone a bassa sismicità: dalle indagini sperimentali alle analisi non lineari e gli interventi

Tre edifici scolastici come caso studio

Introduzione
I recenti eventi sismici che hanno duramente colpito l’Italia centrale hanno portato di nuovo in primo piano il tema assai importante della sicurezza sismica degli edifici esistenti.
La pericolosità sismica che caratterizza la maggior parte del territorio nazionale comporta, inevitabilmente, la necessità di conoscere la vulnerabilità del patrimonio edilizio esistente, soprattutto di quegli edifici denominati “strategici”, come, fra gli altri, gli edifici scolastici.
Per questo motivo l’OPCM n. 3274 del 20 marzo 2003 ha previsto l’obbligo di verifica, a cura dei rispettivi proprietari, di tutte le opere strategiche per le finalità della Protezione Civile e per quelle suscettibili di conseguenze rilevanti in caso di collasso, evidenziando la “priorità” per quelle opere ubicate nelle zone a medio-alta sismicità (ossia in zona 1 e 2).
In seguito all’entrata in vigore di tale Ordinanza, numerosi proprietari, quali comuni, questure, prefetture, ecc., si sono attivati nell’affidamento degli incarichi per lo svolgimento delle opportune verifiche tecniche, ivi compresi quei comuni che sulla base dell’attuale classificazione sismica non rientrano nella lista delle priorità, in quanto si trovano in zone a bassa sismicità.
Nel presente contributo si intende presentare il lavoro svolto nell’ambito della valutazione della sicurezza sismica di un complesso scolastico costituito da tre edifici in cemento armato progettati alla fine degli anni ’70 per i soli carichi gravitazionali e situati in una zona a bassa sismicità. In particolare, verranno descritte le indagini sperimentali effettuate nell’ambito della fase conoscitiva, la modellazione strutturale e le analisi nonlineari (pushover) eseguite, nonché i risultati delle verifiche di capacità svolte. Infine verrà presentata un’ipotesi di intervento di miglioramento strutturale.


I tre casi studio
Come anticipato nel precedente paragrafo introduttivo, i tre edifici presi in considerazione appartengono al medesimo complesso scolastico. Il progetto originale dei tre corpi di fabbrica (denominati, nel seguito, Corpo 1, Corpo 2 e Corpo 3, e raffigurati in Figura 1), risale al 1978.

Figura 1 Configurazione in pianta degli edifici

Il Corpo 1 è una costruzione di due piani fuori terra (con altezza interpiano di circa 3.35 m), caratterizzato da una configurazione in pianta pressoché compatta.
Il Corpo 2, dalla forma rettangolare e originariamente ad un solo piano fuori terra, è stato oggetto di un intervento di sopraelevazione intorno ai primi anni 2000, pertanto nella configurazione attuale consta di due piani fuori terra.
Infine il Corpo 3, ospitante la palestra e anch’esso di forma rettangolare, è una costruzione di un solo piano fuori terra, di altezza pari a circa 7.2 m.

Tutti e tre gli edifici, ad eccezione del Corpo 3 che è costituito da pilastri in c.a. gettati in opera e da travi di copertura prefabbricate, presentano una struttura intelaiata in c.a. ordinario e sono separati tra di loro da un giunto strutturale di 2.5 cm, pertanto sono stati modellati e analizzati separatamente.

L’importanza della fase conoscitiva e le indagini sperimentali
Alla maggior parte dei professionisti ormai è ben noto che quando si parla di edifici esistenti in cemento armato il punto cruciale, nonché il punto di partenza per la valutazione della sicurezza sismica, è la conoscenza strutturale, poiché è proprio il livello di conoscenza dell’edificio che permette di determinare il metodo di analisi che deve essere impiegato al fine della valutazione. Se, infatti, non siamo in grado di conoscere né la geometria, né i dettagli strutturali, né tantomeno le proprietà meccaniche dei materiali impiegati nella costruzione, risulterà impossibile svolgere analisi numeriche avanzate come le analisi nonlineari (questo concetto è ben evidenziato nella tabella C.8A.1.2 delle NTC-08), poiché queste presuppongono la caratterizzazione degli elementi strutturali, e delle loro sezioni, mediante la definizione dell’armatura effettiva e dei legami costitutivi dei materiali utilizzati.

La caratterizzazione strutturale degli edifici in esame è stata fatta sulla base delle tavole di progetto originali, di un rilievo visivo documentato con fotografie, nonché dei risultati delle prove sui materiali eseguite sia in-situ che in laboratorio.

A tal proposito sono state effettuate (i) prove di compressione su carote prelevate in situ, (ii) prove di trasmissione diretta di ultrasuoni, (iii) prove sclerometriche e infine (iv) prove di trazione su campioni di armatura. In Figura 2 sono rappresentate le posizioni e la numerazione dei carotaggi effettuati al piano terra degli edifici analizzati.

Figura 2 Posizione e numerazione dei carotaggi effettuati al piano terra ed esempio di prova a compressione su un provino di calce 

I risultati ottenuti per ogni singola tipologia di prova sono stati combinati tra loro al fine di determinare i valori medi di resistenza cilindrica a compressione. Tali valori, utilizzati sia nelle analisi che nelle verifiche, sono riassunti nel seguito: (i) fcm = 21.60 MPa per i Corpi 1 e 2 (ii) fcm = 34.79 MPa per il Corpo 3.

Con riferimento alle armature in acciaio, dalle tavole di progetto si evince che è stato utilizzato un acciaio del tipo FeB38k ad aderenza migliorata (ad esclusione della sopraelevazione che invece presenta un acciaio FeB44k). Dalle prove di trazione sui campioni di acciaio prelevati in situ (barre 14) è stato possibile ricavare una tensione di snervamento media (fym) pari a 428.8 MPa.

Figura 3 Esempio di prova di trazione su un provino di acciaio

La disponibilità delle informazioni ottenute con riferimento alla geometria, ai dettagli costruttivi e alle proprietà dei materiali ha consentito di definire un livello di conoscenza LC2 per tutti gli edifici in esame. Pertanto, il livello di conoscenza raggiunto consente di utilizzare un qualsiasi metodo di analisi (nel caso in esame si è scelto di effettuare delle analisi statiche non lineari) e determina un fattore di confidenza da doversi adoperare nelle verifiche di sicurezza pari a FC = 1.2.

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All'interno: 

- La modellazione delle strutture e le analisi nonlineari

- Le verifiche di capacità

- Conclusioni
 


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