Classificazione sismica con Midas Gen di una struttura monumentale in muratura modellata al continuo

Michele Romolini tolare di Microm Ingegneria (San Sepolcro – AR),Paolo Sattamino Settore Calcolo Strutturale e Geotecnico Harpaceas s.r.l.,Ada Zirpoli Settore Calcolo Strutturale e Geotecnico Harpaceas s.r.l. 11/07/2017 2283

Introduzione teorico-metodologica alla classificazione sismica
Il Decreto Ministeriale n. 58 del 28 febbraio 2017 stabilisce le linee guida per la classificazione del rischio sismico delle costruzioni e le modalità di attestazione, da parte dei professionisti abilitati, dell’efficacia degli interventi relativi all’adozione di misure antisismiche. Le linee guida forniscono gli strumenti operativi per la classificazione del Rischio Sismico definendo otto classi di rischio (con rischio crescente dalla lettera A+ alla lettera G, Figura 1) e due metodi alternativi per calcolarle.


Figura 1: Classificazione del Rischio Sismico

Il primo metodo è quello semplificato, che si basa su una classificazione tipologica delle costruzioni e che si fonda sulle definizioni della Scala Macrosismica Europea EMS-98. Le linee guida stesse riportano:” … In ogni caso, l’attribuzione della Classe di Rischio mediante il metodo semplificato è da ritenersi una stima attendibile ma non sempre coerente con la valutazione ottenuta con il metodo convenzionale, che rappresenta, allo stato attuale, il necessario riferimento omogeneo e convenzionale…”.
Pertanto, il secondo metodo utilizzabile è il metodo convenzionale che si basa sui metodi di analisi previsti dalle attuali Norme Tecniche per le Costruzioni (NTC 2008) correlando gli stati limite a scenari di danneggiamento e quindi ad un costo di riparazione. Tale metodo è concettualmente applicabile a qualsiasi tipologia di costruzione e dipende da due parametri specificati nelle Linee Guida.

Tali parametri sono il PAM (Perdita Annuale Media) che prende in considerazione le perdite economiche associate ai danni agli elementi, strutturali e non, e riferite al costo di ricostruzione (CR) dell’edificio privo del suo contenuto e l’IS-V (Indice di Rischio per l’SLV) che è definito come il rapporto tra l’accelerazione di picco al suolo che determina il raggiungimento dello Stato Limite di Salvaguardia della Vita (PGAC – accelerazione di capacità) e la PGA che la norma indica nello specifico sito come riferimento per una nuova costruzione (PGAD – accelerazione di domanda), più comunemente noto come Indice di Rischio.

Il parametro PAM può essere valutato come l’area sottesa alla curva rappresentante le perdite economiche dirette, in funzione della frequenza media annua di superamento (pari all’inverso del periodo medio di ritorno) degli eventi che provocano il raggiungimento di uno stato limite per la struttura. Tale curva, rappresentata in Figura 2, in assenza di dati più precisi può essere discretizzata mediante una spezzata. Minore sarà l’area sottesa da tale curva, minore sarà la perdita media annua attesa (PAM).


Figura 2: - Andamento della curva che individua il PAM, riferito a una costruzione con vita nominale 50 anni e appartenente alla classe d’uso II. Nell’immagine a destra le ascisse sono in scala logaritmica.

Le linee guida forniscono la formulazione per il calcolo del PAM:


ed una tabella riferita alla percentuale di costo di ricostruzione associata al raggiungimento di un determinato Stato Limite, in riferimento a situazioni tipiche di edifici con struttura in c.a. e in muratura per civile abitazione:

Figura 3: Tabella della percentuale del costo di ricostruzione (RC), associata al raggiungimento di ciascuno stato limite.

con SLR, Stato Limite di Ricostruzione e SLID, Stato Limite di Inizio Danno.

Il parametro PAM può essere correlato ad un ulteriore parametro, definito come Classe PAM:

 

Figura 4: Attribuzione della Classe di Rischio PAM in funzione dell'entità delle Perdite medie annue attese.

Il parametro IS-V della struttura e definito come rapporto tra la capacità della struttura e la domanda sismica del sito relative allo Stato Limite di Salvaguardia della Vita, richiede una valutazione del rischio che ha come operazioni propedeutiche:

  • Analisi Storico Critica e Rilievo Geometrico strutturale e del danno;
  • Campagna diagnostica dei materiali;
  • Modellazioni ed elaborazioni numeriche che possono essere effettuate in campo lineare e non lineare.

Analogamente alla perdita annuale media, è possibile correlare l’indice di rischio (IS-V) alla classe di rischio della struttura:

Figura 5: Attribuzione della Classe di Rischio IS-V in funzione dell'entità dell'Indice di Rischio.

A seguito della determinazione dei due parametri la classe di rischio viene identificata come la minima tra la classe relativa al parametro PAM e quella relativa al parametro IS-V.

In data 7 marzo 2017, è stato emanato il D. Min. Infrastrutture e Trasporti n° 65, contenente alcune correzioni formali del D. Min. Infrastrutture e Trasporti n° 58 del 28 febbraio 2017.

Qui si inseriscono i due articoli principali per il SISMAbonus e la conseguente classificazione:

- Qualora dalla realizzazione degli interventi derivi una riduzione del rischio sismico che determini il passaggio ad una classe di rischio inferiore, la detrazione dall'imposta spetta nella misura del 70 per cento della spesa sostenuta. Ove dall'intervento derivi il passaggio a due classi di rischio inferiori, la detrazione spetta nella misura dell'80 per cento.

- Qualora gli interventi siano realizzati sulle parti comuni di edifici condominiali, le detrazioni dall'imposta spettano, rispettivamente, nella misura del 75 per cento e dell'85 per cento. Le predette detrazioni si applicano su un ammontare delle spese non superiore a euro 96.000 moltiplicato per il numero delle unità immobiliari di ciascun edificio. Per tali interventi, a decorrere dal 1º gennaio 2017, in luogo della detrazione i soggetti beneficiari possono optare per la cessione del corrispondente credito ai fornitori che hanno effettuato gli interventi ovvero ad altri soggetti privati, con la facoltà di successiva cessione del credito, ma comunque non ad Istituti di Credito.

Di fondamentale importanza è la possibilità da parte del committente di avere la facoltà di interrompere l’iter alla classificazione del rischio sismico della costruzione nello stato di fatto, senza dover obbligatoriamente procedere con gli interventi di miglioramento, ed accedere comunque allo sgravio fiscale per le spese fino a quel punto sostenute.

Si riporta di seguito un esempio di struttura in muratura per la quale è stata determinata la classe di rischio attraverso il software Midas Gen.

La struttura in esame
Nel presente documento si sintetizzano le analisi e le verifiche svolte per lo studio della classificazione sismica, in accordo alle LL.GG. di cui al paragrafo precedente, del complesso in muratura San Lorenzo (ex Orfanotrofio femminile Schianteschi), ubicato a San Sepolcro (AR).
Attualmente l’edificio è di proprietà privata ed è sede di una RSA (Residenza Sanitaria Assistenziale).



Figura 6: Vista dall’alto del complesso di San Lorenzo.

La struttura ingloba l’antica chiesa medievale di San Lorenzo al cui interno è conservato un dipinto di inestimabile valore del maestro Rosso Fiorentino dal titolo Il Compianto sul Cristo Deposto, datato 1528. L’edificio dunque, per le sue caratteristiche storiche e costruttive, è di tipo monumentale e di interesse culturale.

Il complesso ha una superficie in pianta di circa 1600 m2, si sviluppa su 3 livelli fuori terra ed ha un’altezza totale di circa 13 m. La cubatura complessiva è di circa 20000 m3. La struttura resistente è in muratura.

Nel presente articolo si procederà col descrivere i passaggi che hanno condotto alla classificazione sismica della sola parte adibita a RSA.

Il complesso è situato all’interno dell’antica cinta muraria della cittadina di San Sepolcro la cui prima classificazione sismica risale al 1962 e, aggiornata negli anni con le varie normative, è ad oggi inserita, in base all’ultima classificazione del 2015, in zona 2 (media-alta sismicità).

Per la costruzione di un modello matematico in grado di cogliere il corretto comportamento meccanico della struttura, di primaria importanza è stata l’acquisizione di tutte le informazioni storiche, dimensionali e di materiale necessarie al raggiungimento di un adeguato livello di conoscenza.
Il percorso di conoscenza è iniziato con l’analisi storico-critica del costruito, di cui è disponibile un articolo dedicato al sito www.harpaceas.it.

La seconda fase del processo di conoscenza è consistita nel rilievo geometrico dimensionale della struttura, con l’identificazione di tutti gli ambienti e delle loro parti interne, il rilievo del sistema delle aperture, il rilievo della geometria di archi e volte. Osservando, ad esempio, le sezioni trasversali (Figura 9 e Figura 10) si può chiaramente rilevare come l’impalcato del piano primo sia caratterizzato dalla presenza di numerose superfici voltate che coprono la quasi totalità dei locali situati al piano terra. Questo è stato uno dei momenti più difficili che il Progettista, lato modellazione, abbia dovuto affrontare.


Figura 9: Prospetto Ovest


Figura 10: Prospetto Sud.

Non potendo in questa sede per ragioni di spazio descrivere i risultati dell’intera indagine, per la quale si rimanda all’articolo dedicato, si riportano di seguito solo le informazioni utili per l’impostazione del modello di analisi. Ad esempio, si è potuto constatare come le solette di irrigidimento siano sempre state realizzate in spessori insufficienti da poter considerare il solaio rigido nel piano (Figura 11).



Figura 11: Rilievo in situ volto all’accertamento della presenza di impalcati rigidi.

Il rilievo dell’edificio è stato completato con l’acquisizione di tutte le informazioni necessarie ad individuare e caratterizzare meccanicamente le sue parti strutturali:

  • Classificare le tipologie murarie e le superfici voltate
  • Individuare le tipologie e le orditure dei solai di piano, di sottotetto e di copertura
  • Valutare il grado di ammorsamento verticale tra pareti murarie
  • Valutare il grado di ammorsamento orizzontale tra pareti murarie e solai
  • Valutare il grado di ammorsamento tra pareti e superfici voltate
  • Classificare le architravature e le strutture ad arco con e senza elementi di annullamento della spinta
  • Rilevare le tirantature metalliche
  • Rilevare eventuali cordolature poste a livello di piano o di copertura
  • Verificare la presenza di solette irrigidenti in cls e rilevarne lo spessore
  • Rilevare il quadro fessurativo e l’entità di eventuali deformazioni e/o fenomeni di degrado.

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