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Adeguamento sismico di edifici in muratura mediante isolamento alla base

Criteri di progetto e applicazioni dell'isolamento alla base per interventi di adeguamento sismico di edifici in muratura.

Criteri di progetto e applicazioni in Italia e all'estero della tecnica dell'isolamento alla base per interventi di adeguamento sismico di edifici in muratura. 


L’isolamento sismico alla base

Come ben noto, l’isolamento sismico alla base consiste nell’inserimento di particolari dispositivi tra la fondazione e la struttura in elevazione con l’obiettivo di incrementare il periodo d’oscillazione e ottenere così il “disaccoppiamento” del moto della costruzione rispetto a quello del terreno.

Le azioni sismiche sulla sovrastruttura possono essere ridotte del 70-80% rispetto a quelle dell’edificio a base fissa ed è possibile progettare le strutture in campo elastico, ossia in modo che non subiscano danni significativi nemmeno in occasione di un terremoto pari a quello di progetto. 

L’isolamento sismico è quasi sempre applicabile negli edifici di nuova realizzazione (può non esserlo nei casi di sottosuoli amplificativi alle basse frequenze o di edifici molto deformabili), per i quali si è anche dimostrato che non comporta incrementi del costo di costruzione, almeno per le aree a alta o media sismicità (Clemente & Buffarini 2010, Clemente et al. 2016); anzi, se il sistema è ben progettato, si può ottenere un significativo risparmio.

Per gli edifici esistenti, invece, l’adozione dell’isolamento sismico non è ancora molto diffusa nonostante le numerose applicazioni a seguito degli eventi sismici che si sono succeduti a partire dal terremoto dell’Aquila del 2009.

A vantaggio dell’adozione dell’isolamento negli edifici esistenti vanno ricordati due aspetti:

  • come per gli edifici di nuova realizzazione, garantisce un livello di sicurezza non perseguibile con tecniche tradizionali e va utilizzato sempre nell’ottica di un adeguamento sismico, rendendo l’edificio come nuovo dal punto di vista della sicurezza strutturale; agendo sulla riduzione dell’azione piuttosto che sull’irrobustimento della struttura, consente anche di limitare o evitare interventi di rinforzo sulla sovrastruttura; 
  • in molti casi non richiede lo svuotamento dell’edificio e, quindi, l’abbandono da parte degli abitanti; tale caratteristica lo rende particolarmente interessante nei lavori di prevenzione per i quali sono previsti incentivi fiscali, come il superbonus

Le prime applicazioni dell’isolamento sismico nell’adeguamento di edifici esistenti risalgono agli anni ’80 del XX secolo. Molte furono le applicazioni in Giappone e in California, dove a seguito del forte terremoto di Loma Prieta del 1989, molti edifici pubblici, spesso di interesse storico, sono stati adeguati mediante isolamento sismico. Tra le principali applicazioni, si ricorda la City Hall di San Francisco, dove fu realizzato un taglio al livello dell’estradosso delle fondazioni, affidando temporaneamente il compito di sostenere il peso della sovrastruttura a martinetti idraulici. Sotto ogni pilastro furono collocati uno o più isolatori sismici. Al di sopra del sistema di isolamento fu realizzato un solettone rigido nel suo piano. 

In Italia, le prime applicazioni hanno riguardato due strutture in c.a., l’edificio di via Latini a Fabriano, seriamente danneggiato dal terremoto umbro-marchigiano del 1997, e il Centro Polifunzionale al Rione Traiano a Napoli, la cui costruzione era iniziata prima del terremoto campano-lucano del 1980 ma poi interrotta. Nel primo caso i dispositivi sono stati inseriti tra la fondazione esistente e una nuova fondazione al di sotto della precedente, nel secondo lungo i pilastri del primo livello previo taglio degli stessi. Diverse interessanti applicazioni sono state realizzate nella ricostruzione a seguito del terremoto dell’Aquila del 2009 sia su edifici in c.a. sia in muratura.

 

Criteri di isolamento sismico di edifici in muratura 

Prima di descrivere l’applicazione dell’isolamento sismico a edifici in muratura esistenti, val la pena ricordare alcuni aspetti di carattere generale sull’utilizzo dell’isolamento sismico negli edifici in muratura. 

In un edificio in muratura portante le pareti trasferiscono le azioni cui sono soggette alla fondazione lungo la loro intera lunghezza mentre gli isolatori impongono una discretizzazione di questo appoggio continuo. Pertanto, negli edifici di nuova realizzazione, va realizzata una struttura molto rigida, in genere in c.a., alla base delle pareti del primo livello, capace di assorbire localmente le azioni trasmesse dalla sovrastruttura e di trasferirle a un numero limitato di dispositivi di isolamento, disposti negli incroci tra le pareti e in altri punti intermedi se necessario. Gli isolatori, a loro volta, trasferiscono le azioni alla sottostruttura, anch’essa in c.a. e sufficientemente rigida (Figura 1).  

Adeguamento sismico di edifici in muratura mediante isolamento alla base

Figura 1. Disposizione degli isolatori agli incroci delle pareti. 

 

Per quanto riguarda la posizione degli isolatori, è bene che siano disposti al livello più basso, al fine di proteggere la più ampia porzione possibile in elevazione. È bene, inoltre, disporli in sommità al piano scelto in modo che le pareti di tale piano non subiscano spostamenti relativi rispetto al pavimento limitando l’utilizzo dello spazio adiacente alle pareti stesse (Figura 2). 

Le problematiche evidenziate influenzano anche le scelte negli interventi su edifici esistenti, che possono essere classificati in: 

  • interventi con taglio delle pareti murarie; 
  • interventi in fondazione. 

Nel primo caso vanno realizzati due cordoli ad una certa altezza delle pareti, tra i quali si inseriscono i dispositivi di isolamento. Nel secondo si realizza un cordolo superiore, che in pratica sostituisce la fondazione esistente, quasi mai in c.a., e dei plinti inferiori, che possono essere collegati tra loro con opportune travi. Gli isolatori vanno inseriti tra i plinti e il cordolo. In entrambi i casi si opera per piccoli sottocantieri, ossia intervenendo su piccole parti dell’edificio alla volta. Nel seguito sono illustrati alcuni casi significativi. 

Possibili disposizioni degli isolatori: in sommità e al piede delle pareti. di edifici in muratura

Figura 2. Possibili disposizioni degli isolatori: (a) in sommità e (b) al piede delle pareti. 

 

Esempi applicativi di isolamento sismico alla base in edifici esistenti in muratura

Edificio scolastico a Vanadzor, Armenia 

L’edificio scolastico di Vanadzor, in Armenia, non aveva un’adeguata capacità sismica ma la struttura aveva superato pressoché indenne il terremoto del 1988 (Melkumyan, 2011) e si decise di adeguarla sismicamente intervenendo al livello del piano interrato, con inserimento di isolatori sismici previo taglio delle pareti (Figura 3). 

 

Esempi applicativi di isolamento alla base in edifici esistenti in muratura

Figura 3. Edificio scolastico a Vanadzor (foto M. Melkumyan). 

Furono realizzati due cordoli a sandwich che, in corrispondenza dei dispositivi, diventano a tutta larghezza della muratura. In dettaglio, le fasi esecutive furono le seguenti (Figura 4):

  • realizzazione di vani (uno per volta) all’interno della muratura in corrispondenza delle posizioni nelle quali sarebbero poi stati inseriti gli isolatori; 
  • all’interno del vano, predisposizione dell’armatura del cordolo inferiore, di spessore maggiore rispetto alla parete muraria, al fine di predisporre l’armatura di attesa a sandwich sulle pareti murarie tra un vano e il successivo; 
  • installazione dell’isolatore, mediante la predisposizione di una dima, adeguatamente fissata all’armatura del cordolo inferiore; 
  • getto del calcestruzzo del cordolo inferiore, per tutto il tratto all’interno del vano; 
  • all’interno del vano, predisposizione dell’armatura del cordolo superiore, di spessore maggiore rispetto alla parete muraria, al fine di predisporre l’armatura di attesa a sandwich sulle pareti murarie tra un vano e il successivo; 
  • getto del calcestruzzo del cordolo superiore, per tutta il tratto all’interno del vano; 
  • inserimento dell’armatura sulle pareti in continuità con quella di attesa, tra un vano e il successivo, e realizzazione dei cordoli a sandwich sia superiori che inferiori; 
  • taglio orizzontale della muratura tra i due cordoli sandwich, in modo da separare definitivamente la sovrastruttura dalla sottostruttura. 

 Isolamento sismico alla base in edificio scolastico a Vanadzor,

Figura 4. Edificio scolastico a Vanadzor: fasi esecutive (M. Melkumyan) 

...CONTINUA.


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