Valutazione della vulnerabilità e progetto di adeguamento sismico di complesso edilizio sito in località Marghera (VE)

La valutazione della vulnerabilità sismica rappresenta un’attività strategica nell’ingegneria strutturale italiana, considerando le caratteristiche del patrimonio edilizio esistente. Essa consente di determinare in modo accurato il rischio sismico delle strutture, favorendo un’efficace allocazione delle risorse per gli interventi di adeguamento e contribuendo in modo decisivo alla mitigazione degli effetti negativi degli eventi sismici.

Una volta individuata la vulnerabilità sismica di una struttura, è fondamentale avviare un percorso di consolidamento attraverso tecniche di intervento tradizionali e innovative, mirate a migliorarne la resistenza. Questo è particolarmente rilevante nelle aree sismicamente attive, dove garantire adeguati livelli di sicurezza strutturale rappresenta una priorità.

Il presente studio riguarda la valutazione della vulnerabilità sismica e la progettazione dell’intervento di adeguamento di un complesso edilizio situato a Marghera, Venezia.

L’analisi è stata condotta mediante analisi dinamica lineare, utilizzando il software agli elementi finiti MIDAS GEN.

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Adeguamento sismico a Marghera: le cinque unità del complesso prefabbricato

L’oggetto di analisi si inserisce in un contesto progettuale finalizzato alla valutazione della vulnerabilità sismica e alla progettazione dell’intervento di adeguamento sismico di un complesso edilizio, sede di uffici istituzionali, situato nel Comune di Venezia, località Marghera (VE). Il complesso si compone di cinque unità strutturali dinamicamente indipendenti, per una superficie lorda di solaio pari a circa 32.500 m², come mostrato in Figura 2.1.

L’edificio A (Figura 2.2) è una struttura prefabbricata di otto livelli, articolata in due corpi dinamicamente indipendenti. Gli edifici B e D sono costituiti da strutture prefabbricate a due livelli, mentre l’edificio C è formato da una struttura prefabbricata a tre livelli.

L’edificio F, anch’esso prefabbricato, costituisce un’unica unità dinamicamente indipendente con l’edificio B, in quanto non separati da giunti strutturali.

L’edificio E è costituito da un singolo solaio prefabbricato in calcestruzzo armato, vincolato mediante appoggi di tipo "Gerber" agli elementi strutturali orizzontali quali travi degli edifici A, C e D.

Relativamente alla tipologia di solai, gli edifici A e F sono dotati di solai prefabbricati tipo predalles, con alleggerimenti in polistirene e completamento in opera tramite soletta collaborante in calcestruzzo.

Gli edifici B, C, D ed E adottano solai prefabbricati presollecitati costituiti da elementi a doppia T, completati da una soletta collaborante in calcestruzzo dello spessore di 4,5 cm.

Con riferimento alla presenza di nuclei (core), l’edificio A è dotato di tre core, mentre l’edificio F ne presenta uno. Gli edifici B, C, D ed E risultano privi di nuclei strutturali.

Vulnerabilità sismica: materiali, azione sismica e modello FEM

Caratterizzazione dei materiali e resistenze assunte nelle verifiche

Sulla base delle indagini svolte per la campagna di caratterizzazione e delle informazioni contenute nel progetto originale, è stato assunto un valore di resistenza caratteristica del calcestruzzo pari a R_ck=45 MPa per elementi prefabbricati e R_ck=30 MPa per elementi in calcestruzzo armato gettati in opera. Per quanto riguarda l'armatura, il progetto prevedeva originariamente l'utilizzo di acciaio ad aderenza migliorata del tipo FeB44K con una resistenza caratteristica allo snervamento pari a f_yk=440 MPa.

Azione sismica a Marghera: suolo C, classe d’uso II e analisi dinamica

L’ubicazione dell’edificio oggetto di analisi ricade in zona sismica 3, secondo la classificazione sismica vigente (Figura 3.1).
Sulla base dei risultati della campagna di indagini geotecniche, al sito è stata attribuita una categoria di suolo C.

Considerata la destinazione d’uso dell’edificio, che prevede livelli di prestazione ordinari e un normale livello di affollamento, sono stati assunti una vita nominale di 50 anni e una classe d’uso II, in conformità con le Norme Tecniche per le Costruzioni.

L'analisi sismica è stata eseguita utilizzando un'analisi dinamica lineare, implementando lo spettro di risposta di progetto corrispondente assumendo un comportamento strutturale dissipativo combinando i modi di vibrazione con il metodo della Combinazione Quadratica Completa (CQC), come specificato nella sezione §7.3.3 del D.M. 17-01-2018.

Modellazione FEM: diaframmi rigidi, setti e travi prefabbricate

Il modello agli elementi finiti del complesso edilizio (Figura 3.2) è stato sviluppato utilizzando il software Midas GEN, sulla base delle geometrie strutturali e delle proprietà dei materiali riportate nei documenti di progetto originali e successivamente verificate tramite la campagna di indagini sperimentali.

Per gli elementi piani, ovvero i setti in calcestruzzo armato, sono stati utilizzati elementi di tipo “Plate” a 4 nodi (Figura 3.2).

La rigidezza fuori dal piano di tali elementi è modellata secondo la teoria di Kirchoff per elementi assimilabili a gusci sottili e secondo la teoria di Mindlin-Reissner per le piastre per elementi assimilabili a gusci spessi.
La rigidezza nel piano è determinata, invece, secondo la formulazione isoparametrica per elementi quadrilaterali a 4 nodi.

I solai sono stati modellati come diaframmi rigidi, attraverso l’introduzione di un vincolo cinematico che condensa gli spostamenti dei nodi del solaio nei gradi di libertà del centro di massa. Questa ipotesi è giustificata, in questa fase, dalle indicazioni presenti nella documentazione progettuale originale.

Gli elementi prefabbricati orizzontali principali, con particolare riferimento alle travi, sono stati modellati senza continuità flessionale rispetto ai pilastri.

Valutazione della vulnerabilità sismica

Le verifiche sono state condotte in linea con i dettami del D.M. 17-01-2018 § C8.7.2 e la relativa Circolare esplicativa.
La definizione degli indici di vulnerabilità sismica è espressa in termini di rapporto tra PGA (Peak Ground Acceleration) di capacità e di domanda.

Il PGA di domanda è definito per un periodo di ritorno di T_(r,SLV,ref) = 475 anni come nel seguito indicato:

Verifica a pressoflessione e indici di vulnerabilità degli edifici

La verifica a pressoflessione è stata condotta mediante il calcolo dei momenti resistenti all’interno del dominio plastico, in conformità a quanto previsto dal D.M. 17-01-2018, §7.4.1.

La Figura 3.4 illustra il dominio di resistenza del core dell’edificio A, insieme alle sollecitazioni derivanti dalla combinazione di carico relativa allo Stato Limite di Salvaguardia della Vita (SLV).

La resistenza è valutata sia in presenza di una sollecitazione assiale costante, sia sotto l’effetto di sollecitazioni flettenti bidirezionali costanti.

Le armature utilizzate per le verifiche strutturali corrispondono a quelle rilevate mediante indagini in situ e riscontrate negli elaborati di calcolo e nelle tavole esecutive originali. In particolare, si fa riferimento ad armature longitudinali (1+1) Φ12/20 e trasversali (1+1) Φ8/25.

La stessa metodologia di verifica è stata applicata agli elementi strutturali principali degli altri edifici, adottando lo spettro di risposta di progetto e considerando fattori di comportamento (q) compresi tra 1,5 e 2,5, in funzione della tipologia strutturale e del livello di duttilità atteso.

Il vettore che rappresenta la proiezione della sollecitazione sul dominio di resistenza è colorato in funzione dell’esito della verifica: il colore rosso indica una verifica non soddisfatta, mentre il colore verde indica una verifica soddisfatta.

L'indice di vulnerabilità sismica a pressoflessione per ciascun edificio risulta prossimo a:

Edificio A - Fase 1: ζ_E ≅ 0.31<1

Edificio A - Fase 2: ζ_E ≅ 0.27<1

Edificio B-F: ζ_E ≅ 0.38<1

Edificio C: ζ_E ≅ 0.23<1

Edificio D: ζ_E ≅ 0.21<1

Verifica di resistenza a taglio degli elementi strutturali prefabbricati

La verifica del meccanismo fragile è stata eseguita in entrambe le direzioni di ciascun elemento, secondo la formulazione indicata nella sezione §4.1.2.3.5 delle NTC 2018. In questo caso, l’azione agente è calcolata utilizzando lo spettro di risposta di progetto con fattore di comportamento q=1,5.

L'indice di vulnerabilità sismica a taglio per ciascun edificio risulta prossimo a:

Edificio A - Fase 1: ζ_E ≅ 0.26 <1

Edificio A - Fase 2: ζ_E ≅ 0.3 <1

Edificio B-F: ζ_E ≅ 0.44 <1

Edificio C: ζ_E ≅ 0.36 <1

Edificio D: ζ_E ≅ 0.37 <1

Verifica di martellamento

Gli spostamenti elastici, determinati nelle combinazioni di carico sismico più critiche, sono stati analizzati per valutare il potenziale rischio di martellamento tra strutture adiacenti.

Per la verifica della compatibilità dei giunti nella direzione delle connessioni tra i corpi dinamicamente indipendenti, è stato assunto lo spessore di progetto, pari a 3,00 cm.

Le Figura 3.5, Figura 3.6, Figura 3.7 e Figura 3.8 mostrano l’andamento della deformata elastica dell’edificio A, in entrambe le direzioni e per ciascuna delle due strutture dinamicamente indipendenti.

La medesima tipologia di verifica è stata eseguita per l’edificio C-D, valutando l’andamento della deformata elastica nella direzione longitudinale delle strutture, in corrispondenza del giunto strutturale.

L'indice di vulnerabilità sismica a martellamento per ciascun edificio risulta prossimo a:

Edificio A: ζ_E ≅ 0.06 <1

Edificio C-D: ζ_E ≅ 0.30 <1

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