Aggregato edilizio e NTC 2018: come individuare le unità strutturali e valutarne l'interazione sismica

Gli aggregati edilizi sono sistemi strutturali composti da unità costruite in epoche diverse, spesso interconnesse senza giunti efficaci e con comportamenti sismici non assimilabili a edifici isolati.

L’articolo analizza come individuare l’unità strutturale, distinguere US, UMI e unità minima di analisi, leggere le fasi costruttive e valutare vulnerabilità come martellamento, ribaltamenti, spinte di archi e volte, solai sfalsati e carenze di ammorsatura.

Per il progettista, INGENIO propone una lettura tecnica coerente con NTC 2018, Circolare 7/2019 e Linee guida ReLUIS, utile per impostare rilievo, diagnosi e modellazione sismica.

Aggregato edilizio e unità strutturale: definizioni operative secondo NTC 2018 e ReLUIS 2010

Intervenire sulla messa in sicurezza sismica del patrimonio edilizio implica spesso rapportarsi anche ad una scala che supera la singola unità immobiliare, quando questa non risulta isolata bensì incastonata tra tante variegate celle edificatorie che caratterizzano gli aggregati edilizi dei centri storici. Le NTC 2018 e la Circolare n.7 del 21 gennaio 2019 introducono alcuni chiarimenti, non sempre esaustivi, per svolgere una corretta individuazione e valutazione del comportamento dinamico dell’unità strutturale derivante dalle diverse fasi edificatorie.

Sovente la progettazione di lavori di rinforzo e miglioramento sismico, sebbene dedicata ad una singola unità immobiliare, deve necessariamente confrontarsi anche con il contesto edilizio limitrofo quando l’immobile oggetto di intervento non risulti completamente isolato.

E’ questo il contesto tipico dei borghi (fig. 1), dove il legame edificatorio con le celle edilizie limitrofe non può essere omesso all’interno della valutazione di sicurezza sismica.

Che cos'è l'aggregato edilizio: struttura, eterogeneità e interazione sismica

L’aggregato strutturale costituisce un insieme non omogeneo di edifici (unità edilizio-strutturali), interconnessi tra loro con un collegamento più o meno strutturalmente efficace, caratterizzato dalla loro storia edificatoria nel tempo. Ciò determina una muta interazione in caso di sollecitazione sismica, per cui risulta insufficiente approfondire la sicurezza di una singola cella se non valutando anche lo scambio di sollecitazioni che può instaurarsi col contesto edilizio vicino.

Le modalità di estensione della valutazione di sicurezza non riguardano tanto gli interventi meramente puntuali, quanto quelli di miglioramento o adeguamento sismico. E’ comunque importante anche nel caso di interventi puntuali, come ad esempio il rifacimento completo di solai o coperture, utilizzare tecniche che non alterino significativamente il comportamento dinamico dell’unità strutturale nei confronti di quelle limitrofe.

Il problema non è di univoca risoluzione, bensì diversificato in relazione alla complessità e articolazione dello sviluppo planimetrico e altimetrico degli edifici aggregati.

Oltre alle indicazioni riportate nelle NTC 2018 e nella Circolare n.7 del 21 gennaio 2019, risultano pubblicate anche specifiche “Linee guida per il rilievo, l’analisi ed il progetto di interventi di riparazione e rafforzamento/miglioramento di edifici in aggregato” redatte nel 2010 dalla Rete dei Laboratori Universitari di Ingegneria Sismica (ReLUIS), attraverso le quali è possibile costruire una corretta procedura di studio e analisi.

All’interno di ciascun aggregato edilizio è importante distinguere prima di tutto le singole unità strutturali, al fine di avere maggiormente chiara la potenziale mutua interazione strutturale.

Vulnerabilità sismica degli aggregati edilizi: fasi costruttive, discontinuità e carenze di collegamento

L’edificazione delle città e dei piccoli comuni costituisce un processo di progressivo riempimento degli spazi di risulta, in adiacenza e continuità con il costruito più storicizzato (fig. 1), fino a portare alla formazione dal punto di vista urbanistico dei cosiddetti macro aggregati identificabili nei cosiddetti isolati edilizi, spesso con corte chiusa.

Ogni aggregato edilizio è caratterizzato dalla disomogeneità delle strutture murarie, quale risultato di diversi processi di “assemblaggio” (fig. 2).

Ristrutturazioni incongrue e interventi locali: perché possono modificare la risposta dell’aggregato

Inoltre, di recente le ristrutturazioni hanno introdotto anche elementi in cemento armato, a volte incongrui, per operare sopraelevazioni o ampliamenti non sempre efficacemente collegati alla parte originaria, aumentando la complessità delle analisi strutturali.

A questi occorre considerare gli interventi di rinforzo con intonaci armati o irrigidimento dei solai, che hanno influito sul comportamento strutturale dell’edificio nel suo complesso o su porzioni di esso (fig. 3).

Questa serie di riplasmazioni e modifiche strutturali ha aumentato la difficoltà di identificazione delle singole unità strutturali omogenee, e degli elementi che determinano interazioni tra di esse.

La lettura dello schema strutturale complessivo e delle singole unità

«[…] coincide con l’analisi dell’evoluzione costruttiva dell’aggregato, e trova un valido riscontro nell’analisi del danno occorso a seguito di un evento sismico. Infatti, l’interazione tra strutture eterogenee poste in adiacenza determina specifiche tipologie di danneggiamento, che si sommano o sovrappongono a quelle che più tipicamente contraddistinguono strutture omogenee non in aggregato.» (Linee guida RELUIS 2010).

Se vuoi consultare le LINEE GUIDA RELUIS scarica qui il documento

US, UMI e UMA: le tre unità di riferimento per l'analisi degli edifici in aggregato

Unità Strutturale Omogenea: continuità da cielo a terra e percorso dei carichi

L’Unità Strutturale Omogenea (US) deve avere continuità da cielo a terra per un corretto percorso dei flussi delle tensioni derivanti dai carichi verticali. Nel contesto dell’aggregato edilizio, la US può essere delimitata da giunti strutturali che la rendono totalmente indipendente dalla restante parte delle edificazioni adiacenti (situazione rara), oppure essere strutturalmente interconnessa con edifici contigui costruiti con tipologie costruttive e strutturali similari o diverse (situazione più ricorrente).

UMI e unità minima di analisi: differenze e ruolo nella modellazione

Ai fini della valutazione degli interventi complessivi, le linee guida individuano anche una unità minima di intervento (UMI)

«[…] come una porzione di aggregato, costituita da una o più Unità Strutturali Omogenee (edifici), che sarà oggetto di intervento unitario, nel rispetto di una corretta modellazione degli aspetti di interazione strutturale tra la parte stralciata e quella posta in adiacenza, esterna alla UMI. La scelta ottimale delle UMI sarà tale da minimizzare le reciproche interazioni sotto l’effetto dell’azione sismica». Per favorire una metodologia di analisi appropriata alla complessità dell’aggregato edilizio, viene altresì definita «[…] la Unità Minima di Analisi quella porzione di aggregato, generalmente più ampia della UMI in oggetto (comprendente solitamente alcune Unità Strutturali adiacenti alla UMI), da includere nella fase conoscitiva in modo da poter valutare eventuali effetti di interazione, come ad esempio la spinta di sistemi voltati, la presenza di carichi (verticali o orizzontali) provenienti da solai o da pareti di Unità strutturali adiacenti alla UMI.» (Linee guida RELUIS 2010).

La logica del procedimento potrà essere esportata e riproposta anche a scala ridotta, qualora il progettista sia chiamato ad intervenire su una sola US, la cui modellazione dovrà necessariamente prendere in considerazione anche porzioni strutturali delle US adiacenti, ed in particolare comprendere le interazioni e le forze sismiche da esse provenienti.

Rilievo e diagnosi dell’aggregato edilizio: cosa verificare prima del calcolo strutturale

Per il progettista è fondamentale comprendere le distinte fasi del processo costruttivo dell’aggregato, avvalendosi anche delle tecniche diagnostiche, per differenziare gli elementi originari da quelli realizzati a seguito del progressivo intasamento degli spazi urbani e, di conseguenza, intercettare le zone di possibile discontinuità strutturale e disomogeneità del costruito.

Le edificazioni progressive sono strettamente connesse alla presenza o assenza di ammorsature tra le pareti di facciata delle celle originarie.

Nel caso, ad esempio, di celle di saturazione del tessuto urbano (cella C, fig. 2), realizzate tra altri edifici esistenti sfruttandone le pareti laterali ed edificando i soli muri di facciata e retrostanti, la vulnerabilità sismica di tali pareti esterne risulta generalmente molto elevata in assenza di adeguate ammorsature con le strutture adiacenti preesistenti (fig. 4).

Lo studio strutturale dell’aggregato edilizio, o di una sua singola US, deve avvenire con la tradizionale prassi di indagine, che comprende anche le prove diagnostiche a conferma delle ipotesi iniziali del progettista riguardo l’efficacia degli ammorsamenti, il rilievo dei quadri fessurativi, lo studio della qualità della tessitura muraria, la valutazione complessiva del comportamento scatolare e delle vulnerabilità da esso derivanti, l’individuazione delle modalità di trasmissione delle azioni sismiche longitudinali alle pareti costituenti le facciate dell’aggregato.

E’ molto importante studiare il ruolo dei presidi antisismici preesistenti (fig. 5), frutto di precedenti interventi di miglioramento sismico, che collaborano al comportamento dinamico dell’aggregato.

Analisi strutturale degli edifici in aggregato secondo NTC 2018 e Circolare 7/2019

Il par. C8.7.1.3.2 della Circolare n.7 del 21/01/2019 indica le modalità di analisi strutturale degli edifici in aggregato, approfondendo quanto anticipato al par. 8.7.1 delle NTC18.

Limiti dell’incarico professionale e necessità di estendere la modellazione

Uno dei problemi più comuni al progettista è il limite di incarico concesso dal singolo proprietario della US, risultando di conseguenza impossibile estendere la valutazione all’intero aggregato edilizio per ragioni economiche (chi pagherebbe un’estensione dell’incarico così rilevante in assenza di un coordinamento condominiale?) e per ragioni di proprietà diverse, per le quali spesso risulta difficoltoso reperire i relativi rilievi e documentazione progettuale.

Nell’analisi della singola US è tuttavia necessario espandere la modellazione anche a parti di struttura non riguardanti la proprietà oggetto di valutazione. Sebbene con informazioni limitate, risulta necessario valutare come la condivisione strutturale con altre parti confinanti influenzi la risposta dinamica della cella edilizia oggetto di verifica.

Questo si traduce nel valutare le azioni (orizzontali e verticali) provenienti da solai o pareti delle US adiacenti, comprese le spinte di archi e volte, le spinte degli archi di contrasto o provenienti da tiranti ancorati su parti contigue dell’aggregato edilizio. In particolare la modellazione della singola US deve contemplare gli effetti di martellamento provenienti dai solai confinanti, soprattutto causati da orizzontamenti sfalsati di quota sulle pareti in comune con le US adiacenti (fig. 6). Oltre a ciò, valutare gli effetti locali causati da disallineamenti dei prospetti, differenze di altezza o di rigidezza tra US adiacenti; azioni di ribaltamento e di traslazione nelle US di testata (fig. 7).

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FAQ TECNICHE - Aggregato edilizio: analisi sismica e unità strutturali secondo NTC 2018 | Ingenio

Quando una singola unità immobiliare deve essere analizzata come parte di un aggregato?

La valutazione deve estendersi al contesto quando l’edificio non è isolato ma interconnesso con altre unità strutturali.
Questo accade di frequente nei borghi e nei centri storici, dove pareti comuni, solai appoggiati, dislivelli e sopraelevazioni possono trasferire azioni sismiche tra edifici.
Anche se l’incarico riguarda una sola proprietà, il progettista deve valutare le interazioni strutturali rilevanti con le porzioni adiacenti.

Quali riferimenti normativi regolano l’analisi degli edifici in aggregato?

Il riferimento nazionale principale è il Capitolo 8 delle NTC 2018, in particolare il paragrafo 8.7.1 sugli edifici esistenti.
La Circolare C.S.LL.PP. n. 7 del 21 gennaio 2019 approfondisce il tema al paragrafo C8.7.1.3.2, dedicato agli edifici in aggregato.
A livello metodologico, le Linee guida ReLUIS 2010 forniscono criteri per rilievo, analisi e progetto di interventi di riparazione e miglioramento su edifici in aggregato.

Quali vulnerabilità sismiche sono tipiche degli aggregati edilizi?

Le vulnerabilità più ricorrenti riguardano ammorsature assenti o inefficaci, pareti di facciata non collegate, solai sfalsati, disallineamenti tra prospetti e differenze di altezza o rigidezza tra unità adiacenti.
Sono rilevanti anche le spinte di archi e volte, le azioni provenienti da tiranti ancorati su parti contigue e gli effetti di martellamento tra solai o pareti confinanti.
Le unità d’angolo o di testata richiedono particolare attenzione per possibili ribaltamenti, traslazioni ed effetti torsionali.
Il quadro fessurativo e la storia costruttiva sono quindi parte integrante della diagnosi.

Come si individuano US, UMI e unità minima di analisi?

La US, Unità Strutturale Omogenea, deve essere individuata sulla base della continuità strutturale da cielo a terra e del percorso dei carichi verticali.
La UMI, Unità Minima di Intervento, è la porzione di aggregato oggetto di intervento unitario, scelta in modo da ridurre le interazioni sismiche con le parti adiacenti.
L’unità minima di analisi può essere più ampia della UMI e includere unità strutturali confinanti necessarie per valutare spinte, carichi e interazioni.
Questa distinzione è essenziale per evitare modelli troppo ristretti o non rappresentativi.

Quali indagini servono prima della modellazione strutturale?

La fase conoscitiva deve comprendere rilievo geometrico, lettura delle fasi costruttive, analisi delle murature, rilievo dei quadri fessurativi e verifica dell’efficacia degli ammorsamenti.
Sono utili prove diagnostiche per confermare le ipotesi su tessitura muraria, collegamenti tra pareti, qualità dei materiali, rigidezza dei solai e presenza di presidi antisismici esistenti.
Il progettista deve inoltre identificare elementi incongrui introdotti da ristrutturazioni, come sopraelevazioni o porzioni in cemento armato non efficacemente collegate.

Quali errori deve evitare il progettista nell’analisi di un aggregato edilizio?

L’errore principale è modellare la singola unità come edificio isolato quando in realtà scambia azioni con le parti contigue.
È critico anche trascurare solai sfalsati, spinte di volte e archi, carichi provenienti da unità adiacenti, differenze di rigidezza e vulnerabilità fuori piano.
Un altro errore è assumere giunti strutturali efficaci senza verificarne la reale presenza e continuità.
La semplificazione del modello è ammessa solo se coerente con il comportamento effettivo dell’aggregato e con le indicazioni normative.