Analisi strutturale di edifici esistenti in c.a.: valutazione critica delle prescrizioni

Memoria tratta dagli Atti delle GIORNATE AICAP 2014 - Bergamo 22-24 maggio 2014

SOMMARIO
Il problema della sicurezza degli edifici esistenti è di notevole importanza, se si pensa all’elevato livello di vulnerabilità, anche sismica, e al valore storico, architettonico ed artistico che caratterizzano gran parte del patrimonio esistente. Aspetto rilevante nella risposta sismica delle strutture è la regolarità strutturale, sia in pianta sia in elevazione. La regolarità strutturale ed una buona organizzazione del sistema strutturale consentono di “predire”, in un certo senso, il comportamento di una struttura sotto un dato campo di azioni e sollecitazioni. Per le strutture regolari, inoltre, diventa più affidabile poter impegnare le risorse duttili e la capacità dissipativa globale. Tuttavia, nella gran parte del patrimonio esistente, progettato e realizzato con criteri non sismici, difficilmente si riescono a trovare caratteri di regolarità auspicati per i suddetti scopi. Con questi presupposti è di notevole interesse lo studio di metodologie di analisi semplici e semplificate, facili da eseguire e da controllare (come le analisi statiche non lineari), che risultino affidabili al pari di analisi ben più sofisticate e più “realistiche” (analisi time history). Il presente lavoro offre un confronto tra i risultati ottenuti da analisi statiche non lineari (push – over) ad un solo modo di vibrare, analisi statiche non lineari multimodali (MPA) ed analisi dinamiche non lineari del tipo time history (TH), riferite a reali casi di studio, scuole esistenti nella provincia di Foggia.

INTRODUZIONE
Il tema della sicurezza degli edifici esistenti assume notevole interesse, se si pensa all’elevato livello di vulnerabilità, anche sismica, e al valore storico, architettonico ed artistico che caratterizzano gran parte del patrimonio esistente. Risulta difficile generalizzare i metodi di analisi, di verifica e i successivi interventi strutturali, a causa della notevole variabilità delle tipologie costruttive, dei materiali e delle forme.
Il procedimento di valutazione della sicurezza degli edifici esistenti, in accordo all’EC8 – 3 [12] e al D.M. 14/01/2008 [9], presuppone una serie di attività preliminari, mirate all’acquisizione di un livello di conoscenza dell’edificio, indispensabile per poter eseguire analisi anche in campo sismico. L’avvicinamento alla conoscenza di un manufatto segue una logica per gradi successivi di approfondimento. Fasi determinanti in questo senso sono: la ricerca di documentazione storica, l’acquisizione di un rilievo geometrico – strutturale, la caratterizzazione meccanica dei materiali e la individuazione dei diversi meccanismi di crisi attivabili.
Determinante può diventare anche il ruolo di elementi non dichiaratamente strutturali ma che, in caso di sisma, potrebbero condizionare la risposta strutturale. Si faccia riferimento, ad esempio, alle tamponature ed alle tramezzature [4], [5], [6], [7], [8] che, inserite all’interno di maglie di telai in c.a. e dotate di una consistente rigidezza nel proprio piano, quanto più sono distribuite in maniera irregolare, tanto più possono portare a sperequazioni di irrigidimento locale elevato, capace di minare le risorse duttili dell’intero sistema strutturale.
Nello studio della risposta sismica assume un ruolo importante anche la valutazione della rigidezza membranale degli impalcati. Differenze sensibili si riscontrano [25], infatti, a seconda che l’impalcato possa essere considerato come una membrana infinitamente rigida nel proprio piano oppure dotata di una rigidezza estensionale finita.
Gli effetti relativi agli elementi non strutturali e alla rigidezza membranale di impalcato, per i casi affrontati in questo lavoro, saranno sviluppati in lavori successivi.
La regolarità strutturale e la buona organizzazione del sistema strutturale consentono di “predire” il comportamento di una struttura in un dato campo di azioni e sollecitazioni. Per le strutture regolari, inoltre, diventa più affidabile poter contare sulle effettive risorse duttili e su una maggiore capacità dissipativa globale. Le Norme consentono degli “sconti” in termini di azioni e di analisi, specie in campo sismico, che si tramutano anche in vantaggi economici rilevanti. Tuttavia, in gran parte del patrimonio esistente, progettato e realizzato con criteri non sismici, difficilmente si riescono a trovare spiccati caratteri di regolarità.
Per poter raffinare il tipo di analisi che si vuole condurre, si deve disporre necessariamente di un elevato grado di affidabilità nella conoscenza e nella modellazione dei legami costitutivi dei materiali [1], [2], [3]. Analisi raffinatissime, come le analisi dinamiche non lineari del tipo time history (TH), richiedono, inoltre, l’introduzione di gruppi di accelerogrammi la cui selezione non è sempre spedita.
Per ovviare alle difficoltà esposte, si fa ricorso a metodologie di analisi che, sebbene semplificate, siano semplici da eseguire, facili da controllare e affidabili al pari di analisi più sofisticate.
La procedura adoperata nel presente lavoro consiste in un’analisi statica non lineare (pushover) nella quale viene considerato non solo il modo di vibrare fondamentale (come per le pushovermonomodali, consentite dalla Normativa [9], [11]), ma anche il contributo dei modi di vibrare superiori (pushover multimodale, MPA), in numero sufficiente a garantire la quasi totalità della partecipazione di massa vibrante. Considerando il contributo dei modi superiori è possibile valutare l’influenza che questi possono avere nella risposta sismica globale. Considerando, invece, solo il modo principale si potrebbe sottostimare la capacità resistente e/o duttile. Una simile procedura ben si presta per strutture irregolari in pianta e/o in elevazione.
La affidabilità di tale procedura viene testata mediante un diretto confronto tra le curve di capacità MPA e i risultati di analisi dinamiche non lineari del tipo time history (TH) relative a reali casi di studio.

REGOLARITÀ STRUTTURALE E METODI DI ANALISI
Le Norme Tecniche per le Costruzioni [9] definiscono le condizioni necessarie affinché un edificio possa ritenersi regolare in pianta ed in altezza.
In particolare una costruzione è regolare in pianta se tutte le seguenti condizioni sono rispettate:
• la configurazione in pianta è compatta e approssimativamente simmetrica rispetto a due direzioni ortogonali, in relazione alla distribuzione di masse e rigidezze (Fig. 1);
• il rapporto tra i lati di un rettangolo in cui la costruzione risulta inscritta è inferiore a 4 (Fig. 1);
• nessuna dimensione di eventuali rientri o sporgenze supera il 25% della dimensione totale della costruzione nella corrispondente direzione;
• gli orizzontamenti possono essere considerati infinitamente rigidi nel loro piano rispetto agli elementi verticali e sufficientemente resistenti.

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