Edifici prefabbricati: da Enea una metodologia di lavoro per progettare interventi di rinforzo
Nell'articolo i risultati del progetto di ricerca ENEA. L’obiettivo principale è la codifica di una metodologia di lavoro completa, che va dall’analisi, alla progettazione e all’esecuzione di interventi di rinforzo sismico su edifici prefabbricati.
I terremoti degli ultimi decenni hanno evidenziato grandi criticità strutturali legate al comportamento sismico degli edifici presenti sul territorio italiano. In passato la normativa non prendeva in considerazione l’azione sismica, portando alla realizzazione di edifici con scarsa resistenza ai carichi orizzontali. Il terremoto dell’Emilia (2012) ha chiarito la debolezza degli edifici industriali prefabbricati.
I collegamenti fra gli elementi strutturali quali travi, pilastri e tegoli sono stati comunemente realizzati in semplice appoggio o tramite collegamenti spinottati dotati di insufficiente resistenza alle sollecitazioni sismiche. Tali carenze hanno spesso causato il collasso di intere porzioni di edifici, anche per accelerazioni di modesta entità.
Il presente articolo espone i risultati del progetto di ricerca ENEA. L’obiettivo principale è la codifica di una metodologia di lavoro completa, che va dall’analisi, alla progettazione e all’esecuzione di interventi di rinforzo sismico su edifici prefabbricati.
Il processo adottato prevede l’impiego di tecnologie all’avanguardia, che comprendono un rilievo con tecnologia integrata Laser-Scan 3D in grado di restituire un modello BIM dell’edificio, diagnosi delle proprietà dei materiali e identificazione dinamica della struttura tramite sensori sismici, valutazione della sicurezza, progettazione e messa in opera di interventi. Ai fini della ricerca, sono state effettuate analisi di tipo sia lineare che non-lineare statiche e dinamiche, per individuarne i principali vantaggi e svantaggi.
La sicurezza sismica degli edifici non è derogabile
Tutto il territorio nazionale è caratterizzato da terremoti più o meno intensi e frequenti, che in presenza di strutture non progettate con criteri antisismici contribuiscono a definire l’Italia come un paese a elevato rischio sismico.
Oltre al rischio in termini di perdita di vite umane, non è da sottovalutare il problema sociale legato allo spreco di denaro che una mancata prevenzione comporta. Si stima che per la ricostruzione delle città colpite dai terremoti dal 1968 al 2014 siano stati spesi 121.6 miliardi di euro, a fronte dei 50 miliardi stimati per mettere in sicurezza tutti gli edifici pubblici.
L'ingegneria sismica sta avendo un'evoluzione senza precedenti - in Italia e nel mondo - e questo comporta l'esigenza di un aggiornamento tecnico per i professionisti sempre più frequente, specialistico, affidabile. Per questo motivo EUCENTRE ed INGENIO hanno sviluppato una partnership che ha come obiettivo quello di ampliare la diffusione di approfondimenti dedicati alla Sismica. Su INGENIO sono quindi pubblicati i singoli Quaderni Tecnici dell'importante rivista "PROGETTAZIONE SISMICA" realizzata da EUCENTRE.
Il problema della sicurezza sismica degli edifici prefabbricati
Con il terremoto dell’Emilia nel 2012 è stata messa in evidenza una grave carenza nella tecnologia costruttiva degli edifici prefabbricati. Tali edifici sono caratterizzati tipicamente da strutture monopiano molto flessibili, con pilastri alti e solitamente snelli schematizzabili generalmente con elementi a mensola.
Le problematiche sono legate principalmente alle elevate deformazioni indotte dalle azioni orizzontali, rendendo evidente l’importanza della corretta valutazione della compatibilità di spostamenti e rotazioni fra elementi strutturali adiacenti e connessioni. In passato i collegamenti fra gli elementi strutturali quali travi, pilastri e tegoli, sono stati comunemente realizzati in semplice appoggio o tramite collegamenti spinottati, insufficienti al trasferimento delle sollecitazioni sismiche. La capacità deformativa non è mai stata adeguatamente valutata, nonostante tale aspetto sia di fondamentale importanza visti gli elevati spostamenti della struttura principale. A questo proposito una importante problematica è stata riscontrata nel collegamento dei pannelli di chiusura perimetrali agli elementi strutturali.
La valutazione della sicurezza finalizzata al calcolo dell’indice di vulnerabilità sismica è un processo complesso, e comprende le seguenti fasi principali: ricerca della documentazione originale di progetto, analisi storico critica, indagini diagnostiche sui materiali esistenti, creazione del modello di calcolo, analisi e verifica degli elementi strutturali.
In particolare la fase conoscitiva del fabbricato rappresenta uno step fondamentale per consentire un’analisi accurata e affidabile del problema. La mancanza di informazioni si traduce in uno spreco di risorse economiche e finanziarie causato dalla necessità di intervenire in modo più diffuso e impattante, anche a causa dei fattori di sicurezza maggiori che è necessario adottare.
Anche la tipologia di analisi adottata gioca un ruolo fondamentale ai fini della definizione dell’intervento di rinforzo e nel calcolo dell’indice di sicurezza. Come noto, analisi che si spingono in campo non lineare permettono generalmente di considerare risorse aggiuntive, pur richiedendo al progettista più approfondite competenze specialistiche e padronanza della dinamica delle strutture.
Il progetto di Ricerca e Sviluppo Enea per definire una metodologia completa
Il progetto di Ricerca e Sviluppo Enea si pone come obiettivo la codifica di una metodologia di lavoro completa, che va dall’analisi, alla progettazione e all’esecuzione di interventi di rinforzo sismico. Uno dei grandi vantaggi è la riduzione della filiera delle competenze individuando un unico attore. Ciò agevola la comprensione delle criticità e facilita la comunicazione con il Cliente.
L’impiego di tecnologie all’avanguardia
Il processo adottato prevede l’impiego di tecnologie all’avanguardia, e può essere suddiviso nei seguenti passi fondamentali:
• Rilievo: Tecnologia integrata Laser-Scan 3D. Conoscenza della geometria, precisione, restituzione digitale in BIM;
• Diagnosi: Indagini materiali, Identificazione Dinamica. Conoscenza dei dettagli per analisi;
• Analisi: Valutazione sicurezza sismica ed efficienza energetica (as-built). Individuazione criticità e Indicatori di rischio;
• Intervento: progettazione e messa in opera degli interventi di miglioramento/adeguamento sismico.
Il presente articolo presenta l’applicazione del protocollo a una struttura prefabbricata tipo, per la quale sono state eseguite analisi dinamiche lineari, analisi statiche non lineari e analisi dinamiche non lineari, prendendo in considerazione pericolosità sismiche crescenti associate a tre siti rappresentativi del panorama nazionale (Adro-Zona sismica 3; Bologna-Zona sismica 2; Cosenza-Zona sismica 1).
Strumenti utilizzati per il rilievo e la diagnostica.
Il caso studio: edificio prefabbricato del 1998
Il caso studio prevede l’applicazione del processo a un edificio con struttura prefabbricata, risalente al 1998. Il fabbricato è di proprietà delle Fonderie Ariotti, storica attività produttiva del comune di Adro. In Figura 1 è riportata una vista aerea del sito.
Figura 1 - Vista aerea del capannone oggetto di analisi.
La normativa di calcolo utilizzata nel progetto è il DM ’96, all’interno del quale non erano adottati particolari accortezze per il calcolo sismico dell’edificio.
Inizialmente la struttura era costituita da pilastri quadrati 60x60 cm alti circa 9 m disposti secondo una maglia regolare con 5 campate a passo 15.58 m in direzione longitudinale (parallela a via E. Fermi), e 4 campate di 9.81 m nella direzione perpendicolare.
In occasione dell’acquisizione da parte della nuova proprietà (Ariotti) sono state apportate alcune modifiche strutturali di adeguamento ai soli carichi statici, le quali hanno previsto il rinforzo delle prime due file di pilastri nella zona ovest del capannone. Tali pilastri sono stati ringrossati fino a ottenere una sezione totale di 110x140 cm, fino a un’altezza di circa 7 metri dal pavimento industriale (quota di appoggio delle vie di corsa).
Le travi sono costituite da elementi a Y in c.a. di altezza pari a 90 cm. Sono presenti inoltre delle travi da carroponte a quota inferiore, costituite da elementi in c.a. con sezione a I con altezza pari a 80 cm. Tutte le connessioni sono realizzate in semplice appoggio.
I tamponamenti esterni sono realizzati mediante pannelli prefabbricati orizzontali di spessore 20 cm, interrotti nella zona centrale a formare finestre a nastro. Il collegamento con la struttura è effettuato mediante connessioni classiche con mensola e profilo canale.
All’interno della struttura del capannone è presente una palazzina uffici, la cui struttura e realizzata a travi e pilastri in c.a. gettati in opera. A livello strutturale i due fabbricati risultano scollegati, consentendo di studiare il comportamento dinamico in modo indipendente.
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L'articolo prosegue trattando anche questi temi:
- Conoscenza dell'edificio: rielievo diagnosi
- Metodo di analisi
- Modellazione della struttura
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