Sicurezza strutturale e riqualificazione energetica: da dove partire

Il rinnovamento del patrimonio edilizio italiano, prevalentemente costruito prima dell’entrata in vigore delle norme antisismiche, non può limitarsi a interventi di carattere estetico o esclusivamente energetico, ma deve partire da una riflessione più ampia sulla sicurezza strutturale degli edifici.

Intervenire sull’isolamento termico di edifici strutturalmente carenti rischia infatti di mascherare problemi più gravi, rinviando nel tempo interventi indispensabili e aumentando, potenzialmente, la vulnerabilità complessiva della costruzione.

La soluzione adottata dal proprietario della villetta che prenderemo in esame in questo caso di studio tiene conto di queste riflessioni e prevede la riqualificazione energetica e il raggiungimento del miglioramento sismico con il medesimo intervento.

Il conseguimento di tale obiettivo è stato possibile grazie all’impiego del cappotto antisismico Resisto 5.9, tecnologia completamente a secco sviluppata da Progetto Sisma.

  

Il caso di studio di una villetta in muratura a doppio paramento nel Torinese

Lo stato di fatto

L’edificio, adibito a civile abitazione e ubicato nel comune di Angrogna, in provincia di Torino, è stato progettato e costruito a fine anni ’70.

 

 

Esso è composto da due livelli fuori terra e un seminterrato. Le dimensioni in pianta sono di circa 11 m x 12 m, mentre l’altezza di interpiano è di circa 3 m.

Gli elementi strutturali dell’edificio sono così composti:

• Al piano interrato, la struttura portante è costituita da setti in conglomerato cementizio non armato, di circa 40 cm di spessore. Ai due livelli in elevazione, si hanno invece pareti in muratura a doppio paramento in blocchi forati di 15 cm e 12.5 cm, con materiale isolante non strutturale nell’intercapedine.
• Inoltre, è presente un telaio di spina in c.a., C20/25, con pilastri 30x30 cm, travi in spessore di solaio (20cm), oltre alla trave di colmo in copertura.
• Gli orizzontamenti sono solai in laterocemento 16+4 cm, inclusa la copertura a due falde con tegole in cemento.
• Le strutture di fondazione sono di tipo superficiale, costituite da travi e plinti.

        

Il miglioramento sismico con Resisto 5.9

Da un punto di vista strutturale, l’intervento viene inquadrato come miglioramento sismico secondo il §8.4.3 delle NTC2018.

Tale obiettivo viene raggiunto tramite l’installazione sulle pareti perimetrali del cappotto antisismico Resisto 5.9: una soluzione modulare che consente di ottenere il miglioramento delle prestazioni sismiche e l’efficientamento energetico degli edifici con un solo intervento a secco, esclusivamente dall’esterno.

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Resisto 5.9 è costituito da un telaio strutturale in acciaio che integra al proprio interno un sistema di isolamento termico. Grazie a speciali fori e intagli, infatti, i pannelli isolanti si incastrano con precisione nel telaio in acciaio, il cui spessore viene assorbito in quello del pannello stesso.

Il sistema strutturale di Resisto 5.9 è costituito essenzialmente da elementi in acciaio S350GD+Z prezincato di basso spessore (massimo 3 mm): profili metallici verticali e orizzontali, controventi diagonali, profili e piastre di raccordo.

Questo sistema è ancorato a secco in maniera efficace agli elementi murari o in calcestruzzo della struttura esistente tramite barre filettate M12, classe 8.8, ed ancorante chimico.

Tramite l’applicazione di tale cappotto antisismico, di fatto, si realizza un esoscheletro in acciaio che ha un duplice effetto:

• eliminare i cinematismi locali;
• migliorare il comportamento globale di tutto l’edificio.

  

 

Dopo aver effettuato un rilievo di precisione dell’edificio tramite drone e georadar e sulla base della documentazione disponibile, si è potuto procedere alla redazione dello schema di posa degli elementi strutturali in acciaio del sistema.

 

   

La modellazione globale nel software di calcolo

L'intervento è finalizzato al miglioramento/adeguamento sismico degli edifici esistenti ai sensi dei § 8.4.2 e 8.4.3 delle NTC2018, rientrando in generale nell’ambito degli interventi di tipo globale, con l’obiettivo di riqualificare l’intero organismo strutturale.

La modellazione dell’edificio, sia allo stato di fatto che stato di progetto, è stata eseguita tramite il software di calcolo PRO SAM / PRO SAM (2S.I.), in cui gli elementi in muratura portante vengono schematizzati da un “telaio equivalente”.

I parametri di progetto sono riassunti nella tabella seguente.

Parametri della struttura
Classe d'uso	Vita Vn	Coeff. Uso	Periodo Vr	Tipo di suolo	Categoria topografica	Quota relativa
	[anni]		[anni]			[%]
II	50.0	1.0	50.0	B	T2	100.0

Nella modellazione della struttura in elevazione sono state assunte le seguenti ipotesi:

• Ipotesi di piano rigido degli orizzontamenti;
• Essendo le pareti in elevazione a doppio paramento, in fase sismica, a favore di sicurezza, lo spessore della parete equivalente è determinato in accordo con l’equazione 5.11 dell’Eurocodice 6.1, ovvero pari alla radice cubica della somma dei cubi degli spessori dei singoli paramenti (oltre ad un fattore di correzione proporzionale ai moduli elastici delle murature). Per i carichi statici, invece, lo spessore della parete è quello totale.
• Il piano interrato in calcestruzzo non armato viene modellato tramite maschi e fasce in materiale “muratura” ma con proprietà equivalenti al calcestruzzo, ai fini di una corretta interpretazione del comportamento globale della struttura da parte del programma;
• La copertura a due falde ricondotta ad una copertura piana posta ad un’altezza media;
• Maschi murari vincolati a terra tramite vincoli di tipo incastro.
• Ai fini dell’azione sismica, si considera come struttura sismoresistente principale la muratura perimetrale, mentre il telaio in c.a. di spina viene classificato come elemento sismico secondario. Come riportato al paragrafo 7.2.3. delle NTC2018 “Alcuni elementi strutturali possono essere considerati “secondari”; nell’analisi della risposta sismica, la rigidezza e la resistenza alle azioni orizzontali di tali elementi possono essere trascurate. Tali elementi sono progettati per resistere ai soli carichi verticali e per seguire gli spostamenti della struttura senza perdere capacità portante”.

 

 

Modellazione del sistema Resisto 5.9

Come anticipato in altri approfondimenti su questo portale, il sistema Resisto 5.9 agisce, da un punto di vista strutturale, sia come presidio all’attivazione dei cinematismi locali (ribaltamenti) sia come miglioramento delle capacità delle singole pareti, nel piano, in termini di capacità deformativa e resistenza. Ciò si ripercuote positivamente a livello globale, incrementando la performance sismica dell’intero edificio.

Incremento della capacità deformativa nel piano a taglio

Sulla base delle Linee Guida dei sistemi di rinforzo di Progetto Sisma, è lecito incrementare le capacità deformative nel piano della muratura rinforzata del 50%, in termini di drift, all’SLD ed SLV a taglio (ovvero moltiplicare per 1.5), rispetto ai limiti utilizzati per le corrispondenti murature non rinforzate, definite secondo le prescrizioni delle NTC 2018 e le indicazioni della Circolare 7/2019 riferite alla muratura ordinaria.

  

Incremento della resistenza nel piano

Al fine di considerare la presenza del sistema di rinforzo nel modello di calcolo a telaio equivalente dell’edificio in muratura, senza introdurre nuovi elementi, è stata adottata una similitudine di tipo funzionale utilizzando le formulazioni della “muratura armata”, in accordo con le NTC2018 e relativa Circolare 2019.

Sulla base delle Tavole di progetto è possibile stimare un interasse (passo) medio degli elementi verticali e orizzontali che compongono il sistema strutturale in acciaio del Resisto 5.9.

• La distanza media tra gli elementi orizzontali è di circa 840 mm.
• La distanza media tra gli elementi verticali è di circa 640 mm.

Per rimanere a favore di sicurezza, si assume che l’interasse tra elementi verticali, nel modello di calcolo, sia anch’esso pari a 840 mm.

Pertanto, sia a pressoflessione che taglio, il contributo dei sistemi di rinforzo è stato considerato attribuendo alla muratura esistente un’armatura resistente, il cui rapporto geometrico è pari a circa 1 ϕ 12 al metro ovvero lo 0.646 % dell’area della sezione della parete, nel piano che interseca le armature in esame.

Si noti che sempre a favore di sicurezza non è stata inserita nessuna armatura “iniziale” né “finale”.

  

 

Le verifiche sismiche globali

Al fine di valutare la vulnerabilità sismica dell’edificio sia ante che post operam, sono state eseguite una serie di analisi non lineari statiche (Pushover), seguendo le indicazioni della Normativa Vigente e assumendo due tipologie di distribuzione delle forze: “triangolare” - proporzionale alle forze statiche e “proporzionale” - desunta da un andamento uniforme di accelerazione.

Le combinazioni sismiche non lineari sono definite in maniera automatica: l’analisi è svolta considerando l’azione sismica (di segno positivo e negativo) applicata separatamente secondo ciascuna delle due direzioni orizzontali.

Il punto di prestazione viene calcolato con il metodo A basato sull’individuazione della domanda anelastica attraverso il principio dell’equivalenza energetica.

Si mostrano di seguito i risultati delle verifiche peggiori, sia allo “stato di fatto” (SDF) che “stato di progetto (SDP):

  

   

La verifica dei cinematismi locali

I cinematismi locali ritenuti più significativi e più probabili per tale edificio erano essenzialmente il “ribaltamento semplice” e la “flessione verticale”. A favore di sintesi si riporta la verifica del ribaltamento semplice di un maschio murario, posto al 1° piano del lato ovest dell’edificio:

  

  

La Figura 7 illustra i più probabili ribaltamenti che coinvolgono tale maschio murario:

• ribaltamento di tutto il paramento esterno (primo e secondo piano)
• ribaltamento del solo paramento interno (primo piano)

  

  

Grazie all’applicazione del sistema di rinforzo “diffuso” su tutte le superfici murarie esterne si sono inibiti i cinematismi che tendevano ad espellere verso il paramento esterno delle pareti. Inoltre, grazie alla presenza degli ancoraggi con barre M12 e resina certificata, appositamente prolungati per ancorarsi efficacemente ad entrambi i paramenti, sono stati scongiurati anche quei cinematismi che coinvolgevano il paramento interno.

 

  

Rapporto Capacità/Domanda nella condizione:	Ribaltamento semplice paramento 1° piano lato ovest
	esterno	interno
SDF	C/D = 0.18	C/D = 3.39 >1, ok
SDP	C/D = 0.33	C/D = 6.43 >1, ok

  

Indici di vulnerabilità sismica

A seguito delle analisi Pushover, eseguite sulla struttura in oggetto secondo le modalità descritte precedentemente, la struttura risulta essere caratterizzata dai seguenti indici di vulnerabilità, che caratterizzano il comportamento globale dell’edificio:

Allo stato di fatto (SDF), l’indicatore di rischio sismico minimo è: (CMB 18)

Allo stato di progetto (SDP), l’indicatore di rischio sismico minimo è: (CMB 18)  

Pertanto si ottiene un incremento pari a: 0.462     > 0,1.

Inoltre, anche l’analisi dei principali cinematismi locali ha mostrato l’efficacia del sistema di rinforzo diffuso. La tabella seguente, infatti, indica il rapporto capacità/domanda, in termini di accelerazione, per i cinematismi indagati, sia nella condizione ante che post operam. Vengono riportati i valori minimi per ogni tipologia di ribaltamento, la cui verifica è stata eseguita sulle pareti la cui geometria e condizioni di carico (accelerazione di piano) erano combinate in modo da dare l’esito peggiore.

Il rapporto tra capacità e domanda dei cinematismi indagati, nella condizione di progetto è sempre sensibilmente superiore a 1. L’indicatore di rischio sismico minimo risulta pertanto quello derivante dall’analisi globale dell’edificio, nella condizione di progetto: .

Si può quindi concludere che l’intervento si configura a pieno titolo come miglioramento sismico ai sensi del §8.4.2 delle NTC2018, raggiungendo, in realtà, performance che caratterizzano addirittura un adeguamento.

 

Le fasi di cantiere

L’intervento di miglioramento sismico e riqualificazione energetica della villetta di Angrogna è stato affidato a una squadra di posa di Progetto Sisma. I lavori sono durati complessivamente 21 giorni, per un totale di 210 mq di superficie rinforzata, con una media di 3-4 operai in cantiere.

La posa in opera del sistema Resisto 5.9, completo di ciclo di isolamento e finitura certificato ETA “Sismatherm Grey Tube”, ha previsto le seguenti fasi:

• Installazione esoscheletro strutturale in acciaio: 12 giorni
• Applicazione EPS e tasselli da cappotto: 6 giorni
• Rasatura armata e posa dell’intonachino: 3 giorni

Tenendo in considerazione tutte le lavorazioni realizzate, sono stati posati 10 mq al giorno di sistema (comprensivo di cappotto e finitura).

  

 

All'interno dell'articolo integrale è possibile visionare altre immagini del cantiere.

 

Conclusioni

Con un intervento di soli 21 giorni svolto esclusivamente dall’esterno, il proprietario della villetta di Angrogna oggi può usufruire di un’abitazione sicura e termicamente efficiente.

Integrare miglioramento sismico e isolamento termico in un unico intervento consente, inoltre, di ridurre i costi e rendere più accessibile e realistica l’opera di riqualificazione.

Nelle aree alpine, dove il clima rigido, l’isolamento geografico e il progressivo spopolamento dei borghi montani hanno contribuito all’abbandono di numerosi edifici rurali, il rinnovamento del costruito assume anche una valenza sociale e territoriale. Recuperare e mettere in sicurezza le abitazioni esistenti significa creare le condizioni per una nuova abitabilità della montagna, favorendo forme di residenza stabile e sostenibile.

Se desideri ricevere maggiori informazioni sull’intervento o documentazione tecnica sul sistema Resisto 5.9,contatta Progetto Sisma all’indirizzo commerciale@progettosisma.it.