Rinforzo delle tamponature di edifici in c.a. con piano pilotis: effetti globali e altre strategie per l’adeguamento sismico

In strutture intelaiate, la vulnerabilità fuori piano delle tamponature è spesso contrastata tramite l’applicazione di intonaci rinforzati con tessuti (TRM). Tale intervento è considerato così vantaggioso che spesso viene adottato senza eseguire alcuna analisi sismica globale. Pur impedendo l’espulsione delle pareti, l’interazione nel piano delle tamponature con il telaio comporta un aumento della rigidezza con conseguente accrescimento dell'azione sismica da prevedere in fase di verifica. Negli edifici con piano pilotis, ciò può determinare un peggioramento del comportamento a taglio o a flessione dei pilastri alla quota in cui le tamponature sono assenti, con variazione significativa dello sforzo normale. Gli effetti sopra menzionati sono descritti e quantificati nell'articolo; inoltre, vengono proposte alcune strategie di intervento aggiuntive, finalizzate all’adeguamento sismico, sia mediante rinforzi tradizionali che per introduzione di controventi dissipativi.

Gli edifici con piano pilotis sono particolarmente vulnerabili in caso di eventi sismici

Gli edifici con primo interpiano del tipo a pilotis rappresentano una modalità costruttiva che ebbe particolare fortuna dal secondo dopoguerra anche in Italia, avendo avuto la sua prima esemplificazione con la Villa Savoye a Poissy, opera di Le Corbusier degli Anni Trenta, considerata il manifesto del cubismo nell’architettura. Contrariamente al modello, caratterizzato da una struttura soprastante il piano pilotis in cui un orizzontamento tamponato è alleggerito da uno vetrato, le realizzazioni italiane di edifici della stessa tipologia presentano generalmente più o meno esili colonne al piano terra, che fungono da sostegno di massicci volumi pieni soprastanti.

Come noto, nel caso di occorrenza di azioni orizzontali come quelle di tipo sismico tale configurazione è particolarmente vulnerabile, generando indesiderati meccanismi di piano soffice. Nella caratterizzazione del loro comportamento dinamico gioca un ruolo di grande importanza l’interazione fra membrature principali e tamponature (Mehrabi et al. 1996, Gaetani d’Aragona et al. 2021). Per piccoli spostamenti di piano, queste ultime infatti accrescono sensibilmente la rigidezza della struttura, danneggiandosi nel piano in relazione alle caratteristiche di resistenza a taglio specifiche di ogni paramento murario, oppure ribaltandosi fuori piano per azioni ortogonali (Cavaleri & Di Trapani 2014, De Risi et al. 2018, Barbagallo et al. 2019).

Nel caso di edifici a pilotis, l’applicazione alle zone tamponate di intonaci rinforzati con tessuti, nel seguito denominati con la sigla TRM (acronimo di: Textile-Reinforced Mortar), può essere intesa come una soluzione per impedire i meccanismi fuori piano e contestualmente contenere il danno sulle membrature al disopra del primo interpiano, ma l’aumento di rigidezza e la modifica del comportamento strutturale accresce generalmente le azioni sui pilastri del piano pilotis con un sostanziale peggioramento della risposta globale della costruzione.

Nell’articolo viene discussa tale considerazione, partendo dal caso di studio di una palazzina in c.a. di sette piani ad uso abitativo. In particolare, viene proposto lo studio comparato della vulnerabilità sismica della struttura allo stato ante- e post-intervento di rinforzo con TRM.

Vengono poi analizzati possibili ulteriori interventi volti a sanare l’aumentata vulnerabilità globale, prevedendo rinforzi dei pilastri del piano pilotis o l’inserimento al piano stesso di controventi metallici con schema a V rovescia sia in versione tradizionale che dissipativa, prevedenti l’inserimento di dissipatori fluido-viscosi pressurizzati, a matrice siliconica (Sorace et al. 2016, Terenzi et al. 2024), atti a ridurre l’azione sismica pressoché solo per incremento dello smorzamento, senza apportare sensibili modifiche alla rigidezza della struttura originaria.

Analisi della struttura allo stato attuale

Caratteristiche geometriche e meccaniche

Il caso di studio di riferimento è un edificio ad uso residenziale in calcestruzzo armato di sette pia- ni, progettato negli anni ‘90 e costruito a Marconia, una frazione del Comune di Pisticci, in Provincia di Matera. Il piano terra a pilotis è utilizzato come portico, mentre i sei piani superiori sono destinati ad abitazioni. In Figura 1 viene mostrata una vista del prospetto dell’edificio.

La costruzione ha pianta rettangolare di dimensioni 20,30 m ×11,0 m (Figura 2). L’altezza complessiva della costruzione è di 21,1 m, essendo di 3,1 m quella del primo interpiano e di 3,0 m l’altezza dei sei livelli superiori. Le fondazioni consistono in un sistema di travi rovesce, aventi un’altezza totale di 1,50 m ed una larghezza di 0,50 m (la ciabatta ha dimensioni di 1,60 m × 0,50 m).

Le strutture verticali sono costituite da pilastri a sezione rettangolare di dimensioni e armatura varia- bili alle differenti quote (500 mm × 400 mm con 6 Φ16 ai primi tre piani, 400 mm ×300 mm con 8 Φ16ai piani quarto e quinto, 300 mm × 300 mm con 4 Φ16 agli ultimi due piani), da scale in calcestruzzo armato e da un setto esterno al vano ascensore, dello spessore di 200 mm.

La resistenza del calcestruzzo è stata ricavata tramite carotaggi e prove SONREB, ottenendo una resistenza cilindrica media di 19,2 MPa. Per l’acciaio, dai certificati originali si evince l’impiego di barre in FeB44k.

Modellazione strutturale

La modellazione della struttura è stata eseguita in campo non lineare tramite il software SAP2000 (CSI 2023).

Travi e pilastri sono stati modellati con elementi trave con cerniere plastiche alle estremità in accordo con le norme ASCE 41-17 (2017). I meccanismi di rottura fragile a taglio sono stati tenuti in conto nelle verifiche strutturali. I setti sono stati modellati tramite elementi guscio con legame costitutivo ricavato per integrazione lungo le normali (layered shell).

Nella modellazione le tamponature, rinforzate e non, sono riprodotte mediante classici schemi di puntoni equivalenti (Stafford Smith & Carter 1969, Bertoldi et al. 1993, Pohoryles, D.A. & Bournas, 2020, Mucedero et al. 2020). I puntoni sono stati modellati tramite elementi link a due nodi.

Il loro comportamento è stato definito tenendo conto del parametro

dove Em e Ec rappresentano i moduli elastici, rispet- tivamente, della tamponatura e del calcestruzzo, tw e hw indicano lo spessore e l’altezza della parete, θ l’angolo di inclinazione del puntone e Jc è il momen- to d’inerzia dei pilastri adiacenti. Una volta noto λ, la larghezza del puntone equivalente è ottenuta come (Mainstone 1974)

dove H corrisponde all’altezza del campo di telaio e dm alla lunghezza della diagonale della tamponatura. Da tali dati, la curva “back-bone” adottata nello studio è stata definita seguendo la proposta di De Risi et al. (2018) (Figura 3).

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