Valutazione semplificata della vulnerabilità sismica: gli edifici in c.a. del Comune di Ivrea

Il calcolo della vulnerabilità sismica

Di seguito si valuta uno dei tre fattori del rischio sismico degli edifici: la vulnerabilità sismica.

Il calcolo è stato effettuato in due fasi ed è stato l’oggetto della tesi dell’ing. Sean Ollearo al Politecnico di Torino con relatori i Prof. Alessandro P. Fantilli e Bernardino Chiaia.

Nella prima fase è stata compilata la scheda CARTIS di 1° livello (per le tipologie edilizie) e di 2° livello (per gli edifici) riguardanti i soli edifici ordinari residenziali del Comune di Ivrea, nella seconda fase è stata eseguita un’analisi strutturale completa dei due edifici più rappresentativi.

La vulnerabilità sismica è stata valutata in modo semplificato attraverso la valutazione del grado di difformità della costruzione, il quale viene correlato con l’indice di sicurezza I-SV introdotto dalla nuova classificazione del rischio sismico. L’interesse per il Comune di Ivrea discende dal fatto di trovarsi in zona considerata “non sismica” fino al 2003 e caratterizzata da una buona qualità media esecutiva dell’edilizia in c.a. del dopoguerra.

La citta di Ivrea è stata suddivisa in comparti omogenei all’interno dei quali è stato possibile compilare le schede CARTIS di 1° livello. La compilazione di tali schede, attività normata da ReLUIS (Rete dei Laboratori Universitari di Ingegneria Sismica), ha l’obiettivo di identificare le tipologie strutturali prevalenti tra gli edifici ordinari del territorio italiano, ricavando lo stato dell’arte del costruito. All’interno dei singoli comparti, sono state catalogate le tipologie strutturali prevalenti, in muratura portante e in cemento armato; per ogni tipologia si è compilata la scheda CARTIS di 2° livello di un edificio più rappresentativo.

Gli edifici scelti a campione

Tra le tipologie elencate sono stati presi in considerazione due edifici campione:

• ZE1 - condomini popolari in c.a., di cui si analizza un edificio risalente al 1959; si tratta di una casa plurifamiliare a 4 piani fuori terra di epoca olivettiana, denominato nel seguito Edificio A;

• ZE2 - condomini pre-2003 in c.a., di cui si analizza un tipico condominio orizzontale a 3 piani fuori terra costruito in collina e risalente al 1973, di seguito denominato Edificio B.

Su tali edifici, rappresentativi delle tipologie costruttive maggiormente diffuse nel Comune di Ivrea, sono state svolte analisi strutturali dinamiche complete secondo le NTC 2008 vigenti.

Le fasi delle analisi effettuate sugli edifici

L’analisi di questi edifici consta di tre fasi: in una prima in cui si identificano i dati necessari al progetto strutturale, con particolare riferimento alla resistenza a compressione del calcestruzzo, nella seconda vi è lo svolgimento del calcolo strutturale vero e proprio e nella terza si misura il Grado di Difformità degli edifici.

Il Grado di Difformità (GD) è un metodo che consente di definire in modo semplificato le carenze dei fabbricati esistenti rispetto ai requisiti minimi richiesti dalle Norme attuali. Infatti, il GD confronta le caratteristiche dell’edificio esistente con quelle definite dalla progettazione antisismica secondo le attuali Normative, definendo, con un semplice rapporto, lo scostamento qualitativo di ciò che si rileva da ciò che ci dovrebbe essere.

Le analisi strutturali delle costruzioni esistenti richiedono la preventiva conoscenza della geometria del costruito, delle sezioni degli elementi strutturali e della disposizione delle armature. Le NTC definiscono un livello di conoscenza degli elementi strutturali in funzione dei dati disponibili, in particolar modo per le proprietà dei materiali. Per l’acciaio, la conoscenza diretta delle proprietà meccaniche non è determinante e si possono utilizzare le proprietà delle armature in commercio all’epoca della costruzione (progetto simulato).

Al contrario, la conoscenza della resistenza cubica a compressione del calcestruzzo (Rck) risulta di fondamentale importanza per definire l’affidabilità dell’analisi strutturale. In genere, la documentazione disponibile non riporta la resistenza a compressione del calcestruzzo, che in passato era spesso definita da una specifica composizione, anziché da una ben precisa prestazione meccanica. Per tale ragione, il valore della resistenza a compressione del calcestruzzo esistente può essere stimato mediante curve di resistenza in funzione dell’età di costruzione degli edifici, definite dal database storico delle prove di certificazione dei materiali eseguite nel Dipartimento di Ingegneria Strutture Edile e Geotecnica (DISEG) del Politecnico di Torino; queste curve possono essere considerate un’alternativa alle indagini in sito distruttive e/o non distruttive. A titolo di esempio, in Figura 1, si riporta la distribuzione delle resistenze cubiche a compressione dei calcestruzzi messi in opera nell’anno 1955 e, in Figura 2, la distribuzione dei valori medi di Rck, misurati in circa 100 anni di prove di certificazione dei calcestruzzi strutturali, e dei relativi frattili.

I valori medi di Rck e dei relativi frattili degli edifici A e B sono riportati nella Tabella 2.

Le sollecitazioni sono state calcolate con un’analisi dinamica lineare (analisi modale) e il progetto/verifica delle singole sezioni strutturali è riferito allo stato limite ultimo. La procedura di calcolo, effettuato con l’ausilio del programma DOLMEN, prodotto e distribuito da CDM DOLMEN di Torino, consta delle seguenti fasi:

• Modellazione della struttura portante degli edifici A e B, inserimento dei dati utili al calcolo sismico quali il fattore di struttura q, pari a 1,5 per le azioni verticali e calcolato come q=2,76 per le azioni orizzontali;
• Definizione dei carichi agenti;
• Definizione della resistenza del calcestruzzo storico, il cui valore è scelto tra le possibili resistenze misurate nelle prove di accettazione dei materiali del Politecnico di Torino negli anni di costruzione degli edifici A e B;
• Progettazione di travi e pilastri.

Le armature progettate in accordo con la procedura descritta nel paragrafo precedente sono poi state poste a confronto con quelle presenti negli edifici A e B. Nonostante la geometria della trave sia invariata, le armature a flessione e a taglio, illustrate in Fig.4 e Fig.5, sono sostanzialmente differenti; le stesse differenze si possono osservare in tutte le travi e in tutti i pilastri degli edifici A e B.

 

Dai calcoli fatti si è osservato che la variazione della resistenza a compressione del calcestruzzo, dai valori del frattile 5% fino a quelli del frattile 95% riportati in Tabella 2, non modificano le distinte delle armature negli elementi strutturali calcolate secondo le vigenti Norme Tecniche. Ciò è dovuto al fatto che nelle travi e nei pilastri l’armatura è prossima a quella minima di Normativa.

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