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CAPITOLO 8.

STRATEGIE E TECNICHE DI INTERVENTO PER IL CONSOLIDAMENTO STRUTTURALE

R. Landolfo, M.D’Aniello, G. Di Lorenzo, F. Portioli Dipartimento di Costruzioni e Metodi Matematici in Architettura

8.1 Introduzione

In questa sezione viene presentata una panoramica delle diverse strategie e tecniche di intervento per il consolidamento strutturale con particolare riferimento alle azioni sismiche. Sono considerate sia strategie di tipo tradizionale che di tipo innovativo. I pricipali me-todi di intervento vengono descritti in termini di effetti sugli spettri di capacità e di domanda, ovvero di prestazione attesa per il sistema strutturale. Successivamente, si esaminano sia gli interventi di tipo globale che locale, nonché gli interventi sulle parti non strutturali, quali tamponature e tramezzature che, per il loro peso e la loro posizione, possono costituire un pericolo per l'incolumità delle persone, anche nel caso in cui la struttura non subisce danni significativi. Infine, sono presentati alcuni esempi rappresentativi di intervento di consolidamento realizzati sul territorio campano.

8.2 Le strategie di intervento

Gli interventi di consolidamento sono volti, da un lato, ad ottenere un aumento della capacità strutturale, ovvero delle caratteristiche di rigidezza, resistenza e duttilità, dall’altro ad una diminuzione della domanda. In relazione agli effetti sulla capacità della struttura e sulla domanda in termini di solle-citazioni e duttilità richiesta, le strategie di intervento possono distinguersi in metodi di tipo tradizionale ed innovativo. I metodi tradizionali di intervento mirano sia all’incremento della capacità in termini di resistenza e rigidezza che alla riduzione della domanda attraverso cambiamenti nella distribuzione delle masse. Le strategie di tipo innovativo agiscono in generale sulla ca-pacità in termini di duttilità o di dissipazione energetica oppure sulla domanda, de-viando, riducendo o filtrando l’energia sismica in ingresso mediante l’introduzione di dispositivi speciali.

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8.2.1 Strategie basate sull’incremento di resistenza e rigidezza

In generale, le strategie di intervento basate sull’incremento di resistenza e rigidezza si basano sull’inserimento all’interno della maglia strutturale di un sistema resistente ag-giuntivo alle azioni orizzontali. L’effetto è quello di aumentare la resistenza laterale e l’entità delle forze richieste affinché si verifichi il danneggiamento della struttura, con una evidente riduzione delle deformazioni anelastiche, anche in presenza di un com-portamento poco duttile della costruzione (Figura 8.2.1).

Figura 8.2.1 Strategie di intervento basate sull’incremento di rigidezza e resistenza

E’ evidente che la rigidezza laterale del nuovo sistema deve essere maggiore di quella della struttura esistente, in modo che la sua resistenza sia mobilitata prima che le membrature possano danneggiarsi, rendendo l’intervento inefficace. E’ importante, inoltre, verificare attentamente il dettaglio della connessione tra i nuovi elementi e la restante parte della struttura per evitare meccanismi di collasso locale.

8.2.2 Strategie di intervento con incremento di duttilità offerta

Questo strategia di intervento mira ad aumentare la duttilità globale della struttura, incrementando la capacità di deformazione in campo plastico degli elementi struttura-li. Gli effetti in termini di risposta e di prestazioni richieste nel piano spettrale sono mostrati in Figura 8.2.2. La curva di capacità della struttura non consolidata corrispon-de in questo caso ad un comportamento fragile, in quanto non raggiunge lo sposta-mento richiesto dallo spettro di domanda.

Figura 8.2.2. Strategie di intervento basate sull’incremento di duttilità.

Capitolo 8. Strategie e tecniche di intervento per il consolidamento strutturale

Questo tipo di comportamento può verificarsi per la formazione di meccanismi di tipo fragile in alcuni elementi. Intervenendo su tali membrature con tecniche di tipo locale la curva di risposta modifica cambia, ammettendo spostamenti spettrali più grandi e garantendo l’attingimento del performance point, ovvero un livello di sicurezza ade-guato.

8.2.3 Strategie basate sulla riduzione della domanda sismica

Questo complesso di interventi mira a a ridurre gli effetti del terremoto sulla struttura in elevazione in termini di forze e di spostamenti sfruttando le caratterische degli spet-tri relativi alla domanda sismica, piuttosto senza sostanzialmente modificare la capaci-tà della struttura originaria. I metodi per realizzare questa strategia d’intervento sono :

- variazione e riduzione nella distribuzione delle masse; - riduzione dell’input sismico trasmesso alla base attraverso la modifica dei

modi fondamentali di vibrazione (ad es. a mezzo di isolamento alla base); - incremento della capacità dissipativa ,così da ridurre la domanda di duttili-

tà richiesta dall’evento sismico (ad es. attraverso sistemi di dissipazione di energia).

Di seguito si illustra brevemente come varia la risposta adottando le due diverse tipo-logie di intervento con isolamento alla base e con sistemi di dissipazione energetica in-seriti nella struttura.

8.2.3.1 Isolamento alla base

Questa strategia di intervento si basa sull’introduzione di supporti speciali al piede del-la struttura, dotati di rigidezza laterale inferiore a quella dlla struttura in elevazione ed elevata capacità deformativa e dissipativa. L’effetto principale del sistema di isolamento è quello di aumentare il periodo fonda-mentale di vibrazione della struttura. La domanda del terremoto si concentra essen-zialmente sulla deformazione laterale degli appoggi, riducendo quindi le richieste sulla struttura.

Figura 8.2.3. Strategie di intervento basate sulla riduzione della rigidezza laterale

(Es: isolamento alla base).


In Figura 8.2.3 sono mostrati gli effetti in termini di prestazione richiesta sul piano spettrale della domanda e della capacità. La curva a tratto continuo rappresenta lo spettro di capacità della struttura non adeguata. La linea tratteggiata corrisponde alla curva di risposta della struttura isolata. In questo caso si nota che la resistenza della struttura resta invariata, mentre cambia la rigidezza laterale complessiva del sistema ed il suo periodo fondamentale di vibrazione, garantendo il raggiungimento del per-formance point.

8.2.3.2 Incremento delle capacità dissipative

Tali strategie si basano sull’impiego di sistemi che tendono ad incrementare la capacità dissipativa della struttura attraverso un’azione di smorzamento, di tipo viscoso, attriti-vo oppure di tipo isteretico . La curva di risposta della struttura dotata di sistemi di dissipazione presenta in questo caso un aumento di resistenza e di rigidezza (Figura 8.2.4). Inoltre, poiché aumenta la capacità dissipativa della struttura, si ha un’aumento dello smorzamento globale, a cui corrisponde una riduzione della domanda, che si traduce in una riduzione dello spettro di domanda. Pertanto, il performance point corrisponde a livelli di spostamento più contenuti.

domanda per

la struttura non

consolidataSd

Sa

struttura non consolidata

struttura consolidata

domanda per

la struttura

consolidata

performance

consolidamento con dispositivi viscosi

spettro al 5% di smorzamento viscoso

spettro con incremento di smorzamento viscoso

Figura 8.2.4. Strategie di intervento mediante dissipatori di tipo viscoso.

8.3 Le tecniche di intervento

Le tecniche di intervento sugli edifici esistenti possono essere sia di tipo locale che glo-bale. Le prime prevedono interventi di rinforzo come la cerchiatura di pilastri mediante in-camiciature in c.a. o con elementi metallici o mediante FRP (fiber reinforced polymer), che migliorano la resistenza e/o la rigidezza e/o la duttilità delle sue membrature. Tali interventi, che possono essere concepiti per lasciare inalterata la posizione delle cer-niere plastiche o per favorire meccanismi di collasso di tipo duttile, se non estesi a tut-ta la costruzione producono effetti secondari sulla risposta globale.


Le tecniche di intervento globale mirano a modificare in termini complessivi la risposta strutturale e comprendono interventi di rinforzo mediante l’inserimento di nuovi ele-menti strutturali, quali pareti in c.a. o controventi metallici (convenzionali o dissipati-vi), che riducono eventuali irregolarità in pianta ed aumentano la resistenza e la rigi-dezza complessive della struttura. Altre tecniche di intervento globale prevedono l’inserimento di elementi nella struttura con l’intento di favorire una uniforme distri-buzione del danno (pareti in cemento armato incernierate alla base) o ridurre la do-manda di spostamento attraverso un fonte addizionale di dissipazione energetica (dis-sipatori oleodinamici o isteretici). E’ inoltre possibile realizzare una discontinuità alla base della costruzione, in corrispondeza del piano di fondazione, come nel caso dell’isolamento alla base. Un quadro sinottico delle principali tecniche e dei relativi effetti sulla risposta locale e globale unitamente agli indicatori utili alla selezione dell’intervento più appropriato è riportato nella Tabella 8.3.1. Alcune di queste tecniche, come la cerchiatura di pilastri o l’inserimento di pareti in c.a., risultano d’uso corrente. Nella maggior parte dei casi, tuttavia, occorre affinare le tecniche dal punto di vista applicativo, chiarirne l’applicabilità in funzione delle norme vigenti, definire criteri progettuali semplici, efficaci e scientificamente validi. Altre tec-niche, poi, come l’inserimento di pareti in cemento armato incernierate alla base, e-ventualmente accoppiate all’uso di dissipatori, appaiono fortemente innovative e ri-chiedono ampie indagini per valutarne l’applicabilità e l’efficacia.

8.3.1 Tecniche di intervento locale

Gli interventi di tipo locale realizzano un miglioramento del comportamento sismico della struttura in c.a. attraverso la riduzione del rischio d'innesco di meccanismi fragili oppure agendo sull’incremento della duttilità delle estremità dei pilastri, nelle quali normalmente si concentrano forti richieste di duttilità (Linee Guida 2012). General-mente, i meccanismi di tipo fragile si verificano, nell’ordine, con la rottura dei nodi tra-ve-pilastro, con la rottura del collegamento nodo-pilastro inferiore per scorrimento in corrispondenza della ripresa di getto o per taglio all'estremità superiore del pilastro, con la rottura per tagli delle travi o dei pilastri tozzi in nelle scale o determinati dalla presenza di finestrature a nastro con muratura di tamponamento robusta. Poiché le maggiori richieste di duttilità normalmente si localizzano nei nodi e nei pila-stri esterni, gli interventi di rinforzo locale nei telai in c.a. dovranno innanzitutto ri-guardare nodi e pilastri perimetrali, ed in particolare quelli d'angolo. Gli interventi mirati all’incremento di duttilità offerta si traducono nel seguente com-plesso di operazioni che possono essere eseguite insieme e/o singolarmente :

- realizzazione di un confinamento trasversale (con incamiciatura in acciaio o con fogli in FRP ) così da aumentare la capacità deformativa del calce-struzzo;

- aggiunta di elementi resistenti longitudinali con lo scopo di aumentare la resistenza dell’elemento localmente così da modificare il meccanismo lo-cale (questo è il caso tipico in cui si hanno strutture con travi forti e pilastri deboli, così irrobustendo il pilastro la formazione della cerniera plastica


passa dal pilastro alla trave , avendo così ottenuto un sistema di pilastro forte e trave debole).

- riduzione della rigidezza di alcuni elementi così da prevenirne un danneg-giamento indesiderato. Ad esempio, nel caso di elementi tozzi con possibi-le rottura fragile a taglio, si può cercare di operare una sconnessione rea-lizzando un nodo agli estremi dell’elemento , così da ridurne la rigidezza ed il danno, cosa che si può fare con le travi che si vanno a connettere su una parete di taglio.

E’ inoltre spesso necessario adottare interventi di rafforzamento a flessione e/o a ta-glio delle travi per migliorare la capacità portante. Nell'applicare tali interventi sarà comunque importante evitare di aumentare il momento resistente della trave all'at-tacco del nodo per non favorire meccanismi di collasso a colonne deboli e travi forti, o comunque non variare il comportamento globale dell'edificio.

Tabella 8.3.1. Parametri di riferimento per la selezione della tecnica di intervento (Bollettino FIB24)

Altri tipi di interventi locali possono interessare le tamponature e le tramezzature, che possono collaborare positivamente alla resistenza al sisma dell'edificio. A tal fine, è uti-le realizzare dei collegamenti tra i pannelli di tamponatura e la cornice strutturale, par-ticolarmente lungo il bordo superiore ed i bordi laterali. Ciò consente di conseguire di-versi vantaggi, ovvero prevenire il crollo rovinoso fuori del piano, migliorarne la collaborazione con la struttura in c.a. e limitare o eliminare gli sfavorevoli effetti locali, come la spinta in sommità del pilastro, dovuta all'effetto puntone.

8.3.2 Tecniche di intervento globale

Con riferimento alle tecniche di intervento globale, diverse sono le soluzioni sviluppate nell’ambito della ricerca scientifica di settore. In particolare, si distinguono sistemi a controllo passivo, quali ad esempio gli isolatori sismici, e sistemi a controllo attivo (Fi-gura 8.3.1). Nell’ambito del controllo attivo e semi-attivo ricadono quei sistemi dotati della capaci-tà di modificare in ogni istante la risposta dinamica della struttura in funzione della va-riazione dell’input sismico. Tali sistemi richiedono l’impiego di fonti di energia per l’alimentazione di sistemi elettromeccanici o magnetoreologici. Si individuano in que-sto gruppo sistemi a massa smorzante controllata (Active Mass Damper, AMD), sistemi a variazione di rigidezza (Active Variable Stiffness, AVS) ed infine smorzatori ad attrito attivi (Active Friction Dampers, AFD). I sistemi passivi, invece, non consentono di modificare la risposta strutturale conte-stualmente all’input sismico, in quanto sono caratterizzati da valori della rigidezza e della resistenza costanti. Sono sistemi molto affidabili, che non necessitano di un im-portante impianto tecnologico e non richiedono alimentazione da energia elettrica. Il funzionamento si basa sul moto proprio della struttura per avere o un moto relativo con il dispositivo di controllo oppure mediante conversione dell’energia in calore. Nell’ambito del controllo passivo ricadono i sistemi a isolamento sismico alla base, i si-stemi a dissipazione di energia (si distinguono sistemi a dissipazione: 1.isteretica - quali ad es. i sistemi a controventi-2. viscosa;3.per attrito; 4.visco-elastica), sistemi a massa smorzante accordata (Tuned Mass Damper, TMD) ed infine sistemi a liquido smorzan-te accordato (Liquid Mass Damper, LMD). Gli interventi basati su sistemi a controllo passivo con aumento della rigidezza, resi-stenza e/o duttilità globale della struttura consistono nell’introduzione di nuovi ele-menti resistenti nella maglia strutturale, quali ad esempio:

- introduzione di pareti in blocchi di muratura piena o di calcestruzzo: - introduzione di lastre in c.a. , ovvero di pareti di taglio gettate in opera; - introduzione di lastre multiple in c.a. , ovvero di pareti di taglio prefabbri-

cate; - allargamento dei pilastri con muri d’ala in c.a. gettati in opera; - introduzione di controventi di acciaio; - introduzione di dispositivi speciali.


Figura 8.3.1. Sistemi di controllo attivo e passivo negli interventi di tipo globale. L’impiego di elementi di controvento in acciaio nel consolidamento sismico di strutture in c.a. si inquadra sia nel campo delle strategie con incremento di resistenza e rigidezza che in quelle con incremento di duttilità. Gli elementi in acciaio si prestano infatti ad essere introdotti nel contesto strutturale pre-esistente in modo certamente meno invasivo di altri elementi irrigidenti verticali come le pareti di taglio. Infatti, mentre per queste ultime si deve realizzare anche una nuova fondazione, con i controventi in acciaio ciò non è necessario in quanto l’elemento viene connesso con giunti alla struttura pre-esistente, garantendo, rispetto all’impiego di altri materiali, una notevole semplicità di realizzazione. Questa soluzione, inoltre, garantisce anche dei vantaggi dal punto di vista funzionale ed architettonico, permettendo l’apertura di vani (cosa impossibile rispetto al caso del-la parete di taglio in c.a.) e consentendo in facciata un ulteriore motivo di pregio este-tico – architettonico. Un esempio in tal senso è l’intervento di consolidamento con controventi di acciaio impiegato per l’università di Berkeley, riportato di seguito. Laddove gli sforzi assiali trasmessi dal controvento risultino eccessivi per il telaio in c.a. si può realizzare un contro telaio interno chiodato lungo il perimetro alla maglia della struttura, così si riesce a garantire adeguatamente la trasmissione degli sforzi evitan-done la concentrazione nodale, come è di seguito riportato in figura: Allo stato attuale il sistema di connessione del telaio in acciaio può essere eseguito tramite chiodatura diffusa lungo il perimetro della maglia con getto di completamento con betoncino a ritiro compensato, oppure con l’adozione di adesivi come resina epos-sidica. Con riferimento ai sistemi dissipativi, tra i vari dispositivi quello sicuramente più fre-quentemente utilizzato nella protezione sismica degli edifici si fonda sull’introduzione all’interno della maglia strutturale di un sistema supplementare, che utilizza speciali


dispositivi incorporati in (o collegati a) controventi rigidi, quasi sempre di acciaio, che connettono due piani della struttura, solitamente consecutivi. Lo spostamento interpiano prodotto dal sisma attiva i meccanismi di dissipazione di energia prima che gli spostamenti relativi possano produrre danni significativi sugli e-lementi strutturali. In tal modo la maggior parte dell’energia in entrata viene immagaz-zinata e dissipata nei dispositivi, mentre la funzione di sostegno dei carichi verticali ri-mane attribuita alla struttura esistente. Tra questi, i controventi ad instabilità impedita o BRB (acronimo dell’inglese Buckling-Restrained Brace) consentono di calibrare l’intervento di consolidamento sia in termini di resistenza che di rigidezza e duttilità, in virtù della possibilità di disaccoppiare i tre parametri chiave di progetto. Si tratta di dispositivi di dissipazione sismica che, diver-samente dalle comuni membrature metalliche, non presentano alcun tipo di degrado di resistenza e rigidezza per carichi ciclici. Tali controventi sono composti da due parti distinte e separate: una parte centrale in acciaio, votato alla dissipazione energetica, e un manicotto esterno, progettato, inve-ce, per impedire gli spostamenti laterali e permettere così le deformazioni assiali della parte interna. In tal modo è possibile disaccoppiare la resistenza alla forza assiale, for-nita dalla parte centrale, dalla resistenza all'instabilità flessionale fornita, invece, dal manicotto esterno. Esistono diversi modi per realizzare un BRB. La tecnica piu comu-nemente adottata è quella che prevede di incassare l’anima interna all’interno di un tubo di acciaio riempito di calcestruzzo (unbonded), interponendo poi uno strato di materiale anti-aderente con la funzione di limitare l'attrito tra i due materiali. In alternativa, è possibile ricorrere a soluzioni interamente in acciaio, ottenute più semplicemente interponendo uno spazio tra l’anima interna ed il manicotto esterno. Questa ultima scelta tipologica deriva dall’indubbio vantaggio di una soluzione a secco interamente metallica, in termini di leggerezza e conseguente maggiore semplicità di montaggio. Rispetto all’utilizzo di controventi concentrici classici, l’adeguamento di edifici intelaiati in cemento armato mediante controventi a instabilità consente una maggiore flessibili-tà progettuale, anche per la peculiarità di tali sistemi di potere essere mascherati all’interno della camera d’aria delle tamponature in muratura usualmente impiegate negli edifici esistenti in c.a. realizzati nella seconda metà del secolo scorso.

Figura 8.3.2. Controventi ad instabilità impedita (D’Aniello et al. 2008).


Oltre ad i sistemi reticolari, un sistema moderno ed innovativo per resistere ad azioni orizzontali è rappresentato dall’utilizzo di pannelli metallici SPSW - Steel Plate Shear Walls), realizzati in acciaio o in leghe di alluminio, che disposti opportunamente all’interno della maglia strutturale assorbono gran parte dell’energia sismica in ingres-so. La dissipazione isteretica è in questo caso basata essenzialmente sul principio dello snervamento a taglio, attivato per mezzo degli spostamenti relativi di interpiano della struttura.

Figura 8.3.3. Pannelli a taglio (Mazzolani 2007)

Nel caso delle tecniche di intervento basate sull’isolamento alla base, sono disponibili diversi tipi di dispositivi. Tra questi, si segnalano isolatori elastometrici, isolatori ad alta dissipazione di energia (High Damping Rubber Bearings, HDRB) ed isolatori a scorri-mento o ad attrito.

Figura 8.3.4. HDRB Figura 8.3.5 Isolatori a doppia superficie curva

8.3.3 Interventi non strutturali

Un aspetto importante da curare negli interventi di consolidamento è quello relativo al collegamento tra le murature di tamponamento e gli elementi strutturali.


I collegamenti tra pannelli murari di tamponamento e cornice strutturale possono es-sere effettuati con tecnologie diverse, essenzialmente riconducibili all'uso di materiali fibrorinforzati o di piatti e angolari metallici (Linee Guida del DPC-RELUIS 2011). Altri tipi di intervento possono riguardare il collegamento trasversale delle tamponatu-re a doppia fodera. Il crollo frequente della fodera esterna di una tamponatura a cas-setta pone, infatti, la necessità di assicurare un idoneo collegamento tra le due fodere. Gli interventi si differenziano in relazione alla possibilità di intervenire sulla sola faccia interna o su entrambe le facce della tamponatura.

8.4 Esempi ed applicazioni

Di seguito sono riportate alcune applicazioni delle strategie e tecniche di intervento precedentemente descritte, con riferimento al contesto territoriale considerato.

8.4.1 Progetto di adeguamento sismico della Torre A del complesso residenziale I.A.C.P. di Acerra

L’edificio oggetto di adeguamento sismico è la Torre A del complesso residenziale I.A.C.P. in corso Europa ad Acerra (Na). Tale manufatto (Figura 8.4.1) è costituito da un piano seminterrato e da 8 piani fuori terra e si caratterizza, ad eccezione del primo impalcato, per una conformazione pla-nimetrica non compatta ad H la cui superficie di piano è pari a circa 568m2. Dal punto di vista tipologico il sistema strutturale è classificabile come un edificio a set-ti in c.a. con pareti non accoppiate. Il sistema portante di fondazione, posto a 240cm al di sotto il piano campagna, è rea-

lizzato mediante plinti (h = 100cm) su pali ( = 60cm, L = 15,00m) mutuamente con-nessi da travi di collegamento di sezione 50 x 50cm Il sottosistema portante verticale è realizzato con setti di dimensioni variabile, orientati secondo una direzione preferenziale.

Figura 8.4.1: Il manufatto oggetto di intervento (Torre A)


Il sottosistema portante orizzontale è realizzato con un solaio latero cementizio di al-tezza paria a 20 cm poggiante travi a spessore di larghezza variabile. I setti sono inoltre collegati tra loro mediante travi a spessore di larghezza ridotta. I connettivi verticali sono costituiti da scale a travi a ginocchio che, oltre a garantire la loro funzione, irrigi-discono globalmente la struttura nei confronti delle azioni orizzontali. Il sensibile incremento della domanda legata alla ridefinizione delle azioni sismiche in accordo alle recenti normative NTC08, unitamente alla necessità di realizzare, in con-formità al progetto originario, ulteriori tre impalcati, ha richiesto la definizione di una opportuna metodologia progettuale. Partendo dall’identificazione geometrica e meccanica del sistema strutturale, si è pre-liminarmente proceduto alla valutazione della sicurezza strutturale della costruzione esistente. Al fine di ridurre le incertezze legate al processo conoscitivo del manufatto è stato a ta-le riguardo predisposto un programma di indagini sperimentali e di rilievi geometrici finalizzati all’attingimento di un livello di conoscenza accurato (LC3) Le indagini sperimentali eseguite al fine di caratterizzare dal punto di vista meccanico il sistema strutturale hanno riguardato sia il calcestruzzo, sia l’acciaio. Sono state eseguite prove distruttive (PD) di compressione su campioni di calcestruzzo e di trazione su barre di acciaio. Per quanto attiene al calcestruzzo oltre ad effettuare prove di schiacciamento a com-pressione su campioni cilindrici sono state eseguite prove non distruttive (PND) di tipo sclerometrico, ultrasonico e di carbonatazione. Le PND, da un lato hanno consentito la definizione delle aree omogenee e del relativo programma delle indagini di tipo distruttivo, dall’altro hanno permesso controllare i ri-sultati delle prove distruttive sul calcestruzzo. In particolare, le indagini sclerometriche e ultrasoniche hanno permesso un ulteriore controllo sulla caratterizzazione meccani-ca del cls, rispettivamente nei confronti dell'uniformità "superficiale" e della omoge-neità "interna" dello stesso. L’identificazione delle proprietà meccaniche è stata effettuata con riferimento alle prove sperimentali eseguite dal laboratorio La.Sp.Ed. Tirreno S.r.l. su campioni cilindrici estratti dal manufatto L’intervento di adeguamento è stato concepito analizzando il sistema strutturale nella sua globalità ovvero valutando la risposta della struttura esistente anche in presenza della parte in completamento costituita da ulteriori tre impalcati (Figura 8.4.2). Il sottosistema portante di fondazione è stato rinforzato mediante l’inserimento di una platea che lavorasse in parallelo con la preesistente fondazione costituita da plinti su pali. Il sottosistema portante verticale è stato invece rinforzato nei primi tre ordini (zone critiche della struttura), attraverso l’utilizzo di incamiciature in acciaio applicate sui pi-lastri e sui setti. Per questi ultimi l’utilizzo di sezioni in composizione saldata a C posti alla loro estremità hanno nei fatti ricreato le cosiddette “zone a larghezza confinata” presenti nella progettazioni delle pareti negli edifici di nuova realizzazione (Figura 8.4.3). Infine il sottosistema portante orizzontale è stato potenziato incrementando lo spesso-re della soletta e quindi dell’intero impalcato che è passato da 20 a 24 cm. Inserendo inoltre opportune armature integrative nelle zone critiche, sono state incrementate le


prestazioni a flessione e a taglio di tutte le travi. L’aumento di spessore dell’impalcato ha inoltre migliorato il comportamento dinamico globale del sistema strutturale favo-rendo, a seguito della maggiore rigidezza nel piano, una migliore ripartizione delle sol-lecitazioni nel sottosistema portante verticale.

Costruzione esistente

Costruzione in progetto

Figura 8.4.2: Modello strutturale

Incamiciatura con angolari e calastrelli

Placcaggio con profili in

composizione saldata e piatti

metallici

Platea di collegamento

Incamiciatura con

angolari e calastrelli

Placcaggio con profili in

composizione saldata e piatti

metallici

Platea di collegamento

Figura 8.4.3: Intervento di adeguamento sismico


8.4.2 Progetto dell’adeguamento sismico della scuola media statale di via D. De Angelis – Casandrino

L’opera oggetto dell’intervento di adeguamento in oggetto è un edificio di proprietà del Comune di Casandrino (NA)da adibire a scuola media. L’edificio, a seguito della presenza di giunti strutturali, è distinto in 3 corpi di fabbrica (A, B, C) indipendenti (Figura 8.4.4), aventi in comune il sottosistema portante di fon-dazione. La sovrastruttura si compone di tre livelli, il primo dei quali, indicato nei grafici di pro-getto come piano interrato, è posto, rispetto al piano campagna, a quota -3.20 m ed è in parte destinato a mensa e parte a spogliatoi. Il secondo e il terzo livello, a quota ri-spettivamente +1.45 m e +4.80 m, ed indicati come piano rialzato e piano primo, com-prendono 24 aule, laboratori ed ambienti destinati ad attività amministrativa. L’edificio, i cui collegamenti verticali sono garantiti da due scale interne e da un ascen-sore collocato nel corpo B, presenta, infine, una copertura piana non praticabile posta a quota +8.10 m.

Corpo A

Corpo C

Corpo B

Scuola Media Statale

24 Aule

Via Domenico De Angelis

Casandrino

+1.45 m

+4.80 m

+8.10 m

P1

P2

P3

Figura 8.4.4: Edifici oggetto di studio (Corpo A, B e C)

Il sistema strutturale è di tipo a telaio tridimensionale di cemento armato a più piani e più campate, irrigidito localmente da setti e nuclei, rispettivamente nel caso del corpo A e B. Le azioni di natura gravitazionale gravanti sugli orizzontamenti, realizzati in struttura portante in travetti di c.a.p. e getto di completamento in opera, sono trasferite alle travi dei telai, quindi ai pilastri ed infine al complesso fondazione-terreno. Riguardo all’azione sismica, gli orizzontamenti sono tali da consentire il trasferimento delle azio-ni orizzontali, agenti a livello di piano, al sistema sismo-resistente, il cui comportamen-to può essere ritenuto sostanzialmente a telaio spaziale a nodi rigidi. Occorre infine precisare che la presenza dei giunti tecnici consente di trattare dal pun-to di vista della modellazione e dell’analisi strutturale i tre corpi strutturali in modo in-dipendente. Nel seguito si descrivono in dettaglio i tre corpi di fabbrica evidenziandone gli aspetti tecnologici, tipologici e dimensionali.


A seguito delle problematiche inerenti le caratteristiche meccaniche del calcestruzzo, sorte in fase di esecuzione (calcestruzzo depotenziato), è stato effettuato uno studio per la valutazione della sicurezza del sistema strutturale (Figura 8.4.5). Obiettivo dello stesso fu, in particolare, determinare, sulla base delle indagini conosci-tive già eseguite, la resistenza caratteristica del calcestruzzo con cui era stata realizzata l’opera in esame, al fine di constatare se la classe dello stesso fosse compatibile con quella prevista in fase di redazione del progetto esecutivo strutturale. In aggiunta ven-ne valutata la sicurezza strutturale dell’edificio scolastico in oggetto sia in accordo alla normativa utilizzata in fase di progetto (D.M. 16/01/1996 “Norme tecniche per le co-struzioni in zona sismica” -DM96) sia a quella vigente (D.M. 14/01/2008 “Norme Tecni-che per le Costruzioni” -NTC08-). Da tale studio, alle cui risultanze si rimanda per i dettagli, emerse quindi in modo chia-ro ed inequivocabile la necessità di procedere all’adeguamento sismico dell’edifico scolastico, da eseguirsi in accordo alle recenti NTC08. La pianificazione delle indagini integrative, necessarie per la caratterizzazione del ma-teriale in accordo alle NTC08, è stata eseguita adottando i seguenti criteri:

Sono state previste unicamente indagini sperimentali integrative di tipo distruttivo (PDI) le quali andranno a completare quelle precedentemente eseguite per rag-giungere un livello di conoscenza LC2 (Figura 8.4.6). Il livello di conoscenza LC3 è stato raggiunto utilizzando le prove non distruttive a disposizione dell’Ente (PND) una volta calibrate queste ultime sulla base di quelle distruttive

Le nuove prove distruttive sono state distribuite in pianta in modo da coprire le zo-ne precedentemente non investigate, cercando di allinearle in elevazione al fine di valutare l’andamento delle resistenze nella generica pilastrata al variare della quo-ta

Rck 300

Rck 200

Zone omogenee

•Piano interrato•Piano rialzato e primo

Figura 8.4.5: Individuazione delle zone omogenee per le proprietà meccaniche del cls


Figura 8.4.6: Caratterizzazione meccanica del cls

Per elevare il livello di sicurezza strutturale a valori compatibili con quelli prescritti dal-la vigente normativa tecnica sulle costruzioni (NTC08), occorre procedere all’adeguamento sismico del manufatto adottando una strategia di intervento radicale, capace di modificare il comportamento globale del sistema strutturale. La strategia di intervento che si propone per i succitati Corpi A e B prevede di agire contemporaneamente sulla capacità e sulla domanda, incrementando globalmente la prima nei confronti delle azioni orizzontali e riducendo la seconda limitatamente al si-stema strutturale in c.a. esistente. In particolare, sono state inserite pareti di taglio con controventi concentrici, che sono state progetate per perseguire i seguenti obiettivi prestazionali:

Incrementare globalmente la resistenza (capacità allo Stato Limite Ultimo) e la ri-gidezza (capacità allo Stato Limite di Esercizio) alle azioni laterali. I nuovi sottosi-stemi sismo-resistenti lavorerebbero in parallelo con la struttura esistente;

Regolarizzare il comportamento dinamico della struttura modificando la distribu-zione delle rigidezze al fine di ridurre l'eccentricità tra il baricentro delle masse e delle rigidezze;

Incrementare, qualora necessario, la capacità di singole membrature in termini di resistenza e duttilità mediante interventi locali.

Si è adottato per le diagonali del controvento a V rovescio profili HE180M in acciaio S275J0 orientate con l’asse debole (z-z) in direzione orizzontale, in modo da favorire l’instabilità flessionale nel piano della parete (Figura 8.4.7). L’applicazione della gerarchia delle resistenze per i controventi a V ha reso necessario rinforzare sia la trave e le colonne nei campi controventati. Nel caso in specie, si è provveduto ad inserire un controtelaio in acciaio reso collaborante con il telaio in c.a. esistente attraverso l’inserimento di chiodature di acciaio con ancorante chimico, co,e illustrato in Figura 8.4.8.


1C

D

HE180MS275J2

Concezione strutturale•Scelta tecnologica: Carpenteria metallica•Scelta tipologica: Pareti di taglio reticolari

•Scelta dimensionale: Regolariz. Risposta dinamica

Corpo A

Corpo B

HEM180

Figura 8.4.7: Interventi globali per i Corpi A e B.

Figura 8.4.8: Intervento tipo per i Corpi A e B: Parete di taglio con controventi in acciaio.


Bibliografia

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