CONSOLIDAMENTO DELLE STRUTTURE ESISTENTI studi, tecniche e tecnologie, il rinforzo delle strutture e la riduzione del rischio sismico:

Il patrimonio edilizio italiano, sviluppatosi in maniera importante con il boom edilizio degli anni 60-70 e con i successivi periodi di traino del mercato immobiliare, presenta diffuse condizioni di criticità, che vengono bene evidenziate a seguito di un evento sismico.

In modo particolare, le strutture in c.a. ricoprirono un ruolo importante nella vulnerabilità della maggior parte dei fabbricati, per la loro larga diffusione come sistema costruttivo privilegiato. La gran parte degli edifici in calcestruzzo armato, inoltre, non è stata progettata seguendo criteri antisismici, in quanto le normative vigenti nel periodo di edificazione (prima del 2009) non richiedevano il rispetto di specifici criteri per la modellazione delle strutture, l’analisi delle sollecitazioni e delle relative accelerazioni, l’introduzione di minimi di armatura e staffatura. Gran parte degli edifici esistenti sono stati costruiti ante 2009 quando l’iter di aggiornamento normativo si è concluso, trovando piena applicazione.

A partire dal 2003 con l’approvazione della O.P.C.M. 3274 tutto il territorio italiano è classificato sismico secondo diversi classi di rischio. L’ordinanza ministeriale e le successive norme tecniche per le costruzioni del 2005 e del 2008 (DM 14.01.2008), con le relative circolari esplicative, hanno introdotto  criteri di progettazione antisismica per tutti gli edifici e su tutto il territorio nazionale. A seguito del terremoto del 2014 nel mantovano e modenese Regione Lombardia ha inoltre aggiornato con il DGR X/2129 la classificazione sismica dei propri comuni. Con la definitiva entrata in vigore del DGR X/2489 dal 14 ottobre 2015, molti comuni lombardi sono passati ad una classe di rischio sismico superiore (da zona 4 a 3 oppure da zona 3 a 2), con conseguente utilizzo di criteri antisismici più restrittivi. La percezione del rischio sismico e la necessità di progettare con specifici criteri in questi ultimi anni è sensibilmente aumentata sia per le nuove costruzioni che per gli edifici esistenti.

In questo quadro generale, il patrimonio esistente è sicuramente quello che necessita di maggiore attenzione, sia perché in genere realizzato senza particolari concezioni strutturali che considerino l’effetto delle azioni orizzontali dovute ad un evento tellurico, sia per le incertezze legate ai modelli e schemi strutturali, alla caratterizzazione dei materiali e dei carichi applicati, alla definizione esatta della geometria della struttura.

Le recenti normative hanno introdotto nuovi impegni per le costruzioni esistenti, quando si operino interventi di ampliamento, sopraelevazione, cambio destinazione d’uso e tutti gli interventi che possano interferire con il comportamento originario del fabbricato.  In tali casi si deve procedere ad una valutazione dei livelli di sicurezza delle strutture dell’edificio, in modo da verificare se l’edificio sia in grado di resistere alla combinazione delle azioni sismiche di progetto indicate dalla normativa. Va quindi eseguita un’indagine che ricostruisca in modo attendibile le caratteristiche geometriche e dimensionali degli elementi strutturali, le proprietà meccaniche di resistenza dei materiali utilizzati, in modo da definire i livelli di conoscenza ed eseguire un’analisi che restituisca il comportamento globale della struttura, e come reagisce all’azione del sisma. A seguito di tale indagine sarà possibile determinare se il fabbricato necessita di interventi di adeguamento o miglioramento sismico e determinare la tipologia degli interventi da eseguire nel generale contesto di riqualificazione.

Si riportano alcune tecnologie costruttive, che trovano applicazione negli interventi di ripristino e consolidamento delle strutture portanti di edifici in calcestruzzo armato per interventi di miglioramento od adeguamento sismico.

ISOLATORI SISMICI

Una tecnologia che permette di adeguare o migliorare il comportamento sismico delle strutture nuove e di quelle esistenti in particolar modo per le sopraelevazione è quella che utilizza l’isolatore sismico.

Il concetto semplice, che sta alla base del sistema antisismico, sta nel disaccoppiare il moto della struttura da quello del terreno per ridurre gli effetti distruttivi del terremoto; tale disaccoppiamento si ottiene attraverso dispositivi detti ISOLATORI, solitamente interposti tra l’edificio e le fondazioni; esso consente di ridurre le accelerazioni trasmesse alla sovrastruttura, di conseguenza l’isolamento sismico consente di evitare completamente il danneggiamento degli elementi strutturali e non strutturali, evitare il danneggiamento o la perdita di funzionalità delle apparecchiature contenute all’interno dell’edificio ma, cosa più importante, evita la perdita di vite umane.

Si possono considerare tre categorie di isolatori e diversi tipi per ogni categoria. I diversi dispositivi possono essere anche utilizzati in modo complementare nella stessa struttura:

• Isolatori elastomerici. Hanno una elevata rigidezza verticale e una bassa rigidezza orizzontale, che consente di portare il periodo proprio della struttura isolata fuori dal campo delle frequenze dei terremoti. Ne esistono di diversi tipi:
  • i più semplici e i più collaudati sono quelli realizzati in elastomero (a basso o ad alto smorzamento) armato con lamierini metallici;
  • esistono anche isolatori elastomerici che hanno inserito al loro interno un blocco di piombo che consente un’ulteriore capacità dissipativa di energia;

• Isolatori a scorrimento. Consentono di limitare ad un valore prefissato (molto basso) la forza totale orizzontale di natura dinamica che sollecita la struttura durante il sisma (taglio totale alla base). Anche di questa famiglia ne esistono di diversi tipi:
  • Isolatori a scorrimento (acciaio-teflon) su superfici piane ad attrito radente con o senza lubrificazione; questi isolatori necessitano di un sistema elastico di ricentramento dopo il sisma e possono essere associati ad isolatori elastici elastomerici che assolvono tale funzione;
  • Isolatori a pendolo scorrevole, semplice, doppio o triplo, sempre a scorrimento (acciaio-teflon) come i precedenti, ma lo scorrimento avviene su superfici sferiche il che consente l’autocentramento della struttura dopo il sisma;

• Isolatori metallici a rotolamento. Consentono di isolare anche strutture leggere e flessibili sfruttando il basso valore dell’attrito volvente. Esistono già numerose applicazioni in Giappone mediante isolatori metallici a ricircolo di sfere o su rulli.

Queste sono solo alcune delle tecnologie costruttive utilizzabili per riqualificare o costruire un edificio sicuro dal punto di vista del rischio sismico. 

RINFORZI STRUTTURALI CON MATERIALI COMPOSITI IN FIBRA DI CARBONIO

La tecnologia dei materiali compostiti in fibra di carbonio (FRP) rappresenta la soluzione tecnologica più evoluta, non invasiva e dalle elevatissime caratteristiche meccaniche idonea per tutti gli interventi di consolidamento statico, riabilitazione strutturale, miglioramento ed adeguamento sismico.

L’applicazione di materiali compositi fibrorinforzati (FRP), per gli interventi di consolidamento statico, di rinforzo e riabilitazione strutturale, di miglioramento ed adeguamento sismico.

Alcuni interventi possibili sono di seguito elencati:

• Rinforzo a flessione di travi
• Rinforzo a pressoflessione di travi e pilastri
• Rinforzo dei nodi trave-pilastro, trave-trave e pilastro-fondazione
• Rinforzo a taglio di travi e pilastri
• Rinforzo a torsione di travi e pilastri
• Confinamento di pilastri e setti
• Incremento della duttilità delle sezioni terminali di travi e pilastri
• Incremento della capacità deformativa globale di una struttura
• Irrigidimento di solaio nel proprio piano
• Miglioramento della capacità sismica dell’edificio
• Confinamento di piano per il collegamento delle sommità dei muri
• Messa in sicurezza di edifici residenziali, ospedalieri, scolastici, sportivi, commerciali e industriali

L’intervento di rinforzo con FRP, che ha la peculiarità di vedere accoppiati materiali tradizionali, come calcestruzzo e muratura, con materiali dalla tecnologia nettamente più avanzata, trova largo impiego nel consolidamento e nel rinforzo delle strutture civili e industriali.

I compositi per il rinforzo strutturale sono disponibili in diverse geometrie: esse vanno dalle lamine pultruse, utilizzate per il rinforzo di elementi dotati di superfici regolari, ai tessuti mono-bi-quadridirezionali, che possono essere facilmente adattati alla forma dell’elemento da rinforzare, prima della fase di impregnazione.

Di seguito una gallery riguardante un intervento effettuato da Archetipo presso una residenza privata che necessitava di un intervento di rinforzo strutturale:

SISTEMI ANTISFONDELLAMENTO

Lo “sfondellamento” dei solai è una problematica di carattere strutturale connesso al cedimento del fondello delle pignatte nei solai latero-cementizi. Minimo comune denominatore del fenomeno è comunque la presenza di elementi in laterizio ai quali è affidata una funzione strutturale più o meno significativa nel contesto della struttura orizzontale. La problematica si evidenzia con il distacco e conseguente rottura, del fondello, dei setti verticali della pignatta e successiva caduta di porzioni significative di intradosso di solaio.

Il fenomeno dello sfondellamento è purtroppo frequente dato l’elevata percentuale di utilizzo di tale tipologia strutturale nell’edilizia italiana.

La rottura è di tipo fragile, quindi per sua natura veloce e, spesso, senza segnali premonitori, con potenziali conseguenze molto gravi per le persone e per l’agibilità stessa dei locali.

Per questo, molte amministrazioni comunali stanno intervenendo con la verifica ed all’eventuale riqualificazione dei loro immobili per metterli in sicurezza, come successo presso la Scuola Elementare Aldo Moro di Biassono.

Archetipo Building, in seguito a sopralluogo avvenuto presso l’edificio oggetto d’intervento, ha riscontrato che strutturalmente l’edificio è costituito da murature portanti in laterizio a sostegno di solaio di differenti tipologie.

In seguito a varie valutazioni, condotte sulla base della normativa di riferimento, gli interventi che si sono resi necessari per la messa in sicurezza sono stati i seguenti:

• intervento di riqualificazione mediante applicazione di lastre in gesso rivestito Diamant sp. 13 mm, applicate direttamente all’intradosso del solaio. Il posizionamento delle lastre, con altezza dell’intercapedine minore di 21 cm fissate a solaio mediante struttura a C 25/60/25 x 0,6 mm con tasselli meccanici, è da considerarsi condizione migliorativa ai fini della resistenza allo sfondellamento, pertanto è risultato staticamente idoneo per la riqualificazione di solai in esame.

• Interventi di messa in sicurezza dei solai sfondellati mediante lastre in gesso rinforzato Fireline, il posizionamento delle lastre aventi sp. 15 mm, con altezza dell’intercapedine minore di 250 mm, fissato con la struttura direttamente a solaio mediante tasselli meccanici ancorati ai travetti, è da considerarsi condizione migliorativa ed offre sufficienti garanzie di antisfondellamento.