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.

Specifiche in Fase di Realizzazione:

Il team di progetto in fase di progettazione dovrà predisporre un piano di manutenzione, suddiviso in parti come segue, che riporti almeno le seguenti indicazioni:

Parte generale > team di progetto

• Verifica della pulizia di gronda, per compluvi, con definizione delle frequenze a cura del progettista.
• Verifica delle soglie dei perimetri dell’edificio, con definizione delle frequenze a cura del progettista.
• Ispezione visiva dell’involucro esterno per verificare l’eventuale presenza di micro fessurazioni, con definizione delle frequenze a cura del progettista.
• Integrità del manto di copertura, con definizione delle frequenze a cura del progettista.
• Ispezione visiva per rilevare presenza di eventuali macchie d’acqua o umidità, con definizione della frequenza a cura del progettista.
• Ispezione visiva di tutti gli elementi in legno a vista per la presenza di: fori di sfarfallamento insetti ed altre situazioni di degrado, con definizione delle frequenze a cura del progettista.

Parte struttura > progettista strutturale

• Nel caso di tiranti di acciaio, verificare la corretta trazione, con definizione delle frequenze a cura del progettista.
• Nel caso di giunti speciali, specificare le azioni di verifica, con definizione delle frequenze a cura del progettista.
• Nel caso di elementi strutturali in vista specificare le azioni di verifica con definizione delle frequenze a cura del progettista.

Parte impianti > progettista/i impianti

• Manutenzione delle canne fumarie, specificare le azioni di verifica, con definizione delle frequenze a cura del progettista o del produttore dell’edificio.
• Verifica periodica ed eventualmente manutenzione degli impianti meccanici e delle condotte, con definizione delle frequenze.
• Verifica periodica, ed eventualmente manutenzione degli impianti, con definizione delle frequenze a cura del progettista o del produttore dell’edificio.

Il piano di manutenzione dovrà considerare la vita utile nominale, così come definita nel punto 2.4.1 del DM 14/01/2008, per almeno Vn_min, fatti salvi i minimi di legge.

Il piano di manutenzione deve essere redatto secondo quanto richiesto dalle norme tecniche per la costruzione e dei relativi documenti ad esse correlate per l’intero edificio, prevedendo gli interventi e programmandoli nel pian di manutenzione al fine di garantire il perdurare delle caratteristiche di esercizio e durabilità previsti. Tale piano di manutenzione deve iniziare con la progettazione ed essere consegnato al proprietario dell’edificio prima del rogito notarile.

fonte: Arca

GALLERY DI EDIFICIO RESIDENZIALE A ZURIGO
GraberPulver, Insediamento Residenziale, Grünmatt, Zürich, 2009

In commercio per risolvere questo problema, esistono vari materiali che forniscono soluzioni facili da montare tra le armature strutturali, assolvendo anche funzione portante. Gli elementi sono studiati per essere inseriti in qualunque tipologie di collegamento: cls armato-cls armato, cls armato-legno, cls armato-acciaio, acciaio-acciaio.

I vari sistemi permettono il trasferimento nel calcestruzzo strutturale di tutti i carichi, cioè di tutte le sollecitazioni, dal momento flettente al taglio, dalla compressione alla trazione e sono adatti per i tratti diritti e per gli angoli sia interni che esterni.

Tutti questi sistemi sono formati principalmente da un ferri piegati per il taglio, barre di trazione e reggispinta. Quest’ultimi possono essere realizzati in calcestruzzo con microfibre di acciaio al fine di ottenere una conducibilità termica molto bassa. Le barre in acciaio formate nella loro parte centrale con acciaio inossidabile si trovano da entrambi i lati del reggispinta per potersi unire con i ferri del solaio interno e del balcone a sbalzo.

Riassumiamo velocemente le principali metodologie di costruire con il legno:

Sistema costruttivo massiccio

La peculiarità di questa tecnologia, sta nel fatto che le costruzioni sono costituite da elementi massicci, in genere legno di Conifere, disposti orizzontalmente e assemblati tra di loro in modo da formare un elemento unico come la parete esterna del fabbricato e svolgere sia funzione portante che di irrigidimento.

Il collegamento degli elementi massicci agli spigoli dell’edificio può essere realizzato mediante intagli o connessioni di carpenteria.

Sistema costruttivo ad ossatura portante di legno 

In queste costruzioni, gli elementi portanti quali pilastri e travi longitudinali possono essere disposti a grande interasse tra loro in modo da inserire facciate e pareti divisorie. Alla struttura principale vanno aggiunti elementi portanti secondari al di sopra o in mezzo ad essa, che possono essere travi o puntoni o addirittura tavoloni o elementi piani di compensato in caso di luci ridotte.

In questa struttura si evince che le facciate e le pareti divisorie non assorbono alcuna forza verticale, i tamponamenti dunque possono essere ricavati da elementi come tavole di legno compensato, vetro o anche laterizio.

Sistema costruttivo a traliccio di legno 

Le caratteristiche principali di questo sistema sono:

• libertà nell’organizzazione architettonica: l’ossatura portante viene rivestita da entrambi i lati o rimane a vista da un lato solo;
• possibilità di edifici multipiano;
• connessione degli elementi senza elementi meccanici ma mediante incastri e sovrapposizioni;
• gli elementi portanti hanno sezioni di grande dimensione e di forma squadrata;
• tempi di realizzazione relativamente brevi;
• strutture relativamente facili da erigere.

In questa struttura gli incastri sono economicamente più vantaggiosi in quanto i collegamenti vengono sollecitati poco visto il poco interessa tra gli elementi.

Sistema costruttivo ad intelaiatura di legno

Sistema costruttivo a lastre dove gli elementi portanti non sono separati dagli elementi di irrigamento e tamponamento. L’intelaiatura è composta da montanti a poca distanza tra loro rivestiti con pannelli, in modo da costituire lastre di sezioni e materiali specifici, ancorati mediante l’ausilio di semplici chiodi o bulloni.                                                                In genere gli edifici realizzati con questa struttura vengono sviluppati piano per piano (platform frame), in pochi casi vengono realizzati elementi dalla grandezza per due piani.    I carichi che sollecitano i montanti sono generalmente quelli verticali provenienti dai solai e dalla copertura, mentre quelli disposti lungo le pareti esterne assorbono anche i carichi orizzontali delle pareti stesse. Il rivestimento dunque assorbe essenzialmente i carichi agenti nel pieno della lastra e viene sua volta stabilizzato dall’imbozzamento dagli stessi montanti.

Sistema costruttivo con pannelli X-LAM

I pannelli X-LAM sono un materiale da costruzione massiccio costituito da più starti. Grazie alle sue eccellenti proprietà meccaniche e fisico-costruttive questo materiale in legno planare presenta ottime caratteristiche termoisolanti ed è in grado di distribuire i carichi in più direzioni. Oltretutto i pannelli garantiscono un’eccellente insonorizzazione ed elevate proprietà ignifughe e assicura un sistema costruttivo rapido e asciutto.

I pannelli X-LAM sono pannelli di grandi dimensioni, formati da più strati di tavole sovrapposte e incollate le une sulle altre in modo che la fibratura di ogni singola tavola sia ruotata nel piano del pannello di 90° rispetto alle tavole, è doveroso precisare che i collanti utilizzati sono privi di sostanze di formaldeide ed assolutamente non nocive.

Mediamente il numero ideale di strati è di 5 ma si possono anche trovare pannelli costituiti da 3 oppure 7 strati. Le singole tavole che servono per realizzare uno strato, sono generalmente di spessore compreso tra i 15 e 30mm, anche la larghezza è variabile e può essere tra gli 80 e 240mm.

Una volta assemblate tutte le tavole, e successivamente tutti gli strati, si ottengono i pannelli XLAM, generalmente dimensionati con grandezze che possono raggiungere i 24m x 4,80m.

In genere però le dimensioni standard prevedono pannelli che hanno come lunghezza più corta l’altezza di un piano dell’edificio per ovvie ragioni di comodità progettuale e di trasporto.

Con il sistema costruttivo a pannelli X-LAM si possono realizzare edifici complessi con un numero significativo di piani (edifici fino a 9 piani).

Le case in legno permettono il massimo grado di libertà nella progettazione, liberandosi dai vincoli delle solite maglie modulari prestabilite; inoltre, esiste un guadagno di superficie abitativa fino al 15% rispetto alle costruzioni in muratura, grazie alle pareti dagli spessori contenuti ma altamente performanti.

Per far fronte a queste problematiche, una soluzione potrebbe essere quella di utilizzare materiali compositi fibrorinforzati (FRP) per il consolidamento statico e di rinforzo, per il miglioramento od adeguamento sismico.
Questi materiali grazie alle loro caratteristiche fisiche (sono molto leggeri), meccaniche e anti-corrosive si adattano bene a casistiche in cui è necessario preservare le caratteristiche estetiche della struttura originaria come edifici d’interesse storico o artistico.

Ancora meglio sono i prodotti fibrorinforzati a matrice polimerica a fibre continue in carbonio, che mostrano un comportamento prevalentemente elastico lineare fino al collasso. Queste fibre sono caratterizzate per il loro alto modulo di elasticità  e per la loro elevata resistenza meccanica. Le fibre di carbonio oltretutto risultano essere le meno sensibili a fenomeni di scorrimento viscoso e di fatica rispetto alle fibre di vetro (GFRP) e quelle arammidiche (AFRP). Presentano un’elevatissima resistenza alle alte temperature (oltre 1000 °C), non bruciano, sono chimicamente resistenti a qualsiasi agente chimico e non subiscono fenomeni di invecchiamento.

Un altro prodotto per il consolidamento strutturale, è l’utilizzo di prodotti fibrorinforzati a fibre aramidiche, esse presentano proprietà meccaniche elevate ed una grande capacità di dissipazione dell’energia vibrazionale. Rispetto alle fibre di vetro e di carbonio hanno densità più bassa ma presentano maggiore assorbimento d’acqua, minore resistenza alle variazioni del PH e maggiore sensibilità alle radiazioni, in particolare ai raggi UV, inoltre sottoposte a carico costante possono presentare sensibili fenomeni di “Creep”. Per tale motivo se ne consiglia l’uso in combinazione con le fibre di carbonio o di vetro.

I materiali fibrorinforzati a fibre di vetro, invece, sono più economici delle fibre di carbonio, ma presentano proprietà meccaniche nettamente inferiori, con una maggiore deformabilità e resistenza alla compressione. Vi sono anche le fibre di vetro contenenti  ossido di zirconio che conferisce alla fibra un’alta resistenza all’ambiente alcalino.

I campi di applicazioni più frequenti in cui utilizzare gli accorgimenti sopra descritti, variano dai solai in cemento armato, alle travi e pilastri fino ad arrivare alle volte a botte degli edifici più ammalorati.