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Rischio sismico per un borgo storico della Garfagnana ed analisi di un edificio

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Academic year: 2021

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CORSO DI LAUREA MAGISTRALE

IN INGEGNERIA EDILE E DELLE COSTRUZIONI

CIVILI - INDIRIZZO EDILE

“Rischio sismico di un borgo storico della Garfagnana

ed analisi di un edificio”

Relatori:

Prof.ssa Ing. Maria Luisa Beconcini Ing. Marco Nocera

Candidato:

Erica Surano

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INDICE

Introduzione 1

1. Descrizione del campione 4

1.1. La vulnerabilità dei borghi storici 4

1.2. Organizzazione dello studio 5

1.3. Pericolosità sismica del territorio 6

1.4. Descrizione dei rilievi 7

2. Indagini per la valutazione della vulnerabilità e del rischio sismico a livello territoriale 8

2.1 I livelli di indagine di vulnerabilità 8

2.2 Indagini di vulnerabilità a livello 0 9

2.3 Indagini di vulnerabilità a livello 1 9

2.4 Indagini di vulnerabilità a livello 2 9

2.5 Indagini di vulnerabilità a livello 3 10

3. Rilievi di livello 1,2 10

3.1 Rilievi di livello 1, 2 10

3.2 Valutazione della Vulnerabilità a livello 2 12

3.2.1 Scheda di livello 2 per edifici in muratura 13

3.2.2. Scheda di livello 2 per edifici in cemento armato 18 3.3 Calcolo dell’Indice di Vulnerabilità per gli edifici in muratura 20 3.4 Calcolo dell’Indice di Vulnerabilità per gli edifici in cemento armato 22

3.5 Valutazione dell’indice di rischio 23

3.6 Valutazione della “domanda” 25

3.7 Risultati dei rilievi 27

4. Analisi delle carenze strutturali 37

4.1. Metodo impiegato 37

4.2. Scheda delle Carenze 38

4.3. Carenze strutturali gravi per edifici in muratura 39

4.4. Meccanismi di collasso 41

4.5. Interventi di miglioramento sismico e riparazione del danno 43

4.6. Analisi delle carenze e degli interventi 49

(3)

ANALISI DI UN EDIFICIO

5. Valutazione di vulnerabilità di un edificio 53

5.1. Identificazione dell’edificio 53

5.2. Rilievo geometrico – strutturale 53

5.3. Definizione azione sismica 57

5.4. Prove con martinetti piatti singolo e doppio 59

5.5. Livello di Conoscenza e fattore di confidenza 67

5.6. Progetto di ristrutturazione dell’edificio e cambio destinazione d’uso 68 5.7. Interventi di consolidamento dell’edificio e miglioramento sismico 76

5.7.1 Analisi Pushover 76

5.7.2. Interventi di miglioramento sismico 87

5.7.2.1. Inserimento delle catene nell’edificio 87

5.7.2.2. Controventamento “intradossale” solai in legno con tiranti metallici 90

BIBLIOGRAFIA 95

ALLEGATI

Allegato 1: Scheda di sintesi di livello 0 di edifici ai fini della protezione civile in caso di collasso a seguito di evento sismico

Allegato 2 : Scheda di 1° livello per il rilevamento dell’esposizione e della vulnerabilità Allegato 3 : Scheda di vulnerabilità di 2°livello – muratura (GNDT)

Allegato 4: Scheda di vulnerabilità di 2°livello – cemento armato (GNDT) Allegato 5: scheda delle carenze per edifici in muratura (regione Toscana)

Allegato 6: Scheda di sintesi della verifica sismica di edifici ai fini della protezione civile in caso di collasso a seguito di evento sismico

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1

RISCHIO SISMICO DI UN BORGO STORICO DELLA

GARFAGNANA ED ANALISI DI UN EDIFICIO.

Introduzione

L'Italia è un Paese attivo dal punto di vista sismico in quanto si trova nella zona di contatto tra 2 placche tettoniche, quella africana che spinge verso la euroasiatica in cui si trova l'Italia, con i fronti di contatto che strisciano e si comprimono mutuamente: l'elasticità meccanica delle placche consente l'accumulo di energia che viene liberata una volta raggiunte le tensioni di rottura, manifestandosi sotto forma di terremoti. L’osservazione dei terremoti in Italia è effettuata dall’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV), grazie ad una rete di stazioni sismiche disposte sull’intero territorio nazionale e gestite in tempo reale dal centro di acquisizione dati presso la sede dell’INGV di Roma.

La sismicità indica la frequenza e la forza con cui si manifestano i terremoti, ed è una caratteristica fisica del territorio. Se conosciamo la frequenza e l’energia associate ai terremoti che caratterizzano un territorio, e attribuiamo un valore di probabilità al verificarsi di un evento sismico di una data magnitudo in un certo intervallo di tempo, possiamo definire la pericolosità sismica di quel territorio.

La pericolosità sismica è tanto più elevata quanto più probabile è il verificarsi di un terremoto di una certa magnitudo, a parità di intervallo di tempo considerato.

La valutazione della vulnerabilità sismica consiste, in prima approssimazione, nella definizione di un livello di capacità di resistenza dell’edificio (o più in generale della struttura) rapportato alla richiesta (in termini di resistenza e/o spostamento) del sisma.

Infine l’esposizione è intesa come valutazione probabilistica delle conseguenze sociali ed economiche prodotte dal raggiungimento di determinati livelli di danno negli elementi esposti, anche in relazione alla presenza di persone e beni.

Il rischio sismico, determinato dalla combinazione della pericolosità, della vulnerabilità e dell’esposizione, è la misura dei danni attesi a causa dei terremoti previsti in un dato intervallo di tempo.

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2

In Italia la pericolosità sismica (frequenza di terremoti) è medio-alta, bisogna anche considerare che il patrimonio edilizio soprattutto nei centri storici è molto fragile e l’esposizione sia in termini di persone che si patrimonio storico è elevata.

Il nostro territorio è soggetto ad un elevato rischio sismico. Se da un lato non è possibile intervenire per cambiare la pericolosità simica del territorio e l’esposizione, dall’altro è possibile ridurre la vulnerabilità degli edifici e quindi poter ridurre il rischio sismico.

Serve mettere in atto politiche di prevenzione e sicurezza degli edifici. Una prima operazione è la conoscenza dello stato attuale di vulnerabilità del costruito, in base al quale è possibile valutare i mezzi necessari e elaborare i possibili interventi per la riduzione.

In Italia, il provvedimento normativo di riferimento in questo ambito è l’O.P.C.M. n 3274 del 20/03/2003 “Primi elementi in materia di criteri generali per la classificazione sismica del territorio nazionale e di normative tecniche per le costruzioni in zona sismica” in cui è prevista la verifica di sicurezza degli edifici pubblici strategici e rilevanti, progettati secondo norme tecniche antecedenti al 1984 o situati in Comuni la cui classificazione sismica comporti livelli dell’azione sismica di progetto superiori a quelli relativi all’epoca di costruzione.

Il 21/04/2010, è stata diffusa dal Dipartimento della Protezione Civile una “Circolare sullo stato delle verifiche sismiche previste dall’O.P.C.M. 3274/2003 e programmi futuri”, con la quale è stato indicato un obiettivo minimo, riassumibile nella compilazione della “Scheda di sintesi della verifica sismica di edifici strategici ai fini della protezione civile o rilevanti in caso di collasso a seguito di evento sismico” e nella predisposizione di cronoprogrammi di ultimazione delle verifiche di sicurezza.

La Regione Toscana, alla quale la citata Ordinanza demandava l’adozione dei provvedimenti di attuazione di pertinenza, ha promulgato specifiche disposizioni al riguardo ed in particolare:

D.G.R.T. n. 604 del 16/06/2003 “Indirizzi generali e prime disposizioni sulla riclassificazione sismica in applicazione dell’O.P.C.M. 3274/2003”;

D.G.R.T. n. 1114 del 27/10/2003 “Programma regionale per l’avvio delle verifiche sismiche su edifici strategici e rilevanti ai sensi dell’O.P.C.M. 3274/2003”;

L.R. n. 58 del 16/10/2009 “Norme in materia di prevenzione e riduzione del rischio sismico”.

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3

NTC2008 Norme Tecniche delle Costruzioni, D.M. 14-01-2008 e relativa Circolare esplicativa n. 617 del 02-02-2009.

Dal quadro normativo si può vedere che non esistono obblighi per la messa in sicurezza degli edifici esistenti, tranne per quelli strategici. Queste lacune vengono maggiormente messe in evidenza se si vanno a valutare gli effetti dei terremoti in Italia, i quali, più volte hanno evidenziato che il fattore determinante delle conseguenze prodotte in termini di vittime e di danni, più che la severità degli stessi eventi, è l’elevata vulnerabilità di gran parte del patrimonio edilizio e soprattutto quello dei centri storici.

In questa tesi viene illustrata una procedura per definire la vulnerabilità sismica e i possibili interventi per la messa in sicurezza di un borgo storico della Garfagnana, una zona della Toscana ad elevata pericolosità.

È stata svolta un’analisi più approfondita sulla risposta simica di un edificio che ha permesso di definire meglio gli interventi necessari per ottenere un accettabile livello di sicurezza.

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4

Vulnerabilità sismica - interventi messa in sicurezza borgo

storico della Garfagnana.

1. Descrizione del campione

1.1. La vulnerabilità dei borghi storici

Per l’analisi dei borghi storici, composti soprattutto da edifici in muratura, per varie motivazioni storiche, architettoniche e strutturali (come per esempio il tessuto urbano, il patrimonio e l’interazione fra edifici adiacenti durante un sisma), è preferibile effettuare un esame a livello globale e non solo sulla singola struttura.

Nei borghi storici c’è un importante “tessuto urbano” che concorre al carattere degli insediamenti e ne determina la morfologia del paesaggio. Esso raffigura un “bene monumentale”, definito come somma di diversi valori costruttivi, storico ambientali, sociali ed economici, che va protetto. Perciò la sua conservazione è molto importante per il suo valore culturale e storico, ma anche per la sua unicità.

Quindi è fondamentale che il patrimonio edilizio dovrà essere protetto da eventuali eventi sismici che potrebbero provocarne la distruzione o cambiamenti a livello permanente.

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1.2. Organizzazione dello studio

Lo studio di vulnerabilità sismica effettuato nell’ambito della presente tesi è stato condotto sugli edifici di un borgo storico della Garfagnana: Benabbio, un paese di circa 500 abitanti, situato nel comune di Bagni di Lucca (provincia di Lucca) a 480 m s.l.m. La campagna di rilievi e di valutazione della vulnerabilità sismica ha interessato un campione di 30 edifici.

Dai risultati che si vedranno nei capitoli seguenti si può notare che la maggior parte degli edifici rilevati sono abitazioni civili realizzate prima del 1919 e che fanno parte di diversi aggregati strutturali.

Le operazioni di rilievo sono state condotte attraverso la compilazione della scheda di “Rilevamento della Vulnerabilità Sismica degli edifici in muratura” nella versione modificata dalla Regione Toscana (scheda GNDT/CNR di II livello-Allegato 3), che rappresenta uno strumento utile per svolgere una campagna di tipo speditivo.

Le indagini storiche ci hanno permesso di individuare il periodo di realizzazione dei fabbricati e di eventuali modifiche strutturali grazie all’aiuto del personale dell’archivio storico e del catasto del Comune di Bagni di Lucca (LU) con un livello conoscitivo adeguato o appena sufficiente in base al caso.

La collaborazione e l’esperienza delle maestranze locali, che hanno lavorato in molti edifici analizzati, ci ha permesso di conoscere i tipi di materiale e soluzioni progettuali usate, evidenziando pregi e difetti delle abitazioni in esame.

Per fare questo, inoltre, è stata fondamentale la collaborazione dei proprietari degli immobili che hanno acconsentito alle operazioni di rilievo e alla visione dei dati catastali delle loro abitazioni.

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1.3. Pericolosità sismica del territorio

L’area di interesse ricade in una delle zone a più elevato rischio sismico del territorio toscano e, secondo la classificazione presente nelle normative vigenti [9], appartiene alla Zona 2. Anche se la Toscana non è tra le regioni d’Italia più esposte a rischio, in passato è stata interessata da molti fenomeni sismici di notevole importanza, soprattutto in Garfagnana come si può vedere dalla figura sottostante. La sismicità del luogo è ben testimoniata dalle fonti storiche a partire dal 1700 ed è stata interessata dai terremoti distruttivi del 6 marzo 1740, del 23 luglio 1746, dell’11 aprile 1837 e quello del 7 settembre 1920.

Figura 2: Mappa rappresentante il sistema di faglie del centro Italia, realizzata dall’INGV e

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Proprio quest’ultimo evento, come risulta dalle testimonianze dei cittadini di Benabbio, causò danni rilevanti e spinse molti a inserire presidi antisismici a difesa delle costruzioni, in particolar modo le catene. Sono molti, infatti, i casi incontrati di manufatti con tirantature metalliche realizzate in quell’epoca.

1.4. Descrizione dei rilievi

Come detto precedentemente i rilievi oggetto di questo lavoro di tesi hanno interessato 30 edifici (29 costruzioni in muratura e una in cemento armato), collocati in modo sparso su tutta l’area del borgo storico. In particolare, come si può vedere dalla mappa di Benabbio (LU), i rilievi sono concentrati nella zona centrale del paese (Piazza Santa Maria) che è più frequentata durante l’anno.

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8

Per semplificare l’individuazione degli edifici analizzati, sono stati contrassegnati da un numero tutti gli aggregati strutturali del paese di Benabbio (LU) e tutte le unità strutturali definite secondo quanto riportato nelle carte catastali. In questo modo ogni edificio può essere identificato dal numero dell’aggregato strutturale di cui esso fa parte e dal numero della specifica unità strutturale (es: aggregato numero 3, edificio numero 2 o più sinteticamente Ag 3 Ed 2). Per quanto riguarda gli edifici isolati questi sono stati identificati solo dal numero dell’edificio e non da quello dell’aggregato strutturale (es: edificio 3 o più semplicemente Ed 3).

2. Indagini per la valutazione della Vulnerabilità a livello

territoriale

2.1. I livelli delle indagini di vulnerabilità

La Vulnerabilità Sismica degli edifici viene determinata adottando procedimenti con diverso grado di approfondimento, quanto più questo sarà dettagliato tanto più affidabili saranno i risultati che ne derivano. Si distinguono:

- Indagini di vulnerabilità a Livello 0; - Indagini di vulnerabilità a Livello 1; - Indagini di vulnerabilità a Livello 2; - Indagini di vulnerabilità a Livello 3;

I primi tre Livelli di indagine vengono fatti con l’aiuto delle schede di sintesi, che saranno illustrate nei paragrafi successivi, da compilare per ogni edificio; il Livello di indagine 3 non si avvale di schede ed è un approfondimento specifico e dettagliato finalizzato alla valutazione della sicurezza del costruito.

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2.2. Indagini di Vulnerabilità a livello 0

L’indagine di vulnerabilità a Livello 0, che viene fatta con l’utilizzo della scheda di sintesi predisposta dalla Protezione Civile e illustrata all’Allegato 1, ha lo scopo di rilevare il patrimonio edilizio esistente, consentendo la raccolta di informazioni generali relative alla collocazione, all’epoca di costruzione, agli eventuali interventi, alle destinazioni d’uso. Non si raccolgono elementi direttamente correlati con la vulnerabilità sismica, ma piuttosto elementi correlati con l’esposizione, che danno una misura della consistenza del patrimonio edilizio, della sua vetustà, della funzione strategica che svolge o del grado di rilevanza in ordine all’entità delle perdite connesse con l’eventuale collasso.

2.3. Indagini di Vulnerabilità a livello 1

L’indagine di vulnerabilità a Livello 1, che viene fatta tramite la scheda GNDT, illustrata all’Allegato 2, permette di classificare, oltre che informazioni generali più dettagliate rispetto alla precedente, le caratteristiche tipologiche degli elementi strutturali, ed è predisposta per l’eventuale rilievo del danneggiamento in seguito ad un evento eccezionale.

2.4. Indagini di Vulnerabilità a livello 2

L’indagine di vulnerabilità a Livello 2, che viene fatta tramite le schede GNDT, diversificate a seconda che si tratti di edifici in muratura (Allegato 3) o in cemento armato (Allegato 4), che richiede la classificazione di 11 parametri specifici sulla base delle caratteristiche di regolarità dell’edificio, tipologiche, degli elementi strutturali, di resistenza dei materiali. Questo livello di indagine è ancora di tipo convenzionale ma è più approfondito dei precedenti e permette di ottenere una stima della vulnerabilità sismica con validità di tipo statistico; ad ogni parametro della scheda è assegnata una classe, dalla migliore A alla peggiore D, e a ciascuna di queste coincide un punteggio che consente la valutazione approssimata dell’Indice di Vulnerabilità.

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2.5. Indagini di Vulnerabilità a livello 3

L’indagine di vulnerabilità a Livello 3 è formata da una valutazione, attraverso rilievi accurati e l’analisi strutturale, del grado di sicurezza della costruzione nei confronti del sisma atteso. L’analisi deve essere effettuata impiegando modelli strutturali basati su una conoscenza approfondita delle caratteristiche dell’edificio e dei materiali costituenti, e consente di valutare l’Indice di Rischio ( ) inteso come rapporto fra la capacità della struttura, , ovvero l’accelerazione del suolo corrispondente al raggiungimento dello stato ultimo, e la domanda , cioè l’accelerazione di picco attesa per la zona di costruzione. Consiste in una vera e propria verifica strutturale, i cui risultati hanno validità puntuale, e che permette di individuare gli interventi volti al miglioramento o adeguamento sismico.

3. Rilievi di livello 1 e 2

3.1. Rilievi di livello 1 e 2

Attraverso il rilievo a Livello 1 e 2 è possibile valutare la vulnerabilità sismica, che individua la tendenza di una struttura a subire un danno di un determinato livello, a fronte di un evento sismico di una data intensità. Le attività di rilievo si svolgono secondo le seguenti fasi:

1) recupero della documentazione disponibile sulla costruzione, esecuzione di sopralluoghi con compilazione delle schede di Livello 1 [2];

2) valutazione analitica della vulnerabilità sismica tramite la compilazione delle schede di Livello 2 ad 11 parametri, sia per edifici in muratura che per edifici in cemento armato, e calcolo dell’indice di vulnerabilità V normalizzato a 100;

3) determinazione della pericolosità sismica di base del sito di costruzione, espressa tramite l’accelerazione di picco attesa al suolo, con periodo di ritorno di 475 anni (spettro elastico allo SLV assumendo e , Classe d’uso II; probabilità di superamento del 10%);

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La fase iniziale di documentazione è importante per migliorare le tempistiche del rilievo e l’accuratezza dei risultati finali: quanto più infatti le conoscenze sul progetto sono approfondite tanto migliore sarà la qualità del rilievo.

Si procede nel seguente modo:

identificazione geometrica della struttura mediante elaborati progettuali esistenti o rilievo in situ;

caratterizzazione dei materiali (valori convenzionali o derivanti da prove sperimentali);

definizione dei particolari costruttivi valutabili da elaborati progettuali o a vista.

Sono stati analizzati i documenti disponibili presso l’ ufficio tecnico del Comune di Bagni di Lucca, previo permesso dei proprietari, e successivamente sono stati eseguiti i rilievi geometrici in situ, controllando la documentazione esistente o completandola se carente o assente. Quest’ultima fase è stata eseguita tramite ispezioni a vista e per quanto possibile su tutti gli elementi portanti verticali e orizzontamenti, coperture e fondazioni, osservando il quadro fessurativo tramite documentazione fotografica e grafica. Si è continuato dunque con l’analisi delle caratteristiche degli elementi costruttivi significativi e della configurazione strutturale nei confronti delle azioni sismiche per poi compilare le schede di livello 1 e 2 per la valutazione del grado di vulnerabilità sismica.

Dai risultati dell’indagine conoscitiva si sono potute fare le seguenti considerazioni. Gli edifici analizzati risultano realizzati in varie epoche, a partire dal XVIII secolo fino a quelle realizzate in cemento armato negli anni 70, pertanto la documentazione progettuale disponibile e di rilievi architettonici affidabili è stata completa solo in pochi casi.

L’osservazione degli edifici è stata fatta con dei sopraluoghi attraverso rilievi a vista, usando il metodo speditivo che si adopera per la valutazione della vulnerabilità di 1° e 2° livello, parte degli elementi conoscitivi sono stati dedotti da colloqui con le maestranze locali o messi in evidenza dal quadro fessurativo presente; di conseguenza all’indice di vulnerabilità è legata la valutazione dell’attendibilità dell’informazione con lo scopo di porre in evidenza il livello di approfondimento delle informazioni acquisite.

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Grazie al lavoro fatto si è potuta fare una lista degli edifici in funzione della vulnerabilità sismica, che ci ha permesso di valutare a quali edifici dedicare più attenzione rispetto ad altri.

Gli elementi importanti ricavabili dall’esame dei documenti progettuali e dal rilievo degli edifici, rilevati in molte delle strutture visionate, sono stati i seguenti:

malta di colorazione terrosa di scarsa qualità;

muratura costituita da paramenti di ridotto spessore e nucleo di riempimento a tratti vuoto e a tratti inconsistente;

orizzontamenti non efficacemente connessi agli elementi verticali; presenza di impalcati poco rigidi;

presenza di piani sfalsati; presenza di strutture spingenti;

presenza di elementi non strutturali non adeguatamente ancorati;

presenza di corpi di fabbrica di uno stesso organismo realizzati con materiali o tipologie strutturali diversi.

È fondamentale evidenziare che, eccetto per alcuni casi, non si è riusciti a sapere l’origine dei dissesti, non avendo in questa sede compiuto approfondite rilevazioni del quadro fessurativo.

3.2 Valutazione della vulnerabilità a Livello 2

La valutazione della vulnerabilità sismica, e quindi il calcolo dell’indice di vulnerabilità V, di ciascuna unità strutturale è stata eseguita mediante una procedura basata sulla compilazione della scheda di Livello 2 ad 11 parametri sia per le costruzioni in muratura che per quelle in calcestruzzo armato. Ciascuna scheda è composta da 11 parametri di vulnerabilità ai quali viene assegnata una classe che può assumere, in generale, quattro valori, A, B, C o D, dove A indica la classe migliore e D la peggiore; ad ogni classe corrisponde un punteggio.

Per gli edifici in muratura ad ogni parametro è affiancato anche il peso relativo al parametro stesso che ne rappresenta l’importanza nell’ambito del comportamento sismico della costruzione.

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Al valore dell’indice di vulnerabilità è associata una indicazione dell’affidabilità dell’informazione, determinata come media dell’affidabilità dei singoli parametri. I coefficienti attribuiti ai valori dell’affidabilità sono: E=1 (elevata); M=0.75 (media); B=0.5(bassa); A=0.25 (assente).

Le schede di livello 2 per gli edifici in muratura e in cemento armato portano alla determinazione di indici di vulnerabilità che non sono fra loro comparabili numericamente. Al fine di poter stabilire un’unica graduatoria di tutti gli edifici di un campione, è necessario omogeneizzare le due serie di valori. Questo è stato fatto utilizzando la procedura di conversione proposta dalla Regione Marche, successivamente adottata anche dalla Regione Toscana [2], secondo la quale:

se

3.2.1 Scheda di Livello 2 per edifici in muratura

Il programma delle schede GNDT di livello 2 fissa i criteri per lo svolgimento di indagini diagnostiche e saggi finalizzati alla conoscenza delle strutture ed alla valutazione della qualità dei materiali in edifici esistenti in muratura. Tale metodologia è stata elaborata dal Consiglio Nazionale delle Ricerche e dal Gruppo Nazionale per la Difesa dei Territori dal 1984 in poi e successivamente aggiornata e modificata dalla Regione Toscana che ha ritenuto di confermare la struttura della scheda di vulnerabilità di I e II livello, ma di modificarne alcuni aspetti qualitativi e quantitativi.

Con questo metodo quindi si valuta la propensione della struttura portante in muratura a subire danni sotto azioni sismiche attraverso la determinazione di fattori quali: la qualità dei collegamenti, delle murature, dei solai, la forma dell'edificio e la sua posizione; prevede inoltre l'esecuzione di prove distruttive su pannelli murari al fine dì caratterizzare la resistenza meccanica della muratura ricavando un indice di vulnerabilità . Quest’ultimo è definito in relazione a 11 parametri, sinteticamente descritti nel seguito, ritenuti idonei a caratterizzare il comportamento sismico di un edificio in muratura [1].

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Parametro 1 - Tipo e organizzazione del sistema resistente

Con questa voce si valuta il grado di organizzazione degli elementi verticali, prescindendo dal materiale e dalle caratteristiche delle singole murature: l’elemento significativo è la presenza e l’efficacia dei collegamenti fra pareti ortogonali, tali da assicurare l’efficienza del comportamento scatolare della struttura.

Parametro 2 - Qualità del sistema resistente

In questo parametro è determinante l’omogeneità e la fattura del tessuto murario. La qualità del sistema resistente dipende dai seguenti fattori:

il tipo di materiale;

il tipo di apparecchiatura muraria; il tipo di connessioni.

Con il primo fattore si vuole indicare da una parte la qualità dei blocchi (naturali o artificiali) costituenti la muratura, dall’altra lo stato di conservazione delle malte. Il secondo fattore si riferisce all’omogeneità di pezzatura e alla regolarità nella disposizione dei blocchi, in modo tale che questi risultino ben ingranati l’uno con l’altro, presentando blocchi il più possibile squadrati disposti alternati in strati regolari. Con il terzo fattore si indica infine la presenza di elementi di connessione trasversali (diatoni) all’interno di una muratura che generalmente è costituita da due paramenti verticali affiancati, come nel caso di murature a sacco.

Parametro 3 – Resistenza convenzionale

Con questo parametro si vuole fornire una stima del valore della resistenza alle azioni orizzontali di un edificio in muratura, attraverso l’impiego di un metodo di calcolo semplificato che assimila l’edificio, nella sua direzione più debole, ad una parete di taglio equivalente.

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Tale metodo si basa sulle seguenti ipotesi semplificative: - regolarità in pianta e in elevazione dell’edificio,

- continuità in elevazione dei maschi murari, - meccanismi di rottura per taglio nei maschi,

- collegamenti efficaci tra strutture orizzontali e verticali e orizzontamenti sufficientemente rigidi da garantire un comportamento scatolare dell’edificio.

Considerato un generico maschio murario di area A, la resistenza alle azioni nel proprio piano può essere valutata con la formula di Turnsek e Cacovic che esprime il taglio ultimo resistente della parete in funzione della tensione tangenziale caratteristica della muratura che costituisce il pannello e del carico verticale medio di compressione agente su di esso.

dove:

A è il valore minimo dell’area resistente nelle due direzioni, ovvero il minimo tra e ,

e sono l’area totale degli elementi resistenti in due direzioni ortogonali.

L’area resistente totale, da valutare in entrambe le direzioni in corrispondenza del piano di verifica, generalmente coincidente con il primo livello, è determinata come la sommatoria delle aree resistenti dei singoli maschi nella direzione considerata. Successivamente occorre valutare il valore minimo del taglio ultimo resistente, corrispondente alla direzione più debole.

La resistenza convenzionale, indicata con C, è definita come il rapporto tra il minimo taglio resistente ultimo Tu della parete equivalente ed il peso della parte sovrastante il piano di verifica:

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dove:

N è il numero di piani a partire da quello di verifica (incluso), è l’area coperta media al disopra del piano di verifica,

,

, , ,

rappresenta il peso medio, per unità di area coperta, di un livello dell'edificio (somma del peso di un solaio e di un interpiano di muratura).

Il peso medio per unità di area coperta, q, può essere valutato in funzione del peso specifico medio della muratura, , del peso medio per unità di superficie del solaio, , e della altezza media di un interpiano, h:

L’assegnazione di una delle quattro classi avviene in base al valore assunto dal rapporto , dove C è la resistenza convenzionale sopra definita e 0,4 rappresenta il valore di riferimento della resistenza alla base.

Le quattro classi sono definite in funzione di α nel modo seguente: Classe A - Edifici con ,

Classe B - Edifici con , Classe C - Edifici con , Classe D - Edifici con .

Parametro 4 – Posizione dell’edificio e fondazioni

Si vuole con questa voce valutare, per quanto possibile con una indagine a vista, l’influenza del terreno e delle fondazioni sulla risposta dell’edificio sotto sisma.

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Parametro 5 – Orizzontamenti

Esprime il ruolo degli orizzontamenti nell’ottica di un buon funzionamento scatolare dell’edificio, attraverso buoni collegamenti alle pareti verticali ed un’elevata rigidezza dell’orizzontamento nel proprio piano. Vengono privilegiati i collegamenti alle pareti verticali rispetto alla rigidezza (comportamento a diaframma), che spesso è sinonimo di pesantezza, specialmente in taluni errati interventi di miglioramento sismico. Nel suddividere in classi i vari edifici si tiene conto dei seguenti requisiti:

funzionamento a lastra ed elevata rigidezza per deformazioni nel suo piano (perciò buona connessione degli elementi costruttivi);

efficace collegamento agli elementi verticali resistenti;

differenza elevata di resistenza e rigidezza tra gli orizzontamenti e la muratura dell’edificio

Parametro 6 – Configurazione planimetrica

Parametro che tiene conto della regolarità in pianta dell’edificio attraverso l’applicazione di semplici fattori che ne valutano la concezione geometrica.

Parametro 7 – Configurazione in elevazione

Parametro che tiene conto della regolarità in altezza valutando: la presenza e l’estensione di porticati e loggiati rispetto alla superficie totale coperta, la variazione di masse e rigidezze tra un generico interpiano e quello ad esso sottostante, la presenza di torri o torrette di altezza e massa significativa rispetto a quelle della restante parte dell’edificio.

Parametro 8 – Distanza massima tra le murature

Con tale voce si tiene conto della presenza di pareti (esclusi tramezzi) intersecate da muri trasversali, capaci di costituire un vincolo efficace per i tratti considerati, posti a distanza eccessiva fra loro.

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Parametro 9 – Copertura

Un efficace collegamento tra la struttura portante della copertura e le murature perimetrali sottostanti è necessario per poter trasferire le azioni orizzontali (sisma) alle pareti di controvento, oltre a conferire all’intero edificio un effetto di cerchiaggio in testa, migliorando così il suo comportamento scatolare. Gli elementi che caratterizzano l’influenza delle coperture sul comportamento sismico di un edificio sono essenzialmente quattro:

l’eventuale azione spingente sulle murature perimetrali;

l’efficacia del collegamento della struttura della copertura alle murature d’ambito; il peso, in termini di massa sismica;

la differenza di rigidezza e resistenza rispetto a quelle della muratura dell’edificio.

Parametro 10 – Elementi non strutturali

Si tiene conto con questa voce di infissi, appendici e aggetti che possono causare con la caduta danno a persone o a cose.

Parametro 11 – Stato di fatto

Si tiene conto con questa voce dello stato di conservazione degli edifici.

3.2.2 Scheda di Livello 2 per edifici in cemento armato

Anche per gli edifici in c.a. l’indice di vulnerabilità è definito in relazione ad 11 parametri ritenuti idonei a caratterizzare il comportamento sismico di un edificio. In questo paragrafo si definiscono i parametri fondamentali e la metodologie di calcolo per l’indice di vulnerabilità [5].

(22)

19

Per il Parametro 3, la Resistenza convenzionale, indicata con C, è definita in questo caso come:

dove:

resistenza tangenziale, assunta pari al valore minimo presente nell’intervallo [5],

,

è l’area coperta media al disopra del piano di verifica, ,

N è il numero di piani a partire da quello di verifica (incluso),

rappresenta il peso medio, per unità di area coperta, di un livello dell'edificio (somma del peso di un solaio e di un interpiano di muratura).

Il peso medio per unità di area coperta q può essere valutato in funzione del peso specifico del c.a. , del peso medio per unità di superficie del solaio e della altezza media di un interpiano h:

L’assegnazione di una delle quattro classi avviene in base al valore assunto dal rapporto:

dove C è la resistenza convenzionale sopra definita e 0,4 rappresenta il valore di riferimento della resistenza alla base.

Le tre classi sono definite in funzione di α nel modo seguente: Classe A - Edifici con ,

Classe B - Edifici con , Classe C - Edifici con .

(23)

20

3.3 Calcolo dell’Indice di Vulnerabilità per edifici in muratura

Per il calcolo dell’indice di vulnerabilità il punteggio totale si ottiene dalla somma pesata dei punteggi dei singoli parametri:

dove rappresenta il punteggio e il peso dell’i-esimo parametro. L’indice di vulnerabilità così determinato rappresenta una misura convenzionale e relativa della vulnerabilità, in una scala nella quale lo 0 individua un edificio costruito secondo le attuali normative.

Per ogni parametro della scheda GNDT sono definite 4 classi, ad ognuna delle quali sono assegnati un punteggio ed un peso in funzione dell’importanza del parametro stesso [1]. Sono stati assunti i punteggi e i pesi proposti dalla Regione Marche [7] indicati nel seguito:

Edifici in muratura

Parametro

Punteggi

Peso

A B C D

1-Tipo ed organizzazione del sistema resistenza 0 5 20 45 1

2-Qualità del sistema resistente 0 5 25 45 0,25

3-Resistenza convenzionale 0 5 25 45 1,5

4-Posizione edifici e fondazione 0 5 25 45 0,75

5-Orizzontamenti 0 5 15 45 variabile

6-configurazione planimetrica 0 5 25 45 0,5

7-Distanza massima tra le murature 0 5 25 45 variabile

8-Distanza massima tra le murature 0 5 25 45 0,25

9-Copertura 0 15 25 45 variabile

10-Elementi non strutturali 0 0 25 45 0,25

11-Stato di fatto 0 5 25 45 1

Tabella 3.3.I: Valori dei pesi in relazione ai punteggi per gli edifici in muratura.

Per alcuni parametri come ad esempio il 5, 7 e 9 il peso è variabile in funzione di alcuni elementi caratteristici quali: la percentuale degli orizzontamenti rigidi e ben collegati, la presenza di piani porticati, il peso della copertura. Per tali parametri sono stati utilizzati i seguenti criteri:

(24)

21

parametro 5:

Dove è la percentuale di orizzontamenti rigidi e ben collegati. Nel caso in cui il solaio sia realizzato in latero-cemento con travetti gettati in opera o prefabbricati in c.a.p., con pignatte e caldana o soletta con cordoli in breccia su murature deboli o su murature in mattoni forati o formate da due paramenti, il peso da assegnare è pari a 1,25. Poiché in questo caso si è assunto

parametro 7: Di norma a questo parametro viene assegnato un peso pari a 1. Se l’irregolarità dell’edificio è dovuta solamente alla presenza di porticati al piano terra il peso viene ridotto al valore di 0,5; ciò si giustifica considerando che di tale situazione si tiene conto analizzando l’entità degli elementi resistenti.

In generale se l’irregolarità dell’edificio è data solamente dalla presenza di porticati al piano terra. in tutti gli altri casi.

parametro 9:

Dove: per copertura in latero-cemento o comunque di peso maggiore o uguale a , mentre negli altri casi; se il rapporto tra perimetro della copertura e la lunghezza complessiva delle zone di appoggio è maggiore o uguale a 2, negli altri casi.

Nel caso in cui il tetto sia realizzato in latero-cemento con travetti gettati in opera o prefabbricati in c.a.p., con pignatte e caldana o soletta con cordoli su murature deboli, il peso da assegnare è pari a 1,5.

I solai di controsoffitto che non sono in grado di assicurare un comportamento a lastra (ad esempio quelli composti da travetti in laterizio e tavelle o tavelloni senza riempimento e soletta) non vengono presi in considerazione per i casi sopra specificati.

L’indice di vulnerabilità assume valori appartenenti all’intervallo 0 – 382.5; per ottenere un valore in una scala tra 0 e 100, si divide l’indice calcolato per il fattore 3.825. Per la valutazione dell’affidabilità è stata assunta la media delle affidabilità dei singoli parametri.

(25)

22

3.4 Calcolo dell’Indice di Vulnerabilità per edifici in c.a.

Per il calcolo dell’indice di vulnerabilità degli edifici in c.a. viene effettuata con tre sole classi per i primi 10 parametri (Classi A, B e C), mentre per il parametro 11, Stato di fatto, sono presenti 4 classi (Classi A, B, C e D). In questa scheda non sono presenti i pesi dei parametri e l’indice di vulnerabilità viene valutato come somma dei punteggi dei singoli parametri della scheda di Livello II:

dove rappresenta il punteggio dell’i-esimo parametro. Di seguito sono indicati i punteggi assunti nel calcolo.

Edifici in cemento armato

Parametro

Punteggi

A B C D

1-Tipo ed organizzazione del sistema resistenza 0 -1 -2 - 2-Qualità del sistema resistente 0 -0,25 -0,5 -

3-Resistenza convenzionale 0,25 0 -0,25 -

4-Posizione edifici e fondazione 0 -0,25 -0,5 -

5-Orizzontamenti 0 -0,25 -0,5 -

6-Configurazione planimetrica 0 -0,25 -0,5 - 7-Distanza massima tra le murature 0 -0,5 -1,5 - 8-Distanza massima tra le murature 0 -0,25 -0,5 -

9-Copertura 0 -0,25 -0,5 -

10-Elementi non strutturali 0 -0,25 -0,5 -

11-Stato di fatto 0 -0,5 -1 -2,45

(26)

23

Noto l’indice di vulnerabilità, per poter avere dei valori paragonabili con quelli degli edifici in muratura, in scala 0-100, è stata operata la seguente conversione, in accordo con quanto proposto dalla Regione Marche [7]:

Se

3.5 Valutazione dell’indice di rischio

Per la valutazione dell’indice di rischio, , sono stati considerati i parametri di vulnerabilità secondo la procedura proposta in “Defining Priorities and Timescales for Seismic Intervention in School Buildings in Italy” [8], e illustrata nel seguito. L’indice di rischio è stimato secondo la seguente espressione:

Dove:

- è l’accelerazione di picco attesa al suolo, legata alla pericolosità del sito, definita anche come domanda ;

- è l’accelerazione al collasso della struttura, cioè la capacità che questa offre nei confronti del sisma;

- è un coefficiente che assume le seguenti espressioni in funzione della : 3,6 per per per per

(27)

24

Tali valori di k sono stati determinati sulla base dei dati di pericolosità dell’INGV per diversi periodi di ritorno (Figura 4).

Figura 4: Andamento del valore di k in funzione dell’accelerazione di picco attesa, .

Per la valutazione dell’accelerazione di picco al suolo che determina il collasso della struttura, ovvero la , avendo operato la conversione della vulnerabilità degli edifici in c.a. nella scala 0-100, è stata utilizzata la seguente espressione:

Dove:

- rappresenta l’indice di vulnerabilità espresso in percentuale;

- ;

- ;

- .

Figura 5: Andamento dell’indice di rischio in funzione dell’indice di vulnerabilità e dell’accelerazione di picco attesa al suolo,

(28)

25

Tabella 3.5.III: Valori dell’indice di rischio in funzione dell’indice di vulnerabilità e della .

3.6 Valutazione della “domanda”

Per il calcolo della attesa al sito esaminato, consideriamo come periodo di riferimento:

dove:

, periodo nominale delle strutture: per normativa, per costruzioni ordinarie,

, coefficiente d’uso, dipende dall’uso della costruzione: per la classe d’uso II, . Il periodo di riferimento dell’azione sismica, calcolato in anni, è pari a:

(29)

26 Stati Limite

: Probabilità di superamento nel periodo di

riferimento

Periodo di ritorno

Stati limite di SLO 81% 30 anni

esercizio SLD 63% 50 anni

Stati limite SLV 10% 475 anni

ultimi SLC 5% 975 anni

Tabella 3.6.IV: Periodi di ritorno corrispondenti ai diversi stati limite valutati per

La caratterizzazione stratigrafica del sottosuolo del paese di Benabbio è stata svolta grazie alla disponibilità di carte geologiche e di indagini geognostiche; queste hanno permesso una valida stima del parametro , resistenza penetrometrica dinamica, sul quale ci si può basare nei casi in cui non sia possibile la misura diretta della velocità di propagazione delle onde di taglio. Dall’interpretazione dei risultati conseguiti si assegna al sito di interesse la classificazione del terreno in categoria E con categoria topografica di tipo T3. Le NTC 2008 definiscono S come il coefficiente che tiene conto della categoria di sottosuolo e delle condizioni topografiche mediante la relazione seguente [9]:

dove:

- , coefficiente di amplificazione stratigrafica: dalla tabella 3.2.II in normativa si ricava la categoria di sottosuolo E, alla quale corrisponde, tramite la tabella 3.2.V [9], il

valore ;

- , coefficiente di amplificazione topografica: dalla tabella 3.2.IV in normativa, si ricava la categoria topografica T3, alla quale corrisponde, secondo la tabella 3.2.VI [9]:

- η è il coefficiente che tiene conto dello smorzamento della struttura: supponendo di avere uno smorzamento convenzionale risulta η = 1

- è un coefficiente funzione della categoria del sottosuolo: per la categoria di sottosuolo E, dalla tabella 3.2.V [9] si evince .

(30)

27 Stati Limite

Stati limite di SLO 1,6 1,2 1,92 2,02

esercizio SLD 1,6 1,2 1,92 1,97

Stati limite SLV 1,522 1,2 1,826 1,91

ultimi SLC 1,375 1,2 1,65 1,91

Tabella 3.6.V: Valori di , , , relativi al sito di Benabbio.

Definiti tutti i parametri necessari per costruire lo spettro di risposta elastico si considera un valore della domanda pari a .

3.7 Risultati dei rilievi

Il rilievo ha interessato 29 edifici, 27 dei quali destinati ad uso abitativo e 2 dedicati al culto. Le strutture analizzate sono soprattutto inserite in aggregati strutturali (solo 5 edifici sono isolati).

Relativamente allo stato di degrado sulle costruzioni gli edifici esaminati risultano per il 21% con lesioni lievi, con nessun danno evidente per il 17%, per il 48% con lesioni medie e per il 14% si sono registrate lesioni gravi.

civili abitazioni 93% chiese 7%

Destinazione d'uso

(31)

28

Gli orizzontamenti, realizzati principalmente in legno, possono essere considerati: deformabili e mal collegati nel 72% dei casi, rigidi e ben collegati per il 21%, rigidi e mal collegati per il 4% degli edifici rilevati. Nel rimanente 3% si è notata la presenza di solai in latero - cemento. Nessun danno evidente 17% Grave 14% Medio 48% Lieve 21%

Stato di degrado

Solai deformabili 72% Solai rigidi mal collegati 4% Solai rigidi ben collegati 21% Solai in c.a. 3%

Orizzontamenti

Coperture pesanti in c.a. 3% Coperture spingenti 7% Coperture poco spingenti 90%

Copertura

(32)

29

Lo stesso per le coperture sono in maggior parte realizzate in legno con le seguenti caratteristiche: poco spingenti per il 90%, spingenti per il 7% e coperture pesanti in cemento armato per il 3% dei casi.

Per quanto riguarda invece la qualità costruttiva della muratura e le caratteristiche dei materiali utilizzati, valutati a vista, con conversazioni con le maestranze locali e tramite prove in situ, si può affermare che in generale la muratura degli edifici rilevati è costituita da due paramenti di blocchi sbozzati e pietre di pezzature molto varie con apparecchiatura disorganizzata, priva di collegamenti trasversali e nucleo interno. I cantonali, al contrario, mostrano una particolare attenzione realizzativa con l’uso di blocchi squadrati e ben organizzati lungo tutto il loro sviluppo verticale. La malta infine risulta essere di scarsa qualità, con colorazione terrosa e facilmente sgretolabile.

I valori impiegati per la muratura, riportati nel seguito, sono stati ricavati applicando il coefficiente correttivo per la presenza di nucleo scadente (Tabella C8A.2.2) ai valori medi dei parametri meccanici per muratura a conci sbozzati (Tabella C8A.2.1).

Detti valori, nell’analisi dell’edificio (cap. 5) sono stati confrontati con quelli ottenuti dalla prova in situ con martinetti piatti (la cui relazione della prova eseguita si riporta nel predetto capitolo 5) ottenendo la seguente tabella:

Valori di riferimento dei parametri meccanici

Tabella C8A.2.1 con coeff. correttivo di 0,8 Prova con martinetti

(33)

30

Dopo aver determinato l’indice di vulnerabilità di ciascun edificio esaminato e la domanda attesa al sito considerato ( ) si può effettuare il calcolo dell’indice di rischio

cosi come illustrato nel paragrafo precedente. L’indice di rischio assume valori appartenenti all’intervallo 0 – 3,77, con valori crescenti al crescere dell’indice di vulnerabilità ( per , per ). Per garantire una valutazione del rischio coerente con gli indici di vulnerabilità si assumono i seguenti criteri di valutazione:

rischio basso,

rischio medio-basso, rischio medio,

rischio medio-alto, rischio alto.

I risultati dell’indice di vulnerabilità, dell’indice di rischio sono riportati nella tabella seguente: Scheda num. Tipologia Scheda numero Tipologia 1 Ag 18 Ed 1 muratura 23,45 0,26 21 Ag 6 Ed 6 muratura 44 0,53 2 Ag 14 Ed 1 muratura 43,06 0,51 22 Ag 35 Ed 1 muratura 46 0,56 3 Ag 14 Ed 2 muratura 37,75 0,42 23 Ag 33 Ed 2 muratura 13 0,20 4 Ag 15 Ed 1 muratura 32,35 0,35 24 Ag 33 Ed 1 muratura 37 0,41 5 Ag 18 Ed 2 muratura 35,95 0,39 25 Ed 8 muratura 17 0,22 6 Ag 3 Ed 2 muratura 27,78 0,30 26 Ag 32 Ed 1 muratura 27 0,29 7 Ag 9 Ed 3 muratura 22,63 0,25 27 Ag 9 Ed 2 muratura 31 0,33 8 Ag 31 Ed 1 muratura 28,84 0,31 28 Ag 20 Ed 1 muratura 30 0,32 9 Ag 31 Ed 2 muratura 26,14 0,28 29 Ag 10 Ed 2 muratura 36 0,40 10 Ed 4 muratura 15,03 0,21 11 Ag 30 Ed 2 muratura 23,12 0,26 12 Ag 22 Ed 1 muratura 29,98 0,32 13 Ag 23 Ed 1 muratura 29,66 0,32 14 Ag 21 Ed 1 muratura 17,4 0,22 15 Ag 34 Ed1 muratura 36,93 0,41 16 Ag 2 Ed 3 muratura 22,88 0,26

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31

17 Ed 3 muratura 41,01 0,47

18 Ed 1 muratura 24,35 0,27

19 Ed 7 c.a. 15,58 0,21

20 Ag 31 Ed 3 muratura 22,71 0,25

Tutti gli edifici sono stati numerati specificando anche l’aggregato strutturale di appartenenza. Con Ag si identifica il numero dell’aggregato e con Ed il numero dell’edificio dell’aggregato stesso.

Tabella 3.7.VII: Elenco degli edifici rilevati a livello 2 con i relativi valori di e di .

Dalle valutazioni di rischio si evince che molti edifici di Benabbio ricadono nella fascia di rischio sismico medio e medio-basso, con valori di compresi tra 0,20 e 0,60.

A prova di tali risultati si evidenzia che solo su pochi edifici sono stati eseguiti interventi antisismici allo scopo di migliorare il comportamento della struttura complessivamente, mentre sulla maggior parte degli edifici non è stato eseguito nessun tipo di intervento antisismico. Pesano negativamente sulla valutazione della vulnerabilità fattori importanti come la morfologia del sito, l’irregolarità in pianta delle strutture, lo stato di conservazione delle murature e delle travi in legno, la presenza di orizzontamenti lignei caratterizzati da insufficiente rigidezza nel piano ed esposti al rischio di sfilamento delle travi dai muri portanti. Alcuni di questi fattori possono essere migliorati attraverso interventi poco invasivi e poco costosi invece per altri, come l’irregolarità in pianta e la morfologia del terreno, si possono avere miglioramenti solo con interventi di tipo invasivo e molto costosi. È possibile poter vedere i risultati di tutti i rilievi svolti a Benabbio (LU) dalla squadra di rilievo grazie alla mappa del rischio riportata in 5 fogli.

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37

4. Analisi delle carenze strutturali

4.1. Metodo impiegato

Per poter ottenere la riduzione della vulnerabilità sismica del patrimonio edilizio si deve necessariamente svolgere un primo esame delle tipologie costruttive e delle soluzioni strutturali presenti che caratterizzano un quadro preciso dello stato attuale ed evidenziano criticità, elementi di vulnerabilità e carenze strutturali sia a livello globale sia a livello locale. Non potendo eseguire delle analisi sismiche dettagliate per tutti gli edifici è necessario utilizzare metodi che possono determinare, con un minimo margine di errore, le più possibili criticità che si possono riscontrare nei vari casi. Questi metodi, basati su valutazioni empiriche, consentono di definire, in base alle caratteristiche costruttive dei manufatti, a quali danneggiamenti potrà incorrere una data struttura.

L’entità delle carenze può essere evidenziata usando il metodo di valutazione della “Scheda delle Carenze”, presente all’Allegato 5, fornita dalla Regione Toscana [6] [11], dalla quale è possibile determinare i più probabili meccanismi di collasso che si possono verificare. Si è proceduto, pertanto, alla compilazione della “Scheda delle Carenze” e al calcolo dell’indice di carenza di ciascun edificio rilevato; da questo si è passati all’assegnazione dei meccanismi di danno grazie ad una tabella empirica che associa le carenze alle possibili modalità di collasso della struttura.

Note perciò le carenze e i meccanismi che queste possono attivare è possibile determinare in modo preciso l’intervento di miglioramento più adatto a limitare la vulnerabilità. Ricordiamo che rientrano negli interventi di miglioramento tutti gli interventi finalizzati ad aumentare la capacità di resistenza delle strutture esistenti alle azioni considerate, diversamente dagli interventi di adeguamento atti a raggiungere i livelli di sicurezza previsti dalle norme vigenti.

(41)

38

4.2. Scheda delle Carenze

La scheda è divisa in 6 colonne:

- descrizione carenza: descrizione delle diverse carenze;

- classe e punteggio di carenza “c”: classificazione delle carenze da esaminare in quattro possibili classi: A, B, C, D secondo i criteri e le modalità riportate nei manuali [11] e punteggio associato a ciascuna classe di carenza;

- peso classe “ ”: peso associato a ciascuna singola carenza;

- peso classe “ ”: peso associato a ciascuna categoria di carenze, essendo cinque le categorie di carenze;

- indice parziale delle carenze: prodotto tra il punteggio “c” e i pesi “ ” e “ ”, relativo a ciascuna carenza;

- schemi e note: spazio riservato al compilatore per l’inserimento di appunti e schemi grafici presi durante il sopralluogo sull’edificio, utili per la compilazione delle schede.

La somma di tutti gli indici parziali delle carenze fornisce come risultato l’indice globale

delle carenze.

La scheda deve essere compilata facendo riferimento alle note, agli schemi e ai criteri di classificazione delle varie carenze riportati nel manuale dedicato [11]. Il controllo delle singole carenze deve essere eseguito per ogni piano dell’edificio, salvo dove diversamente specificato.

Si evidenzia come i metodi di seguito riportati siano procedure semplificate di calcolo e di verifica. Gli indici associati a ciascuna carenza sono indici sintetici tramite i quali confrontare situazioni differenti (stato di fatto iniziale e stato di progetto a seguito di interventi di miglioramento), al fine di riunire edifici di caratteristiche simili in funzione delle carenze presunte nei riguardi dell’azione sismica.

Le carenze possono essere determinate attraverso l’interpretazione del quadro fessurativo prodotto da cause esterne (in particolar modo dal sisma). In assenza di quadri fessurativi l’individuazione di tale classe è condotta attraverso l’analisi della tipologia costruttiva e dei singoli elementi strutturali dell’edificio. In particolare per la definizione delle carenze dei collegamenti fra pareti e pareti e fra pareti e orizzontamenti, si nota che nella maggior parte

(42)

39

dei casi incontrati non è stato possibile determinare il grado di efficacia di tali collegamenti. Questo in chiave di una valutazione cautelativa ha implicato l’assegnazione del punteggio di carenza media per tutti i casi di studio ad eccezione di quelli dove fosse evidente la bassa qualità realizzativa dei collegamenti stessi, per i quali è stato assegnato il punteggio di carenza alta.

Tutte le carenze oggetto di valutazione sono riportate nel paragrafo seguente e brevemente discusse.

4.3. Carenze strutturali gravi per edifici in muratura

Si definiscono carenze strutturali gravi quelle carenze che possono provocare una importante vulnerabilità per l’edificio. Sono associate a:

assenza o inefficacia di elementi e/o sistemi che garantiscono un buon comportamento “scatolare” della struttura;

scarsa resistenza offerta dai muri soggetti ad azioni perpendicolari al loro piano ( di conseguenza alla possibilità di instaurare meccanismi di ribaltamento fuori del piano e distacchi totali o parziali di pareti ortogonali tra loro);

bassa resistenza dei singoli elementi strutturali (capacità di resistere ad azioni sismiche contenute nel piano del muro);

cattiva risposta sismica globale dell’edificio.

Si riportano di seguito le carenze strutturali gravi per edifici in muratura:

1. Carenza di resistenza della muratura dovuta alle varie tipologie di muratura:

a. cattiva qualità dei materiali costituenti ( es. murature in pietra arrotondata, o in tufo con elevata porosità, malta in cattivo stato di conservazione, presenza di murature portanti in forati con eccessiva percentuale di vuoti); b. cattiva qualità della tessitura muraria (es. murature a sacco in generale o con

scarso collegamento tra paramenti, murature con apparecchiatura disorganizzata, ecc)

(43)

40

2. Carenza di collegamenti e orizzontamenti deformabili:

a. mancanza completa o inefficacia di collegamenti fra pareti e pareti, compresi i cantonali;

b. mancanza completa o inefficacia di collegamenti fra le pareti e gli orizzontamenti di piano o di copertura;

c. presenza di solai o di coperture eccessivamente deformabili con insufficiente resistenza nel loro piano (es. coperture realizzate con travetti in c.a. o putrelle con tavelloni, o travi in legno, senza caldana o senza doppio tavolato).

3. Presenza di irregolarità:

a. irregolarità planimetrica in termini di differenze significative tra aree resistenti delle murature secondo le due direzioni principali dell’edificio; b. irregolarità planimetrica dovuta ad elevata distanza tra il baricentro delle

aree delle sezioni orizzontali di muratura resistente ed il centro geometrico della pianta dell’edificio al piano di verifica;

c. irregolarità della maglia muraria in elevazione (aumento significativo della resistenza passando da un livello a quello soprastante);

d. presenza di murature portanti insistenti in falso sui solai, in percentuale superiore al 10% del totale anche ad un solo livello;

e. presenza di murature portanti in forati, con elevata percentuale di vuoti, estesa in misura consistente delle superfici resistenti ad uno stesso livello; f. aumento significativo del peso di piano, passando da un livello a quello

superiore;

g. sopraelevazioni con materiali diversi che costituiscono una apprezzabile discontinuità strutturale;

h. presenza di piani sfalsati, con disposizione tale da innescare fenomeni di martellamento locale accentuato dalla differenza di quota e dalle rigidezze e caratteristiche tipologiche significativamente diverse;

i. presenza di solai con caratteristiche tipologiche significativamente diverse in termini di rigidezze nel piano di verifica;

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41

j. aperture non disposte secondo allineamenti verticali con riduzione di efficienza dei maschi murari;

k. presenza di solai e/o coperture rigidi e pesanti (es. latero-cemento con soletta e cordoli di consistenti dimensioni, ecc.) in edifici con muratura di cattiva qualità di cui al punto 1).

4. Presenza di spinte non contrastate o eliminate:

a. nelle volte, negli archi (es. assenza di catene o altri dispositivi efficaci di contrasto);

b. negli elementi della copertura (es. significative reazioni orizzontali dovute a configurazioni di vincoli non adeguati).

5. Gravi carenze nelle fondazioni:

a. evidenze di cedimenti differenziali;

b. evidenze di cedimento e rotazione delle pareti fuori piano.

4.4. Meccanismi di collasso

Nel definire un collegamento tra le carenze e i meccanismi di collasso attivabili si è fatto riferimento ai risultati conseguiti attraverso lo studio di caratterizzazione delle modalità di danneggiamento indotte sugli edifici in muratura dal sisma Umbro-Marchigiano del 1997 [10]. Questo lavoro ha permesso la “costruzione” di una raccolta dei meccanismi di danno degli edifici in muratura ordinari, attraverso la descrizione tipologico-costruttiva, la valutazione delle modalità di danneggiamento e l’individuazione dei meccanismi attivati dal sisma.

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42

Fig. 6: Abaco dei meccanismi di collasso.

Le correlazioni tra i meccanismi e le carenze necessarie alla loro attivazione sono illustrate nella tabella sottostante. Per ogni meccanismo sono individuate le carenze che devono essere presenti affinché il meccanismo possa attivarsi. Ad esempio, se si considera il meccanismo di ribaltamento globale della parete M03, per la sua attivazione devono riscontrarsi carenze di collegamenti tra i solai e le pareti ortogonali. La presenza di orizzontamenti spingenti non è decisiva ma può favorire l’instaurarsi di tale meccanismo.

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43 Tabella 4.4.I: Relazioni indicate tra carenze strutturali e meccanismi attivabili.

4.5. Interventi di miglioramento sismico e riparazione del danno

Partendo dall’analisi di vulnerabilità effettuata con l’ausilio della “scheda di vulnerabilità GNDT di II livello per edifici in muratura” è stato determinato per ogni edificio un progetto di intervento basato in maggior parte sull’utilizzo di presidi sismici minimi di elevata efficacia tenuto conto che le cause del danneggiamento rilevato sono da attribuire per la maggior parte all’assenza di presidi contro il ribaltamento delle pareti, alla presenza di murature non ammorsate, all’assenza di collegamenti di piano efficaci e alla presenza di orizzontamenti rigidi e pesanti spesso accostati ad altri più leggeri e deformabili.

Il modello di intervento determinato consente di diminuire le vulnerabilità principali evitando di effettuare interventi diffusi ed invasivi, spesso previsti nell’ottica di un miglioramento sismico globale della struttura, che si basa sulla riduzione controllata della vulnerabilità.

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44

In linea generale gli interventi devono essere progettati ed realizzati dando priorità a quelli, generalmente poco invasivi e di costo contenuto, che permettono di eliminare o ridurre le principali carenze costruttive e le vulnerabilità degli edifici. Per conseguire tale obbiettivo con i finanziamenti a disposizione, non sempre sufficienti, devono essere eseguiti inevitabilmente gli interventi che, con un costo contenuto, permettano la maggiore riduzione della vulnerabilità.

A tale proposito si elencano in ordine di priorità i principali interventi eseguibili. Una speciale attenzione deve essere rivolta agli edifici che presentano interventi di recente costruzione che hanno introdotto rilevanti vulnerabilità e masse aggiuntive. Emblematico, ma purtroppo frequente, è il caso della sostituzione di tetti in legno con coperture in cemento armato e la realizzazione di cordoli longitudinali in cemento armato poggianti sul paramento interno della muratura.

Si possono suddividere gli interventi in: - Interventi di riparazione

- Interventi di miglioramento-adeguamento sismico.

Fanno parte del primo gruppo gli interventi su:

Pareti: risarcitura delle lesioni, cuci e scuci e ricostruzioni parziali;

Solai: risarcitura delle lesioni, sostituzione di parti di solai fortemente danneggiati o crollati;

Piattabande: risarcitura lesioni e ricostruzione dello schema strutturale originario o introduzione di nuovi elementi strutturali;

Strutture voltate e ad arco: risarcitura lesioni, ricostruzione parziale o totale di volte crollate utilizzando gli stessi materiali previa messa in sicurezza e rimozione delle parti pericolanti;

Elementi secondari non strutturali: eliminazione degli elementi che indeboliscono le strutture (canne fumarie da posizionare all’esterno delle pareti perimetrali) e collegamento degli aggetti alle strutture con efficaci dispositivi di ancoraggio.

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Fanno parte del secondo gruppo:

Realizzazione dei collegamento di piano con elementi in acciaio disposti lungo tutte le pareti portanti dell’edificio collegati sia alle pareti perimetrali che all’esterno con piastre o paletti;

Controllo dei meccanismi fuori del piano delle pareti da eseguire prevalentemente mediante il collegamento dei pannelli murari con catene (libere di scorrere e ancorate alla muratura con paletti o piastre metalliche), la realizzazione di cerchiature estese e/o cordoli in acciaio, in muratura rinforzata con FRP, in materiale compositi, con cucitura armata attiva con nastri di acciaio inox per strisce (altezza circa 100 cm) o altra soluzione compatibile con le caratteristiche del manufatto. Tali presidi dovranno essere posizionati nei punti di controllo dei meccanismi.

Consolidamento dei solai. Per i solai i casi più frequenti sono quelli dei solai in legno, deformabili nel piano, dei solai in ferro e tavelloni a media deformabilità e solai in laterocemento rigidi nel piano. Nella esecuzione dell’intervento di consolidamento bisogna tenere conto della deformabilità dei solai in quanto questa influisce notevolmente sul comportamento globale della struttura. Nel caso in cui si passa da un sistema a solai deformabili ad un sistema a solai rigidi risulta essere modificata la distribuzione delle azioni taglianti sui maschi murari e si possono avere delle concentrazioni di azioni orizzontali negli angoli in conseguenza della deformazione dei piani (espulsioni angolate).

I solai in legno presentano solitamente il problema dello sfilamento delle travi e del degrado, pertanto l’intervento consigliato è quello di collegare le travi alle pareti perimetrali con piastre e tiranti in acciaio. Il parziale irrigidimento nel piano può essere eseguito con tavolato incrociato e collegamenti metallici alle murature. I solai in ferro e tavelloni, parzialmente rigidi, devono anche essi essere collegati alle pareti perimetrali con profili in acciaio ed, eventualmente, irrigiditi con un massetto alleggerito semistrutturale.

Riferimenti

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