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CAPITOLO 8
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INTERVENTO DI ADEGUAMENTO
8 8 88.1 .1 .1 .1 L’adeguamento sismico degli edifici esistenti:problematiche generali e tecniche L’adeguamento sismico degli edifici esistenti:problematiche generali e tecniche L’adeguamento sismico degli edifici esistenti:problematiche generali e tecniche L’adeguamento sismico degli edifici esistenti:problematiche generali e tecniche d’intervento
d’intervento d’intervento d’intervento
In questo paragrafo si esaminano le problematiche relative all’adeguamento sismico degli edifici esistenti, valutando questioni di carattere generale e operando una indagine, seppur non esaustiva, delle possibili tecniche (con un particolare riguardo, ma senza limitarsi, a quelle applicabili in strutture murarie).
La scelta di una determinata strategia per l’adeguamento sismico degli edifici esistenti non è una questione banale, perchè deve necessariamente tenere conto di numerosi parametri, oltre a quello ovvio della validità tecnica dell’intervento adottato, quali la valutazione dei costi, ma anche la durata dei lavori, le conseguenze dovute alla interruzione delle attività che si svolgono nell’edificio, la reversibilità dell’intervento.
La numerosità e complessità dei suddetti parametri fa sì che ogni intervento di adeguamento presenti caratteristiche di singolarità ed unicità. Ciò nonostante, è comunque possibile individuare due differenti linee d’azione generali:
• Incrementare le prestazioni degli elementi strutturali esistenti, rinforzandoli ed innalzandone sia la resistenza che la duttilità, ottenendo così un miglioramento della risposta sismica globale attraverso modifiche operate a livello di comportamento locale;
• Diminuire la domanda sismica imposta alla struttura esistente, tramite l’introduzione di nuovi elementi strutturali, operanti a livello globale, destinati a resistere alle azioni orizzontali.
8. 8. 8.
8. 1.1.1.1. 1111 Interventi a livello localeInterventi a livello localeInterventi a livello localeInterventi a livello locale
Con questi interventi si vuole conferire agli elementi strutturali carenti opportune resistenza e duttilità.
Di seguito si esaminano brevemente alcune tecniche per aumentare le prestazioni dei singoli elementi.
Placcaggi con calcestruzzo
dello spessore minimo di 4-5 cm, ed armato con una rete elettrosaldata, su entrambe le facce della parete da rinforzare (figura 8.1). Per garantire l’efficacia dell’intervento i due strati suddetti sono inoltre collegati tra loro mediante la messa in opera di staffe metalliche in fori passanti praticati nella parete.
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8.1
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Placcaggi con calcestruzzoL’intervento si articola nelle seguenti fasi: asportazione dell’intonaco esistente, esecuzione dei fori passanti (è consigliabile praticarne almeno 6-8 ogni m2 di
muratura), inserimento delle staffe metalliche di collegamento, posa in opera della rete, bagnatura della parete, spruzzo del betoncino.
La tecnica presenta, tra i principali vantaggi, l’estrema capacità del betoncino di adattarsi alle geometrie più articolate, grazie alla quale risulta possibile operare anche su parti strutturali problematiche. Si tratta di una tecnica ormai consolidata che non necessita quindi di operatori specializzati. Per contro, il placcaggio comporta un aumento delle dimensioni degli elementi strutturali oggetto d’intervento, non è utilizzabile nel caso in cui si desideri mantenere la vista della parete portata a rustico, e, dal punto di vista dell’impatto ambientale, provoca rilevanti produzioni di polveri, detriti e rumori.
Consolidamento con iniezioni cementizie
Con questa tecnica è possibile migliorare le caratteristiche meccaniche di una muratura grazie al ripristino del legante ed alla saturazione di eventuali vuoti o discontinuità. Solitamente è utilizzata una boiacca, ossia una miscela in cui cemento ed acqua sono dosati in parti uguali, ma possono essere impiegati anche additivi fluidificanti o resine epossidiche. Partendo dalla parete privata dell’intonaco (figura 8.2.a), si inseriscono innanzitutto gli ugelli (figura 8.2.b), si procede alla intonacatura e si esegue una prima preiniezione. Si eseguono quindi le
perforazioni (figura 8.2.c), e le iniezioni (ad una pressione di circa 2-3 bar) fino alla fuoriuscita della miscela dai fori adiacenti (figura 8.2.d e 8.2.e). Viene quindi sigillato il primo foro e si procede alle successive iniezioni (figura 8.2.f). La corretta esecuzione della tecnica prevede di procedere per zone, partendo dal basso della parete e muovendosi verso l’alto, e dai lati verso il centro. Occorre prestare particolare attenzione alla presenza di intercapedini interne, canne fumarie, cavedi per impianti. E’ fondamentale che l’intonaco sulle due facce della parete sia in ottime condizioni, in modo che possa sopportare la spinta esercitata dalle iniezioni.
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Consolidamento con iniezioni cementizieConsolidamento con perforazioni armate
In una struttura in muratura è auspicabile il conseguimento del comportamento scatolare, come avuto modo di esaminare in precedenti capitoli della Tesi. A tal fine si rivelano particolarmente utili le perforazioni armate, con le quali si consegue proprio il risultato di un migliore ammorsamento tra le pareti portanti. Si eseguono dei fori (in numero, dimensioni e posizioni prefissate), all’interno dei quali sono collocate barre di armatura ad aderenza migliorata. I fori sono poi riempiti e sigillati con iniezioni di malte fluide o con resine (figura 8.3). Questa tecnica può essere utilizzata anche qualora si voglia mantenere una
leggermente inferiore a quella del foro da attraversare, provvedendo poi a stuccare il foro stesso a filo con il laterizio.
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8.3
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Consolidamento con perforazioni armate di croci di muro, martelli e cantonaliTecnica del “cuci-scuci”
Questa tecnica permette di ripristinare la continuità strutturale di una muratura in laterizio o pietrame mediante la sostituzione delle parti degradate, senza che venga alterata la funzione portante dell’elemento strutturale durante l’esecuzione dell’intervento.
La sostituzione della muratura avviene sempre in zone non contigue, così da mantenere sempre una sezione resistente sufficiente (figura 8.4). Si tratta di una tecnica che richiede una manodopera molto qualificata, prima di tutto perchè è alto il rischio di rovinare mattoni o pietre in buono stato durante la rimozione delle porzioni ammalorate e, in secondo luogo, per la necessità di realizzare un buon ammorsamento delle porzioni di nuovo inserimento con le esistenti.
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8.4
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Tecnica del “cuci-scuci”Irrigidimento dei solai
L’irrigidimento dei solai contribuisce, unitamente alla realizzazione di cordoli perimetrali, alla concretizzazione del comportamento scatolare di una struttura muraria, con la compartecipazione dei vari muri portanti. La trasformazione di solai flessibili in solai rigidi comporta una diversa distribuzione delle azioni tra gli elementi strutturali, che deve essere attentamente valutata.
L’eccessiva deformabilità nel proprio piano si presenta prevalentemente nei solai realizzati con struttura lignea; in tali situazioni il modo più immediato per attuare l’irrigidimento desiderato consiste nel porre in opera una soletta in calcestruzzo armato (figura 8.5), tecnica che presenta però l’inconveniente di aumentare le masse permanenti (e quindi, in ultima analisi, anche l’azione sismica).
Una tecnica che non comporta apprezzabili cambiamenti nel peso consiste nella messa in opera di tiranti in acciaio (un esempio è mostrato nella seguente figura 8.6), che forniscono adeguata rigidezza grazie alla loro rigidezza estensionale.
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8.5
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Irrigidimento dei solaiFigura
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Cerchiature in acciaio
L’utilizzo delle cerchiature in acciaio è una delle tecniche più efficienti per migliorare la resistenza a taglio e, soprattutto, la duttilità di un pilastro c.a. o in muratura. L’efficacia dell’intervento dipende fortemente dall’effettivo grado di confinamento del materiale su cui si interviene, e di conseguenza essa risulta essere molto sensibile alla correttezza delle modalità esecutive. Solitamente l’intervento è realizzato con angolari posizionati in corrispondenza degli spigoli del pilastro e collegati con calastrelli orizzontali. Spesso sono realizzati fori passanti in cui vengono alloggiate barre in acciaio ad aderenza migliorata. L’intervento può essere completato, qualora si voglia nasconderlo alla vista, con la realizzazione di uno strato di 4-5 di calcestruzzo armato con una rete elettrosaldata (figura 8.7).
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8.7
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Cerchiature in acciaio di un pilastroGli angolari ed i relativi calastrelli possono essere messi in opera in vari modi, ma sicuramente un pre-riscaldamento dei calastrelli ad una temperatura di almeno 70 °C è ideale per garantire un adeguato confinamento (grazie alla contrazione che si verifica nella fase di raffreddamento, a saldatura avvenuta), e per limitare anche lo scorrimento mutuo tra gli angolari ed il materiale confinato.
Una recente evoluzione della tecnica delle cerchiature è rappresentata dal sistema CAM (brevettato dal prof. M. Dolce), che si realizza con angolari a spigoli smussati e nastri in acciaio ad alta resistenza di spessore 0.8-1.0 mm e larghezza di 18-20 mm, messi in opera con una macchina capace di imprimere una pretensione regolabile e richiusi ad anello. Il sistema CAM è adatto anche per cerchiare elementi bidimensionali, come le murature portanti. Nelle figure 8.8 e 8.9 si riportano alcuni esempi di applicazione del sistema
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Applicazioni del sistema CAM su edifici esistentiFigura
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Particolari del sistema CAMRispetto alle tradizionali cerchiature il sistema CAM è totalmente reversibile, non comporta un aumento apprezzabile delle masse, offre un controllo preciso del valore della pretensione delle cerchiature stesse, la posa in opera è più rapida e semplice, l’impatto e gli ingombri sono ridotti, ed infine la flessibilità dei nastri consente l’utilizzo anche in spazi angusti e/o con geometrie particolarmente complesse.
Rinforzo con materiali FRP
I materiali fibrorinforzati presentano numerosi vantaggi rispetto ai materiali più convenzionali impiegati nell’edilizia. Uno dei pregi principali è quello di essere caratterizzati da una evidente facilità di posa in opera che consente una riduzione dei tempi d’intervento (e che permette anche di superare facilmente in corso
d’opera eventuali inconvenienti che si presentano con una certa frequenza durante i lavori, come ad esempio dimensioni effettive diverse da quelle di progetto). Inoltre la leggerezza degli FRP non causa un aumento sensibile dei pesi della struttura. Per contro sono materiali molto sensibili ad azioni trasversali causate da spigoli o discontinuità analoghe e non sono in grado di sopportare azioni di compressione. Per quanto riguarda il comportamento meccanico, alcuni tipi di fibre sono anisotrope, sia in termini di resistenza (quella trasversale risulta sensibilmente inferiore a quella longitudinale) sia relativamente ai valori dei coefficienti di dilatazione termica.
In generale gli FRP presentano un legame costitutivo elastico-lineare fino alla rottura (figura 8.10), senza alcuno snervamento significativo, né deformazioni plastiche apprezzabili.
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Comportamento a trazione di alcune tra le più comuni fibre Gli FRP sono utilizzati principalmente per il rinforzo di elementi in c.a. o in muratura (un esempio di consolidamento di una volta è riportato in figura 8.11).Il vero aspetto critico è il comportamento a lungo termine degli FRP, perchè l’età delle applicazioni più datate non è ancora sufficiente per dare risposte definitive in questo senso.
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8. 1.1.1.1. 222 Interventi a livello globale2Interventi a livello globaleInterventi a livello globaleInterventi a livello globale
Gli interventi a livello globale modificano l’organismo strutturale, operando “lato resistenza” tramite l’introduzione di nuovi elementi resistenti alle azioni orizzontali, oppure agendo sull’azione sismica (diminuendo l’energia sismica in ingresso o aumentando la sua dissipazione). Nel caso di inserimento di nuovi sistemi resistenti si modifica profondamente la distribuzione delle sollecitazioni all’interno dell’organismo strutturale.
Inserimento di muri a taglio in calcestruzzo
Si tratta di una tecnica molto utilizzata per l’adeguamento sismico di edifici in cemento armato, perchè estremamente efficace nel controllare gli spostamenti orizzontali della struttura. Questo tipo di intervento si dimostra particolarmente adatto quando nella struttura ci sono numerosi elementi che vanno in crisi per valori modesti di deformazione, quando si vuole eliminare l’eventualità di martellamento tra edifici contigui, e quando si vuole migliorare la funzionalità di una costruzione caratterizzata da componenti non strutturali particolarmente sensibili agli spostamenti.
La tecnica più immediata per introdurre nuovi muri a taglio in edifici con struttura intelaiata in c.a. consiste nel riempire completamente, o parzialmente, campate esistenti strategicamente selezionate. L’inserimento dei setti deve essere studiato in modo che la struttura nello stato di progetto risulti regolare sia in pianta che in altezza. Gli aspetti problematici di questo tipo di intervento sono rappresentati dalle fondazioni (solitamente laboriosi e costosi) e dai collegamenti tra i nuovi muri e gli elementi della struttura esistente. Occorre inoltre considerare che l’introduzione dei muri comporta un aumento significativo del peso della struttura, che si riflette ovviamente nell’innalzamento delle azioni sismiche, oltre che un sensibile irrigidimento del complesso, con conseguenti aumenti nelle frequenze di vibrazione (che sono caratterizzati da ordinate più elevate negli spettri di risposta).
Inserimento di controventi in acciaio
L’inserimento di controventi in acciaio è un metodo molto efficace per controllare gli spostamenti globali dell’edificio ed ottenere una distribuzione regolare delle rigidezze (limitando così effetti torsionali indesiderati), con i vantaggi di usufruire di una certa libertà nella sistemazione delle aperture (figura 8.12), e di aggiungere alla struttura esistente un peso contenuto.
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Esempio di inserimento di controventi in acciaioSe l’intervento è eseguito in fasi successive (l’esigenza può nascere, ad esempio, da motivi di gestione dell’attività svolta all’interno dell’edificio) è opportuno che il posizionamento dei controventi sia studiato in modo tale che la regolarità in pianta sia mantenuta, per quanto possibile, durante tutte le fasi del lavoro, fino al suo completamento.
L’irrigidimento della struttura conseguente all’introduzione dei controventi può provocare un aumento dell’azione sismica (a causa della riduzione del periodo proprio di vibrazione), ma, al tempo stesso, fornisce una resistenza adeguata a sostenere questo incremento di azioni.
Il controllo passivo con dispositivi dissipativi
Le tecniche più recenti di adeguamento degli edifici si prefiggono come obiettivo il controllo, attivo o passivo, della risposta sismica mediante l’impiego di sistemi che consentono la riduzione degli effetti dinamici sulle costruzioni. I sistemi di controllo passivo sfruttano le deformazioni della struttura per realizzare il controllo delle azioni sismiche sulla struttura stessa. I principali sistemi di controllo passivo consistono nell’impiego di dissipatori e nell’isolamento sismico della
Invece il controllo attivo si realizza con sensori che rilevano gli spostamenti della struttura, con un processore che legge istantaneamente tali spostamenti e li elabora, ed impone poi a dispositivi meccanici di imprimere forze e/o spostamenti in grado di contrastare gli effetti prodotti dal sisma.
La tecnica di controllo passivo che si basa sulla dissipazione di una aliquota dell’energia trasmessa dal sisma alla struttura ha trovato negli ultimi venti anni una certa diffusione nelle applicazioni pratiche, in particolare con l’impiego di controventi metallici provvisti di dispositivi dissipativi. E’ fondamentale sottolineare che con i dispositivi di dissipazione non si agisce sull’energia sismica in ingresso, che resta inalterata, ma sulla capacità di dissipare tale energia attraverso un elevato valore dello smorzamento (i dispositivi di dissipazione possono agevolmente raggiungere smorzamenti critici del 25-30%, contro il 3-5% tipico dei materiali ordinariamente impiegati in edilizia).
Il controllo passivo con l’isolamento
La tecnica dell’isolamento sismico consiste nel ridurre l’energia sismica trasmessa dal moto del suolo alla struttura in elevazione mediante l’interposizione tra le fondazioni e la sovrastruttura di particolari dispositivi di vincolo, che riducono la rigidezza del sistema (e dunque la sua frequenza fondamentale di vibrazione), facendo scendere la risposta dinamica nel ramo dello spettro con ordinate minori (figura 8.13).
L’inserimento degli isolatori interessa un’area ridotta dell’edificio, con la conseguenza positiva di poter mantenere operative le attività che vi si svolgono.
Quella dell’isolamento è una strategia che si dimostra particolarmente efficace negli interventi di adeguamento di edifici storici e monumentali, proprio perchè consente di intervenire quasi esclusivamente in corrispondenza delle fondazioni, riducendo quindi al minimo gli interventi sulla struttura esistente preservandone le caratteristiche originarie e salvaguardando i beni artistici contenuti nell’edificio (finiture, rivestimenti, intonaci, affreschi).
L’inserimento degli isolatori è però una operazione tecnicamente complessa, e la fase più delicata dell’intero intervento è il taglio delle strutture preesistenti, con la conseguente necessità di prevedere sistemi provvisori per sostenere il carico sovrastante.
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Effetti dell’ inserimento di controventi, dissipatori, o isolatoriRiduzione delle masse
In alcune circostanze può risultare conveniente intervenire riducendo le masse dell’edificio, diminuendo di conseguenza le azioni sismiche agenti sulla struttura. Per quanto riguarda i pesi permanenti, tale riduzione può essere ottenuta sostituendo gli elementi non strutturali pesanti con componenti più leggeri. La riduzione dei carichi di esercizio può essere conseguita prevedendo, dove possibile, un cambiamento di destinazione d’uso. Infine, in particolari casi estremi la riduzione delle masse può essere realizzata con l’eliminazione di uno o più piani dell’edificio esistente.
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8....222 Proposta di2Proposta diProposta diProposta di intervento intervento intervento intervento
I risultati dell’analisi modale svolta sull’edificio, riportati nel capitolo precedente, hanno evidenziato la necessità di adeguare la struttura attraverso una serie di interventi mirati sia a livello globale che locale.
L’esigenza primaria che ha portato alla scelta dell’intervento studiato è stata quella di operare con il minimo impatto possibile.
Per questo motivo si è cercato di adeguare sismicamente la struttura realizzando prevalentemente consolidamenti localizzati negli elementi murari oggi inadeguati.
A livello globale si è, per il solito motivo, escluso l’inserimento di nuovi sistemi strutturali sismo-resistenti, limitandosi ad un generalizzato alleggerimento delle masse. L’intervento di isolamento della struttura, che avrebbe presentato l’innegabile vantaggio di lasciare pressoché inalterata la sovrastruttura esistente, è stato escluso perché avrebbe reso necessario l’impiego di maestranze altamente qualificate. La semplicità delle tecnologie di consolidamento è d’altra parte proprio la ragione che ha portato, infatti, a prevedere semplici placcaggi con betoncino, aumenti di spessore di muri esistenti e chiusure (laddove possibile) di aperture in pareti portanti.
L’esigenza di non aumentare gli ingombri strutturali in alcune pareti ha portato a rinunciare ai placcaggi a favore di un meno invasivo intervento con gli FRP.
L’inserimento di nuovi elementi portanti si è reso necessario in un solo caso (aumentando lo spessore di una parete che assolve attualmente la funzione di tramezzo); l’effetto è stato quello di una ridistribuzione localizzata degli sforzi che è stata d’ausilio nello sgravare alcuni muri portanti esistenti.
In base alle considerazioni esposte si è pertanto previsto di intervenire come di seguito descritto.
In primo luogo si è scelto di operare un intervento a livello globale attraverso una riduzione di massa dell’edificio, andando a sostituire il materiale di riempimento sopra le volte con un meno pesante calcestruzzo alleggerito ottenuto impiegando il prodotto “Perle sfuse” della EDILMODERNA (o prodotti analoghi) che consentono di realizzare calcestruzzi con peso specifico di 400/500 Kg/mc.
Inoltre, sia per ridurre la massa sia per avere solai rigidi e ben collegati con le murature perimetrali, si è prevista la sostituzione dei pesanti solai latero-cementizi e degli attuali solai flessibili lignei con solai ad intercapedine con trave a doppio T,
tavelloni e tavelle, e soletta di completamento in c.a. alleggerito (quale,ad esempio, il CLS1400 della Leca), che oltre a conferire una grande leggerezza all’impalcato, consentono di coprire luci significative e garantiscono buone prestazioni termo-acustiche(figura 8.14).
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Spaccato assonometrico del solaio ad intercapedine con trave a doppio T, tavelloni e tavelle (esempio di disposizione costruttiva, estratto dal manuale“Tavelloni e tavelle in laterizio. Le tipologie e gli scenari di impiego in
edilizia”,
di Antonio Laurìa, ottobre 2005, edito dalla ANDIL Assolaterizi, sezione Tavelloni)Per quanto riguarda gli interventi sulle pareti murarie, si è previsto innanzitutto, dove possibile, la chiusura delle aperture (porte e finestre) non necessarie. Le situazioni critiche rimaste dopo questi due interventi prioritari sono state risolte impiegando tre diverse tipologie di intervento, tese ad incrementare la resistenza dei muri esistenti: placcaggi con calcestruzzo, incrementi di spessore, rinforzo con materiali FRP. Inoltre, si è resa necessaria l’introduzione di una nuova parete portante, attualmente semplice tramezzo divisorio. Tutto questo è stato riassunto con maggior dettaglio e per semplicità nelle figure 8.15, 8.16 e 8.17.
Si è inoltre previsto l’inserimento di un cordolo in cemento armato in sommità mantenendo la copertura in legno, in quanto capace di limitare le masse nella parte più alta dell’edificio.
