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CAPITOLO 2- Vulnerabilità sismica di edifici in muratura
2.1 Vulnerabilità sismica e valutazione della sicurezza
Per vulnerabilità sismica di un edificio si intende la predisposizione della struttura a subire un certo livello di danno sotto l’azione sismica di riferimento.
La valutazione della sicurezza e la progettazione degli interventi sulle costruzioni esistenti si possono eseguire con riferimento ai soli Stati Limite Ultimi, in particolare rispetto alla condizione dei salvaguardia della vita umana (SLV), per quanto riguarda l’azione sismica, ma anche rispetto alle azioni statiche (SLU).2
A seguito dei risultati della valutazione della sicurezza è possibile stabilire se la costruzione necessita o meno di interventi. In quest’ultimo caso, la valutazione della sicurezza dovrà essere effettuata prima e dopo l’intervento.
Le NTC 2008 individuano tre categorie di intervento:
- interventi di adeguamento, atti a conseguire i livelli di sicurezza previsti dalle attuali norme;
- interventi di miglioramento, atti ad aumentare la sicurezza strutturale esistente, senza necessariamente raggiungere i livelli richiesti dalle attuali norme;
- riparazioni o interventi locali che interessino elementi isolati.
Per gli interventi di adeguamento e miglioramento il progetto e la valutazione della sicurezza devono essere estesi a tutte la parti della struttura, mentre negli interventi di riparazione possono interessare solo le parti oggetto della verifica, a patto che si dimostri che tali interventi non vadano ad intaccare il comportamento globale della struttura.
La procedura per la valutazione della sicurezza viene sintetizzata in una serie di passaggi: - Analisi storico critica
Consiste nell’acquisire informazioni sullo stato di fatto dell’edificio, che possono essere reperite da documenti storici, in modo da ricostruire il processo di realizzazione e le eventuali modifiche che sono state fatte nel tempo, nonché gli eventi che lo hanno interessato.
14 Per quanto riguarda i documenti storici, è possibile consultare tutto ciò che si trova negli Archivi Comunali e nelle biblioteche. Talvolta è possibile reperire i documenti di progetto e di esecuzione, i libretti delle misure compilati in cantiere e molti altri documenti.
- Rilievo
Si intende il rilievo sia della geometria complessiva dell’edificio (rilievo architettonico), che degli elementi costruttivi (rilievo strutturale) allo scopo di individuare l’organismo resistente della costruzione e lo stato di conservazione. - Caratterizzazione meccanica dei materiali
Per conseguire un’adeguata conoscenza delle caratteristiche dei materiali e del loro degrado si fa innanzi tutto riferimento alla documentazione disponibile, a verifiche visive in situ e ad indagini sperimentali.
- Livelli di conoscenza e fattori di confidenza
Sulla base del livello di approfondimento che si è raggiunto nella fase conoscitiva, si individuano i livelli di conoscenza e i relativi fattori di confidenza (FC) da utilizzare come ulteriori coefficienti parziali di sicurezza che tengono conto delle carenze nella conoscenza dei parametri del modello.
- Azioni
Le azioni da considerare nella valutazione della sicurezza e nel progetto degli interventi sono quelle definite per le nuove costruzioni.
- Modellazione, analisi e verifica
Completata la fase di conoscenza è possibile procedere alla modellazione dell’edificio e dei suoi elementi, quindi all’analisi e verifica a partire dalle caratteristiche di sollecitazione.
- Definizione dell’intervento
A partire dai risultati delle verifiche della costruzione allo stato attuale, si evidenziano le criticità e quindi si fanno ipotesi di intervento. Si eseguono quindi le verifiche di sicurezza a seguito degli interventi.
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2.2 Gli edifici esistenti in muratura
2.2.1 Comportamento scatolare degli edifici in muratura
Un edificio in muratura per poter rispondere in modo efficace ad un evento sismico deve essere costruito in modo da garantire un comportamento scatolare. E’ possibile schematizzare le costruzioni in muratura portante come composte da 3 elementi:
1. SISTEMA PARETI
Il sistema delle pareti è dato dai maschi murari e dalle fasce di piano; i primi sono definiti a partire dalle pareti verticali escluse le aperture, mentre i secondi sono individuati dalle porzioni sopra e sotto le aperture. I maschi murari devono assolvere il più possibile sia la funzione portante ai carichi verticali, sia la funzione di controvento ai carichi orizzontali.
2. ORIZZONTAMENTI
Sono i solai e la copertura che trasferiscono i carichi alle pareti murarie ed è preferibile che siano sufficientemente rigidi nel proprio piano.
3. FONDAZIONI
Questi componenti appena descritti devono essere costruiti in modo da garantire il comportamento scatolare della struttura, come già accennato in precedenza, attraverso i seguenti accorgimenti:3
- presenza di ammorsamenti tra pareti verticali;
- presenza di cordoli a livello del solaio e della copertura; - presenza di cordoli a livello della fondazione.
Negli edifici esistenti non è scontato trovare queste caratteristiche, quindi non si può sempre affermare che sia garantito il comportamento scatolare. In questo caso si verifica un amplificazione degli effetti dovuti al sisma e soprattutto l’insorgere di meccanismi locali di collasso che non possono essere trascurati.
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Allegato 1 al Programma VSM: vulnerabilità sismica di edifici in muratura, Regione Toscana, aggiornamento 2012.
16 La Regione Toscana, nel Programma Regionale VSM indica i fattori che determinano un buon comportamento sismico delle costruzioni in muratura:
- collegamenti tra pareti verticali e tra pareti ed orizzontamenti;
- comportamento a diaframma degli orizzontamenti e assenza di coperture spingenti; - resistenza meccanica delle pareti murarie.
La capacità di resistere alle azioni del sisma deve essere affidata ad un sistema di pareti verticali disposte nelle due direzioni principali della pianta dell’edificio.
I collegamenti tra le pareti e tra pareti e solai contribuiscono a ridurre l’insorgere di meccanismi fuori piano.
Di fondamentale importanza è il fatto che la muratura sia realizzata a regola d’arte e con materiali di buona qualità tale da non subire fenomeni di disgregazione.
Il comportamento a diaframma degli orizzontamenti fa si inoltre che le azioni sismiche vengano ripartite in modo uniforme tra le strutture resistenti verticali.
Altri requisiti essenziali per una buona risposta sismica dell’edificio sono la regolarità in pianta e in elevazione e i fattori che possono influenzare tale parametro sono:
- eventuale disposizione eccentrica in pianta degli elementi resistenti; - eventuale differenza di area resistente nelle due direzioni;
- disposizione sfalsata delle aperture nelle pareti;
- presenza di piani sfalsati che possono indurre fenomeni di martellamento sui muri adiacenti;
- presenza di successive sopraelevazioni; - presenza di elementi spingenti.
17 2.2.2 Caratteristiche dei collegamenti tra elementi strutturali
Si esaminano i seguenti collegamenti: - collegamento parete-parete;
- collegamento pareti-orizzontamento.
Il collegamento parete-parete è caratterizzato dalla conoscenza degli ammorsamenti e dalla fattura dei cantonali oppure dalla presenza di catene metalliche. E’ quindi necessario effettuare dei saggi dove si intersecano due pareti verticali dell’edificio sia sulla faccia esterna sia su quella interne dei paramenti per verificare la continuità della muratura.
Un buon grado di ammorsamento tra pareti perimetrali fa si che ci sia una compartecipazione nella risposta all’azione sismica delle pareti ad essa ortogonali, trasferendo a queste un’azione complanare alla parete.
Il collegamento pareti-orizzontamenti è indispensabile per trasferire l’azione orizzontale di piano ai singoli setti resistenti e deve interessare non solo i lati dove appoggiano direttamente le travi, ma anche i lati paralleli all’orditura del solaio.
Se vi è la presenza di cordoli in c.a. occorre indagare con saggi per verificare la presenza di armature. I problemi spesso sono legati alla scarsità di armature e alla cattiva qualità del calcestruzzo.
18 2.2.3 Caratteristiche degli orizzontamenti e delle coperture
La rigidezza dell’impalcato è una caratteristica fondamentale per poter considerare un comportamento scatolare dell’edificio in quanto:
a) contribuisce a collegare i muri sollecitati fuori dal piano evitandone quindi il ribaltamento;
b) impone l’uguaglianza degli spostamenti agli elementi resistenti determinando una distribuzione della azioni proporzionale alla loro rigidezza.
Un solaio può essere considerato rigido nel proprio piano per esempio se realizzato in latero-cemento e con soletta in c.a. di spessore maggiore di 40 mm e armata nei due versi. Nelle costruzioni esistenti si ha spesso a che fare con solai in legno o putrelle e tavelloni o in latero cemento privi di soletta superiore che non possono essere considerati rigidi.
Per quanto riguarda gli edifici esistenti, la scelta di realizzare solai rigidi laddove non siano presenti, non sempre porta a benefici, infatti si deve sempre controllare che l’intervento non porti ad un eccessivo carico sulle murature, oltre al fatto che, aumentando il peso del solaio, quindi della struttura, l’azione sismica aumenta.
Le coperture a carattere spingente costituiscono un ulteriore elemento di vulnerabilità, in quanto potrebbe portare al ribaltamento dei setti murari nelle zone d’angolo. Per evitare tutto ciò devono essere presenti catene o cordoli di incatenamento in grado di assorbire la spinta orizzontale della copertura e in grado di ripristinare un buon comportamento scatolare dell’edificio.
2.2.4 Qualità del sistema resistente
La qualità del sistema resistente si valuta nello specifico andando ad analizzare diversi fattori:
a) qualità della tessitura muraria; b) qualità della malta;
c) qualità dei blocchi;
Per quanto riguarda la qualità della tessitura muraria è necessario procedere attraverso saggi e indagini finalizzati a stabilire la disposizione e la dimensione degli elementi, ma anche la qualità dei materiali, ovvero della malta e dei blocchi stessi.
19 Un aspetto fondamentale è dato dalla disposizione dei blocchi, che per una buona muratura, deve essere il più regolare possibile, con filari il più possibile orizzontali e giunti verticali sfalsati in modo da creare un vero e proprio reticolo a maglie regolari, il quale consente un buon ingranamento tra gli inerti.
Un altro aspetto presente nelle murature è costituito dalla cosiddetta muratura listata, ovvero la presenza di due o tre filari di mattoni che si estendono per tutto spessore del muro e svolgono la doppia funzione di regolarizzare dei piani orizzontali e di legatura trasversale della muratura. I ricorsi di mattoni spesso girano verticalmente in corrispondenza delle aperture e degli spigoli e innesti murari.
Particolare attenzione deve essere posta a verificare la monoliticità della parete. Spesso infatti si ha a che fare con pareti di grande spessore che sono costituite da due paramenti esterni, a prima vista di buona qualità ed un nucleo interno in genere costituito da materiale scadente. Un primo indizio, in questi casi, viene in mente proprio a seguito del rilievo dello spessore della parete, ovvero spessori elevati delle pareti in pietra, fanno pensare che gli elementi difficilmente attraverseranno tutto lo spessore ma andranno a costituire due paramenti distinti. Lo stesso accade per le murature il laterizio, dove gli spessori sono dettati in genere da una disposizione ben precisa degli elementi.
Per quanto riguarda la qualità della malta si procede in prima battuta alla valutazione dello stato di conservazione influenzato da agenti atmosferici, ma anche dalla composizione fisico-chimica originale.
La qualità dei blocchi si valuta sia in funzione del materiale costituente, sia in funzione delle dimensioni e conformazione dei blocchi, ed influisce in maniera notevole sulle caratteristiche meccaniche e di rigidezza della muratura.
