CAPITOLO 1- COSTRUZIONI ESISTENTI IN CALCESTRUZZO ARMATO:
PROBLEMATICHE E VALUTAZIONI
1.1 La problematica della sicurezza strutturale delle costruzioni esistenti in c.a. in Italia
Un “Edificio esistente” è quella costruzione che abbia, alla data della redazione di sicurezza e/o del progetto di intervento, la struttura completamente realizzata.
Il problema della sicurezza delle costruzioni esistenti è di fondamentale importanza in Italia, da un lato per l’elevata vulnerabilità, soprattutto rispetto alle azioni sismiche, dall’altro per il valore storico-architettonico-artistico-ambientale di gran parte del patrimonio edilizio esistente. Ne deriva una particolare complessità delle problematiche coinvolte ed una difficile standardizzazione dei metodi di verifica e di progetto e dell’uso delle numerose tecnologie di intervento tradizionali e moderne oggi disponibili.
Il costo dei terremoti, oggi, è soprattutto un costo sociale, proporzionale al livello di vita raggiunto dalla popolazione, che si trasforma quindi in un rigetto della comunità nazionale ad accettare fatalisticamente che il terremoto generi periodicamente vittime ed impoverimento. L’Italia è, comunque, un paese caratterizzato da una pericolosità sismica (ovvero la frequenza e l’intensità dei fenomeni che si susseguono) medio-alta, rispetto a Grecia e Turchia, con riferimento al solo Bacino del Mediterraneo; ma possiede una vulnerabilità molto elevata.
La problematica della sicurezza strutturale delle strutture esistenti va affrontata, innanzi tutto, individuando le motivazioni tecniche e sociali che rendono un gran numero di edifici potenzialmente a rischio. In Italia la qualità delle costruzioni, specie quelle realizzate negli ultimi cinquant’anni, è di basso livello rispetto a quelle coeve di altre Nazioni europee.
Questa situazione è dovuta, in primo luogo, all’abusivismo edilizio, che ha prodotto costruzioni realizzate con criteri progettuali insufficienti e materiali scadenti. Al problema dell’edilizia spontanea e della speculazione edilizia, si aggiunge anche la scarsa diffusione della cultura della qualità che pervade il mondo italiano delle costruzioni.
Restringendo lo studio alla categoria di opere realizzate in calcestruzzo armato nel nostro paese si possono mettere in evidenza due categorie principali di vulnerabilità:
degrado per vetustà e degrado per ragioni costruttive; la prima connessa al periodo di costruzione, la seconda alle modalità di costruzione. Infatti, il raggiungimento da parte di edifici in c.a. dei 40 anni di servizio rappresenta il superamento di una soglia, al di sopra della quale si rendono necessari controlli e interventi stringenti ed impegnativi sia dal punto di vista tecnico che economico. Gran parte degli edifici in c.a. in Italia sono stati costruiti
nel dopoguerra; fino agli anni ’80 il patrimonio ad alta vetustà rappresentava il 25% del totale, dopo vent’anni l’incidenza supera il 35% ed è destinata ad aumentare. I rischi di bassa qualità tecnica degli edifici in c.a. e di scarse verifiche progettuali sono dovuti al rapido processo di edificazione.
In questo discorso generale sulla situazione del patrimonio edilizio in c.a. nazionale ( ma che rappresenta bene anche tutto il patrimonio edilizio italiano), non si deve dimenticare che larga parte del territorio è a rischio sismico, ma solo una minoranza degli edifici in tali aree è stato progettato utilizzando criteri antisismici. Inoltre le costruzioni più vecchie in zona sismica sono state costruite con norme di vecchia generazione, non in grado di garantire la sicurezza strutturale che si ottiene applicando le attuali Norme Tecniche, e comunque hanno subito estesi processi di deterioramento dovuto al degrado dei materiali, soprattutto in campo delle costruzioni in c.a. .
La consapevolezza dell’importanza di intervenire sul costruito al fine di renderlo più sicuro, dopo gli ultimi terremoti avvenuti in Abruzzo nell’ anno 2009 e in altre parti d’Italia con gli enormi danni e vittime umane riscontrati, è divenuta più forte con la speranza che in futuro diventi veramente concreta sul territorio nazionale.
1.2 I dati richiesti : differenze significative tra edificio esistente e nuova costruzione Gli edifici esistenti si differenziano significativamente da quelli di nuova progettazione per una serie di elementi, tra i quali:
• il progetto riflette lo stato delle conoscenze al tempo della loro costruzione;
• il progetto può contenere difetti di impostazione concettuale e di realizzazione non evidenziabili;
• possono essere stati soggetti a terremoti passati o ad altre azioni accidentali i cui effetti non sono manifestati.
Pertanto, la valutazione della sicurezza ed il progetto degli interventi sono normalmente affetti da un grado di incertezza diverso, tipicamente maggiore, da quello degli edifici di nuova progettazione.
La valutazione degli edifici in c.a. richiede che vengano acquisiti dati sui seguenti aspetti principali:
- Identificazione dell’organismo strutturale ottenuto sulla base dei disegni originali di progetto opportunamente verificati con indagini in–stu, oppure con un rilievo ex- novo;
- Identificazione delle strutture di fondazione;
- Informazioni sulle dimensioni geometriche degli elementi strutturali, dei quantitativi delle armature, delle proprietà meccaniche dei materiali;
- Informazioni su possibili difetti locali dei materiali;
- Informazioni su possibili difetti nei particolari costruttivi (dettagli delle armature, eccentricità trave – pilastro, eccentricità pilastro-pilastro, ecc.);
- Informazioni sulle norme impiegate nel progetto originale;
- Descrizione della destinazione d’uso attuale e futura dell’edificio con identificazione della categoria di importanza ed eventuale rivalutazione dei carichi variabili;
- Informazioni sulla natura e l’entità di eventuali danni subiti in precedenza e sulle riparazioni effettuate.
Tali dati dovranno essere acquisiti principalmente dalle seguenti fonti di informazione:
Documenti di progetto, eventuale documentazione acquisita in tempi successivi alla costruzione, rilievo strutturale, prove in – situ ed in laboratorio.
1.3 Il tema delle indagini sulle strutture
L’obiettivo della campagna di indagini è la raccolta e l’esame critico di informazioni sulle dimensioni, caratteristiche e condizioni dei materiali e degli elementi strutturali, in modo da poter individuare l’organismo strutturale, i dettagli costruttivi, le proprietà dei materiali e la presenza e le cause di eventuali comportamenti non soddisfacenti. Tutte queste informazioni risultano fondamentali per la predisposizione del modello necessario ai fini delle operazioni di valutazione.
Il tema delle indagini sulle strutture, sia in termini globali che sui materiali costituenti, ha ricevuto e riceve spesso scarsa attenzione dai professionisti. Ciò ha determinato da un lato, e più frequentemente, assunzioni troppo conservative, dunque inutilmente dispendiose, deleterie rispetto ad una strategie globale di mitigazione del rischio sismico in una condizione di estrema limitatezza delle risorse disponibili. Dall’altro lato, per fortuna meno frequentemente, ha determinato assunzioni non conservative con conseguenze potenzialmente gravi sulla sicurezza.
Vanno riconosciute peraltro le difficoltà oggettive, sia di carattere logistico che economico, nelle quali il professionista è spesso chiamato ad operare, senza superare le quali è difficile che un passo avanti in tal senso possa essere compiuto. Tuttavia va riconosciuto anche il ritardo culturale presente nel settore dell’ingegneria civile sul tema della diagnosi, specie se raffrontato con altri settori come quello medico nel quale indagini, esami, analisi sono oramai patrimonio diffuso ed irrinunciabile da parte degli operatori e,
cosa ancor più importante, da parte degli utenti-committenti.
Un altro aspetto che può aver contribuito a limitare l’attenzione verso le indagini è stata l’omologazione adottata in passato nel processo da valutazione della sicurezza tra progettazione di nuove costruzioni e riabilitazione di costruzioni esistenti. Ci si riferisce in particolare all’adozione di coefficienti di sicurezza identici nelle due situazioni nonostante le evidenti differenze in termini di conoscibilità della struttura e di rappresentatività delle prove eseguite sui materiali, oltre che al problema delicato della vita utile residua da considerare rispetto a quella nominalmente attribuita ad un edificio nuovo.
Le norme vigenti in Italia (D.M. 14 Gennaio 2008), consentono di assumere, nelle verifiche di sicurezza, un adeguato valore del fattore di confidenza in base al livello di conoscenza acquisito, danno una prima risposta a tale questione fornendo al professionista più opportunità, ma al tempo stesso responsabilizzandolo maggiormente. Infatti, esso si trova a poter decidere di investire maggiori risorse nelle indagini per la conoscenza della struttura, da recuperare successivamente avendo la possibilità di effettuare interventi di adeguamento più mirati e meno onerosi.
Stante il grande deficit di protezione sismica che si è accumulato nel nostro paese, tale aspetto appare importante in termini generali ed ancor più se ci riferisce al patrimonio edilizio pubblico costituito in larga parte da edifici non o parzialmente protetti dal sisma.
Ancora una volta vanno però considerati gli aspetti economici, sia in termini di costi delle indagini che di tariffe professionali, che possono deprimere o favorire tale possibilità.
1.4 Il processo di valutazione ed adeguamento degli edifici esistenti in c.a.
Il processo di valutazione ed adeguamento degli edifici esistenti in cemento armato può essere articolato in 5 fasi:
• La conoscenza della struttura in termini di geometria, caratteristiche dei materiali strutturali e delle loro condizioni di conservazione.
• Le definizione delle prestazioni richieste in termini di pericolosità sismica del sito e livello di protezione sismica accettato.
• La valutazione della struttura esistente che richiede modelli di calcolo e metodi di analisi e verifica che siano compatibili con il comportamento sismico delle strutture esistenti progettate in assenza di specifiche normative.
• Il progetto di adeguamento o miglioramento o intervento locale della struttura in funzione dei vincoli esistenti e delle prestazioni richieste.
• La valutazione della struttura adeguata.
Le prime tre fasi del processo logico sopra descritto rappresentano nel complesso la valutazione della capacità sismica della struttura.
1.5 Obiettivi dello studio
Obiettivo di questa tesi è lo studio di un edificio esistente in c.a. allo scopo di eseguire una valutazione della capacità sismica della struttura in modo da poter promuovere una proposta di intervento.
La struttura presa in esame è un edificio pubblico scolastico:
Scuola XXV Aprile di Ponte di Arcola (SP), sita nel Comune di Arcola.
Nello studio è stata particolarmente curata la parte relativa alle indagini preliminari e dettagliate sull’edificio oltre che al metodo di calcolo utilizzato per giungere ai vari risultati.
