Vulnerabilità sismica
Dato l’enorme patrimonio italiano in materia di centri storici e data la notevole sismicità del nostro Paese; l’INGV, il CNR e la Protezione Civile hanno elaborato delle metodologie per stimare la vulnerabilità sismica degli aggregati urbani. Questi metodi, in continua evoluzione, sono il risultato dell’osservazione diretta dei danni prodotti dagli eventi sismici sugli edifici, in particolare in muratura, e ci offrono un database piuttosto ampio delle possibili interazioni tra le strutture ed il sisma.
Si definisce Vulnerabilità Sismica la propensione dell’edificato diffuso ad essere danneggiato dall’azione sismica. Eseguire un’indagine di vulnerabilità di un aggregato significa, dunque, stimare la distribuzione del danno dovuto al sisma a partire dalla conoscenza dei manufatti e della pericolosità dell’area in studio.
Questi strumenti possono rivelarsi di notevole utilità anche nello studio del singolo edificio, costituendo un sostegno alla modellazione strutturale, alla valutazione delle verifiche di sicurezza ed alla progettazione degli intervento di adeguamento e miglioramento antisismico.
4.1 Principi generali
Il comportamento sismico di un edificio in muratura è determinato da una rosa piuttosto ampia di fattori.
I meccanismi che principalmente interessano la muratura sottoposta ad azione sismica sono di ribaltamento fuori dal proprio piano e di rottura nel proprio piano. Il primo è un meccanismo che viene attivato con azioni modeste rispetto a quelle che attivano il secondo, ragion per cui il problema del ribaltamento fuori piano di una parete deve poter essere sostituito dal problema della resistenza nel proprio piano delle pareti collegate a quella in studio (chiamate di
controvento).
Tale requisito si raggiunge quando sono contemporaneamente verificate le condizioni di vincolo ai solai, alla copertura ed agli spigoli della muratura e quando la muratura stessa è realizzata correttamente. L'insieme di queste condizioni assicura il funzionamento scatolare all'edificio
4.2 Rilievo delle carenze
GNDT/CNR di II livello aggiornate al 2003, messe a disposizione in rete dalla regione Toscana. La fase di schedatura consiste nell’osservazione diretta delle caratteristiche dell’edificio, organizzate in un certo numero di parametri, e nella scelta della categorizzazione in funzione del livello di resistenza atteso per ogni parametro. Le schede presentano la condizione peggiore riscontrabile per ogni parametro rilevato.
Il complesso di edifici in studio non si cura né del nuovo ampliamento, la fisioterapia, perché separato da giunto sismico, né del magazzino del teatro, poiché verrà abbattuto per permettere la realizzazione del nuovo progetto di ampliamento.
Si definisce l'aggregato strutturale come l'insieme di tre unità strutturali omogenee da cielo a terra distinguibili dagli altri adiacenti per differente comportamento dinamico sotto sisma e per almeno una delle seguenti caratteristiche:
• tipologia costruttiva
• irregolarità planimetrica
• età di costruzione
• sfalzamento dei piani
• porzioni ristrutturate da cielo a terra 4.2.1 Configurazione planimetrica
Edificio 1
La pianta dell’edificio è simmetrica rispetto a due direzioni ortogonali e rettangolare. Misura all’incirca 55x14m. L'edificio, come già evidenziato, è stato costruito in due fasi, ma poiché sono molto ravvicinate cronologicamente e l'ammorsamento tra le pareti è buono, si preferisce considerarlo come un edificio unico. Nella fig. 64 è indicato con il colore verde.
Edificio 2
La pianta è assimilabile alla somma di due rettangoli, di cui uno maggiore di dimensioni circa 38x7,50m non simmetrico, mentre il secondo simmetrico e di dimensioni circa 15x3m. I due rettangoli sono evidenziati nella fig. 64 con i colori rosso e arancio.
Edificio 3
L’impianto è rettangolare e simmetrico, ad eccezione della zona presbiteriale, e di dimensioni circa 12,30x32,50m. E' indicato con il colore blu in fig.64.
Globalmente, la pianta risulta molto irregolare.
4.2.2 Configurazione in elevazione
Edificio 1
L’edificio è composto da due ali laterali che accolgono tre piani fuori terra di altezza 13m e da una torretta centrale che arriva ad un’altezza massima di 22m dal piano di calpestio dell’ingresso principale.
Edificio 2
La zona del teatro è pressoché regolare in altezza raggiungendo un’altezza di 13,20m dal piano di calpestio, mentre la cucina è costituita da una zona, il refettorio, che è il naturale prolungamento del teatro e da una torretta che attinge la massima altezza di 16,50m. Inoltre al piano terra un’ampia zona del teatro è interessata da un loggiato che sorregge uno spazio a doppio volume.
Edificio 3
La zona del presbiterio si eleva per un’altezza massima di 11,40m, mentre la restante parte della chiesa e la zona riservata al diurno sono alte, al colmo, 8,50m dal piano di calpestio.
4.2.3 Tessitura muraria e materiali costituenti
Presupposto essenziale perché si possa realizzare il funzionamento scatolare è che la muratura sia realizzata secondo la regola dell'arte e con materiali di qualità in modo che si evitino fenomeni di disgregazione.
Edificio 1
Nel caso in esame, i saggi hanno rivelato che l'apparecchiatura muraria cambia sensibilmente tra la zona nord, più recente, e la zona sud. La parte più antica è caratterizzata da una muratura di notevole spessore (55cm), con ogni probabilità a sacco, il cui paramento visibile è in pietrame di pezzatura disomogenea e parzialmente sbozzato. Nella zona nord, invece, la muratura a sacco in pietrame si mantiene dello stesso spessore ma, seppur organizzata in modo disordinato, è intervallata da ricorsi discontinui in mattoni pieni che probabilmente attraversano l'intero spessore murario ed hanno funzione di collegamento tra i due paramenti.
Edificio 2
La muratura in questo caso è di tre tipi. Al piano terra è presente uno zoccolo più antico di muratura in pietrame di varia pezzatura ed organizzata in modo disordinato, mentre ai piani superiori l’apparecchiatura muraria è costituita da mattoni pieni in laterizio di dimensioni costanti e di recente posa in opera. Probabilmente la muratura dell’ultimo piano è più recente, collegata al resto con cordoli cementizi e con evidenti differenze di qualità nella tessitura dei mattoni.
67. Apparecchiatura muraria dell'edificio storico, a sinistra il paramento caotico, a destra quello listato, f.d.a.
68. Apparecchiatura muraria del teatro, a sinistra la muratura in mattoni pieni, il cordolo e la trave in cemento armato, a destra lo zoccolo più antico
Edificio 3
La chiesa originariamente presentava la stessa muratura in mattoni pieni del teatro, ma in tempi recenti è stata consolidata col metodo del betoncino armato: è stata applicata una rete elettrosaldata su ogni lato delle pareti murarie, trattenuta da barre piegate passanti nello spessore della muratura stessa ed infine il tutto è stato ricoperto da uno strato di calcestruzzo.
4.2.4 Densità dei muri resistenti nel piano di verifica
Le pareti di controvento devono essere organizzate per lo meno lungo le due direzioni principali dell’edificio e devono avere una sufficiente densità in pianta.
Questo parametro viene studiato nella scheda GNDT/CNR ricorrendo alla resistenza convenzionale: attraverso un calcolo speditivo, con l’ipotesi di solaio infinitamente rigido e di pura traslazione dei piani, in assenza di eccentricità in pianta, si quantifica la resistenza in due direzioni ortogonali alle strutture in elevazione, nell’ambito della normativa del 16 gennaio 1996.
Nella scheda delle carenze, invece, si computa la percentuale di area della sezione orizzontale della muratura resistente alle azioni sismiche rispetto alla superficie totale coperta del piano esaminato. Se ne ricavano i seguenti risultati:
Edificio 1
L’edificio, a sviluppo longitudinale, presenta ai primi due piani fuori terra e lungo la direzione nord-sud muratura portante organizzata in quattro file piuttosto ravvicinate, a distanza di 4,00m - 2,70m - 5,50m. Le file non sono caratterizzate da spessori costanti: quelle più esterne hanno spessore di 55cm, quelle interne rispettivamente di 20cm e 40cm.
Al terzo piano viene a mancare un setto portante di piccolo spessore e l’organismo resistente può contare solo su 3 ordini di murature portanti.
Nella direzione est-ovest si possono contare soltanto 5 file di muratura portante di spessore variabile dai 90 ai 20cm. Le distanze sono notevoli: a partire dal lato nord si ha rispettivamente 25,00m – 2,80m – 12,00m – 12,40m.
Edificio 2
Longitudinalmente, nel corpo sud vi sono esclusivamente le murature perimetrali di spessore 50cm, in cui la parte resistente in realtà si limita a due murature continue di lunghezza circa pari a 6m e 14m ed a sei pilastri 60x70cm nella parte centrale del corpo sormontati da cinque archi a
tutto sesto. La distanza tra le due file è di circa 6m. Nel corpo nord, ospitante le cucine, la muratura ha distanza pari a 2,60m per una lunghezza di circa 15m. Si nota una notevole sproporzione tra la densità in direzione nord-sud e quella in direzione est-ovest, dove gli elementi resistenti si trovano, nel corpo sud, essenzialmente in tre punti, a distanza media di 25m e 11m (il setto sud è inclinato di 9° rispetto agli altri), mentre nel corpo nord a distanza di 14,30m, con spessore compreso tra i 30 e i 50cm.
Edificio 3
Gli elementi resistenti della chiesa sono molto diversi a seconda della direzione analizzata. Lungo la direzione est-ovest la muratura resistente è quella perimetrale, gli elementi distano circa 12,70m nella zona del presbiterio ed 11m nel resto dello sviluppo del corpo, per uno spessore pressoché costante di 60cm. Trasversalmente lo schema resistente si affida a cinque travi in cemento armato distanti circa 4m nascoste da altrettanti archi a sesto acuto alti 6,40m e spessi 48cm.
4.2.5 Collegamenti tra pareti e pareti
I collegamenti tra le pareti sono fondamentali per garantire un buon comportamento scatolare d’insieme dell’edificio ed evitare il distacco delle pareti soggette ad azioni ortogonali al proprio piano.
Edificio 1
L’ammorsatura tra pareti ortogonali è assicurata da cantonali in pietra organizzati in modo regolare ed ordinato. Globalmente il collegamento si può considerare efficace.
Edificio 2
Il collegamento è assicurato da cantonali in pietra e laterizio alternati in file nella zona centrale dell’edificio, nello zoccolo basso ed in cima non si notano particolari presidi di ammorsatura.
Edificio 3
Non è stato possibile effettuare il rilievo delle parti murarie, ma il progetto di recupero eseguito in epoche recenti ha già posto rimedio alle eventuali lacune statiche.
4.2.6 Collegamento tra pareti e orizzontamenti
L’orizzontamento, quando ben collegato alle murature e sufficientemente rigido, consente di trasferire l’azione sismica agli elementi verticali e di trattenere le pareti qualora investite da meccanismi di ribaltamento fuori dal proprio piano.
Edificio 1
Non sono presenti presidi di collegamento tra pareti e solai
Edifici 2-3
Il collegamento è assicurato da cordoli in calcestruzzo armato
4.2.7 Qualità degli orizzontamenti
Le azioni sismiche si esercitano in corrispondenza delle masse dell'organismo di fabbrica, sono 71. Il cantonale di pietra alternata a laterizio, f.d.a.
quindi distribuite su ogni componente costruttivo. Quando i solai possono essere considerati diaframmi rigidi, assicurano una corretta ripartizione delle azioni orizzontali: queste tendono a distribuirsi in funzione della rigidezza degli elementi resistenti verticali. Ovviamente occorre valutare anche eventuali effetti dannosi derivanti dal peso e dalla rigidezza del solaio, a volte eccessivi per la parete cui si appoggia.
Edificio 1
I solai sono tutti a struttura portante in profilati di acciaio, sono dunque eccessivamente deformabili. In alcune stanze i profili sono collegati dalle voltine, in altre il solaio è piano eper via dei tavelloni.
Edifici 2-3
I solai sono più recenti, laterocementizi.
4.2.8 Irregolarità planimetrica in termini di distanza tra il baricentro delle aree delle sezioni resistenti ed il centro geometrico della pianta
Si deve controllare che il centro delle rigidezze ed il centro delle masse coincidano o siano 72. Uno dei solai a voltine, f.d.a.
molto vicini, in modo da evitare il formarsi di momenti torcenti dovuti a tale eccentricità.
Edificio 1
L’edificio storico ha una pianta regolare e simmetrica, l’eccentricità si può considerare pressoché nulla.
Edificio 2
Questo elemento è il più irregolare: presenta una grande libertà nella posizione e nello spessore degli elementi resistenti. La carenza rientra nei casi di carenza grave.
Edificio 3
Anche in questi elementi l’eccentricità si può considerare nulla.
4.2.9 Irregolarità della maglia muraria in elevazione
Questa carenza è associata all’aumento della resistenza di piano passando da un piano all’altro, dovuta alla differenza tra le densità dei muri resistenti.
Edificio 1
All’ultimo piano dell’edificio viene eliminato un setto portante di 20cm di spessore e sostituito con un tramezzo della stessa natura, ma comunque la carenza si può considerare bassa.
Edificio 2
Al piano terra gli elementi portanti sono limitati a pochi pareti e pilastri. Al piano superiore la densità delle murature aumenta a favore di spazi più piccoli dove posizionare degli uffici, ma si tratta ad ogni modo di divisori non portanti.
Edificio 3
La carenza si può considerare nulla.
4.2.10 Sopraelevazioni con materiale diverso che costituiscono discontinuità strutturale Le sopraelevazioni dovrebbero essere progettate e realizzate secondo il principio dell’integrazione strutturale con l’esistente in modo da ottenere una risposta coerente all’azione sismica. Qualora non sia possibile rispettare tale condizione si deve per lo meno curare il collegamento tra i due corpi.
Edificio 1-3
La carenza si può considerare nulla, tali corpi non mostrano segni evidenti di sopraelevazione.
Edificio 2
La muratura evidenzia la presenza di tre diverse fasi costruttive, tutte realizzate in muratura, anche se di diversa natura. Il collegamento tra le varie fasce è assicurato da cordoli cementizi.
4.2.11 Presenza di piani sfalsati
Solai gravanti sulla stessa muratura ma sfalsati verticalmente potrebbero innescare fenomeni di martellamento locale in caso di sisma.
La parete tra il teatro ed il refettorio funge da appoggio per solai su piani diversi, tutti laterocementizi. Quella tra il diurno e lo stabile antico ospita solai sfalsati dalle caratteristiche meccaniche molto diverse, da un lato vi sono quelli in acciaio e dall’altro quelli in laterocemento.
4.2.12 Presenza di spinte non contrastate o eliminate
In caso di sisma, l’azione orizzontale derivante da sistemi spingenti è amplificata da quella sismica e può portare con una certa facilità al formarsi di meccanismi di collasso.
Edificio 1
Al piano terra sono presenti tre volte a botte ed una volta a vela la cui spinta non è contrastata da nessuna catena o contrafforte.
Edificio 2-3
Non si notano elementi di rilievo. Gli archi longitudinali del teatro sono contrastati dalla muratura che li ingloba, mentre in copertura la spinta è contrastata dal solaio. Gli archi ogivali della cappella nascondono travi in cemento armato, la vera spina portante della struttura.
4.3 Conclusioni
Nella fase di schedatura, come già ricordato, si procede categorizzando il grado di affidabilità stimato per ogni carenza. Individuata per ciascuna carenza strutturale grave la relativa classe di appartenenza (da A a D), si procede sommando i pesi di ogni parametro e calcolando l’indice
delle carenze con le schede delle carenze e l’indice di vulnerabilità con le schede GNDT/CNR
di II livello.
Si ottengono i seguenti risultati.
4.3.1 Indice di vulnerabilità
Si utilizza la seguente tabella di conversione della vulnerabilità in pesi.
I parametri 5, 7 e 9 hanno peso variabile in funzione rispettivamente delle tipologie di solaio che gravano sulla muratura, della presenza di porticati al pianterreno e del tipo di copertura. La somma dei pesi complessivi viene poi normalizzata in una scala da 1 a 100. Si ottiene:
Edificio 1
Edificio 2
Edificio 3
Parametro Classe Valore Peso Punteggio
Tipo ed organizzazione del sistema resistente A 0 1,5 0,00
Qualità del sistema resistente A 0 0,25 0,00
Resistenza convenzionale A 0 1,5 0,00
Posizione dell'edificio e fondazioni A 0 0,75 0,00
Orizzontamenti B 5 1 5,00
Configurazione planimetrica D 45 0,5 22,50
Configurazione in elevazione A 0 1 0,00
B 5 0,25 1,25
Copertura B 15 0,75 11,25
Elementi non strutturali A 0 0,25 0,00
Stato di fatto A 0 1 0,00
Totale 40,00
9 Dmax murature
Iv normalizzato
Parametro Classe Valore Peso Punteggio
Tipo ed organizzazione del sistema resistente D 45 1,5 67,50
Qualità del sistema resistente D 45 0,25 11,25
Resistenza convenzionale D 45 1,5 67,50
Posizione dell'edificio e fondazioni A 0 0,75 0,00
Orizzontamenti D 45 0,5 22,50
Configurazione planimetrica D 45 0,5 22,50
Configurazione in elevazione C 25 1 25,00
D 45 0,25 11,25
Copertura A 0 0,5 0,00
Elementi non strutturali C 25 0,25 6,25
Stato di fatto A 0 1 0,00
Totale 233,75
53 Dmax murature
Iv normalizzato
Parametro Classe Valore Peso Punteggio
Tip o ed organizzazione del sistema resistente B 5 1,5 7,50
Qualità del sistema resistente D 45 0,25 11,25
Resistenza convenzionale D 45 1,5 67,50
Posizione dell'edificio e fondazioni A 0 0,75 0,00
Orizzontamenti B 5 1 5,00
Configurazione p lanimetrica D 45 0,5 22,50
Configurazione in elevazione D 45 0,5 22,50
D 45 0,25 11,25
Cop ertura A 0 0,75 0,00
Elementi non strutturali A 0 0,25 0,00
Stato di fatto A 0 1 0,00
Totale 147,50
34 Dmax murature
4.3.2 Indice delle carenze
Anche in questo caso la somma dei pesi dei vari parametri viene normalizzata tra 0 e 100. Le classi delle carenze sono definite secondo quanto riportato in tabella.
Si ottiene:
Edificio 1
Indice di carenza globale: 512; Indice di carenza normalizzato: 51 Carenza Media
Edificio 2
Indice di carenza globale: 417; Indice di carenza normalizzato: 42 Carenza Media
Edificio 3
Indice di carenza globale: 158; Indice di carenza normalizzato: 16 Carenza Bassa Tabella 2: Categorie di carenza (RT 2004)
Classe di carenza Indice delle carenze
Bassa 0-35
M edia 36-80
