Capitolo 1
Gli edifici esistenti in cemento armato
Gli aspetti che riguardano gli edifici esistenti sono di fondamentale importanza nel nostro paese, sia per l’elevata vulnerabilità dovuta alla sfavorevole posizione geografica in cui l’Italia è situata, sia per il valore storico-artistico del patrimonio esistente.
La conseguenza è una notevole complessità delle problematiche coinvolte ed una difficile standardizzazione dei metodi di verifica e di progetto e dell’utilizzo delle numerose tecnologie di intervento tradizionali e moderne oggi disponibili [7].
L’Italia è un paese caratterizzato da una pericolosità sismica medio-alta con riferimento al solo Bacino del Mediterraneo ma possiede una vulnerabilità molto elevata, accentuata ancor di più dalla presenza di edifici con un’età rilevante.
La problematica della sicurezza strutturale degli edifici esistenti va affrontata innanzi tutto individuando le motivazioni di carattere sia tecnico che sociale, che rendono un gran numero di edifici potenzialmente a rischio. Nel nostro paese la qualità delle costruzioni, specie quelle realizzate negli ultimi cinquant’anni, è di basso livello. Questa situazione è dovuta sia al fatto che gran parte degli edifici in c.a. in Italia sono stati costruiti nel dopoguerra e quindi caratterizzati dal rapido processo di edificazione, sia all’abusivismo edilizio che ha prodotto costruzioni realizzate con criteri progettuali insufficienti e materiali scadenti. Al tale problema si aggiunge la scarsa diffusione della cultura della qualità che pervade il nostro territorio.
Restringendo lo studio alla categoria di opere realizzate in cemento armato, nel nostro paese si possono mettere in evidenza due categorie principali di vulnerabilità: degrado per vetustà e degrado per ragioni costruttive. La prima è connessa al periodo a cui risale la costruzione, la seconda alle modalità di messa in opera. Infatti, il raggiungimento da parte di edifici in cemento armato dei 40 anni di servizio rappresenta il superamento di una soglia, al di sopra della quale si rendono necessari controlli e interventi onerosi sia dal punto di vista tecnologico che economico.
Altro aspetto da non trascurare è che la larga parte del territorio è a rischio sismico ma solo una minoranza degli edifici situati in tali aree è stato progettato utilizzando
criteri antisismici. Inoltre le costruzioni maggiormente datate sono state realizzate seguendo indicazioni e prescrizioni presenti nelle normative di vecchia generazione, non in grado di garantire la sicurezza strutturale che si ottiene applicando le nuove disposizioni presenti nelle Nuove Norme Tecniche per le costruzioni.
La consapevolezza dell’importanza di intervenire sul costruito al fine di renderlo più sicuro, dopo gli ultimi fenomeni sismici che hanno colpito la nostra penisola (soprattutto il terremoto avvenuto in Abruzzo nel 2009:309 vittime e 65000 feriti) causando notevoli danni e numerose vittime umane, è divenuta più forte definendo un approccio diverso da parte dei progettisti nel territorio nazionale.
Figura 1.1 Terremoto in Abruzzo del 2009 : meccanismi di piano soffice, tipico problema degli edifici in c.a. mal progettati e colpiti dal sisma
1.1 Valutazione degli edifici esistenti
Notevole è l’importanza che assume l’acquisizione dei dati della struttura esistente nel processo di valutazione della vulnerabilità sia statica che sismica, in quanto gli edifici esistenti si distinguono notevolmente da quelli di nuova progettazione.
Il progetto di strutture esistenti riflette lo stato delle conoscenze al tempo della loro realizzazione e potrebbe contenere difetti di impostazione concettuale e di realizzazione non evidenziabili, inoltre potrebbero essere stati soggetti a terremoti passati o ad altre azioni accidentali i cui effetti non sono manifesti.
Pertanto, la valutazione della sicurezza e il progetto degli interventi sono normalmente affetti da un grado di incertezza maggiore rispetto a quello degli edifici
Le costruzioni “esistenti” sono quelle la cui struttura sia completamente realizzata alla data della redazione della valutazione di sicurezza e/o del progetto di intervento. Nelle costruzioni esistenti è cruciale la conoscenza della struttura (geometria e dettagli costruttivi) e dei materiali che la costituiscono (calcestruzzo, acciaio, mattoni, malta). È per questo che viene introdotta un’altra categoria di fattori, i “fattori di confidenza”, strettamente legati al livello di conoscenza conseguito nelle indagini conoscitive, e che vanno preliminarmente a ridurre i valori medi di resistenza dei materiali della struttura esistente, per ricavare i valori da adottare, nel progetto o nella verifica, e da ulteriormente ridurre, quando previsto, mediante i coefficienti parziali di sicurezza.
Vengono introdotti, infatti, i concetti di livello di conoscenza (relativo a geometria, dettagli costruttivi e materiali) e fattore di confidenza (che modificano i parametri di capacità in ragione del livello di conoscenza) [7].
Le fonti da considerare per la acquisizione dei dati necessari sono:
• documenti di progetto con particolare riferimento a relazioni geologiche,
geotecniche e strutturali ed elaborati grafici strutturali;
• eventuale documentazione acquisita in tempi successivi alla costruzione;
• rilievo strutturale geometrico e dei dettagli esecutivi;
• prove in-situ e in laboratorio.
Ai fini della scelta del tipo di analisi e dei valori dei fattori di confidenza si distinguono i tre livelli di conoscenza seguenti:
• LC1: Conoscenza Limitata;
• LC2: Conoscenza Adeguata;
• LC3: Conoscenza Accurata.
Il livello di conoscenza acquisito determina il metodo di analisi e i fattori di confidenza da applicare alle proprietà dei materiali.
La completezza e l’affidabilità delle informazioni disponibili richiedono sia l’impiego di adeguati fattori di confidenza nelle verifiche di sicurezza che di opportuni metodi di analisi e di verifica (vedi Tabella 1.1) [7].
Tabella 1.1 Livelli di conoscenza in funzione dell’informazione disponibile e conseguenti metodi di analisi ammessi e valori dei fattori di confidenza per edifici in cemento armato
I dati da acquisire per la valutazione degli edifici in cemento armato riguardano i seguenti aspetti:
• Identificazione dell’organismo strutturale ottenuto sulla base dei disegni
originali di progetto opportunamente verificati con indagini in situ, oppure con un rilievo ex-novo;
• Identificazione delle strutture di fondazione ;
• Informazioni sulle dimensioni geometriche degli elementi strutturali, dei
quantitativi di armatura e delle proprietà meccaniche dei materiali;
• Informazioni su possibili difetti locali dei materiali e dei particolari costruttivi;
• Informazioni sulle norme impiegate nel progetto originale;
• Descrizione della destinazione d’uso attuale e futura dell’edificio con
identificazione della categoria d’importanza e eventuale rivalutazione dei carichi variabili;
• Informazione sulla natura e l’entità di eventuali danni subiti in precedenza e
• Documenti di progetto;
• Eventuale documentazione acquisita in tempi successivi alla costruzione;
• Rilievo strutturale;
• Prove in situ e in laboratorio.
1.2 Criteri di verifica e stati limite
La valutazione della sicurezza degli edifici esistenti è un procedimento quantitativo volto a stabilire se una struttura esistente è in grado o meno di resistere alle combinazioni delle azioni di progetto contenute nelle NTC e a determinare l’entità massima delle azioni, considerate nelle combinazioni di progetto previste, che la struttura è capace di sostenere con i margini di sicurezza richiesti dalle NTC, definiti dai coefficienti parziali di sicurezza sulle azioni e sui materiali.
Nell’effettuare la valutazione sarà opportuno tener conto delle informazioni, ove disponibili, derivanti dall’esame del comportamento di costruzioni simili sottoposte ad azioni di tipo simile a quelle di verifica. Ciò vale particolarmente quando si effettuano verifiche di sicurezza rispetto alle azioni sismiche.
Nei confronti delle azioni sismiche gli stati limite, sia di esercizio che ultimi, sono individuati riferendosi alle prestazioni della costruzione nel suo complesso.
Gli stati limite di esercizio sono:
- Stato Limite di Operatività (SLO): a seguito del terremoto la costruzione nel suo complesso, includendo gli elementi strutturali, quelli non strutturali, le apparecchiature rilevanti alla sua funzione, non deve subire danni ed interruzioni d'uso significativi;
- Stato Limite di Danno (SLD): a seguito del terremoto la costruzione nel suo complesso, includendo gli elementi strutturali, quelli non strutturali, le apparecchiature rilevanti alla sua funzione, subisce danni tali da non mettere a rischio gli utenti e da non compromettere significativamente la capacità di resistenza e di rigidezza nei confronti delle azioni verticali ed orizzontali, mantenendosi immediatamente utilizzabile pur nell’interruzione d’uso di parte delle apparecchiature. Gli stati limite ultimi sono:
- Stato Limite di salvaguardia della Vita (SLV): a seguito del terremoto la costruzione subisce rotture e crolli dei componenti non strutturali ed impiantistici e significativi
danni dei componenti strutturali cui si associa una perdita significativa di rigidezza nei confronti delle azioni orizzontali; la costruzione conserva invece una parte della resistenza e rigidezza per azioni verticali e un margine di sicurezza nei confronti del collasso per azioni sismiche orizzontali;
- Stato Limite di prevenzione del Collasso (SLC): a seguito del terremoto la costruzione subisce gravi rotture e crolli dei componenti non strutturali ed impiantistici e danni molto gravi dei componenti strutturali; la costruzione conserva ancora un margine di sicurezza per azioni verticali ed un esiguo margine di sicurezza nei confronti del collasso per azioni orizzontali [6].
I metodi di verifica verranno descritti ed analizzati nei capitoli successivi (capitoli 3 e 4).
