Vulnerabilità sismica e Miglioramento sismico

 

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NORME TECNICHE PER LE COSTRUZIONI: RESISTENZA SISMICA DELLE STRUTTURE

Le Norme Tecniche per le Costruzioni (NTC) sono state periodicamente aggiornate a partire da inizio '900. Dapprima erano Decreti Regi e poi DM in ottemperanza a Leggi. La prima Legge è la 1086/71, ora inglobata nel DPR 380/2001 Testo Unico dell'Edilizia.

Sotto il profilo tecnico, nel periodo recente, il DM 09/01/96 è stato sostituito dall'Ordinanza PCM 3274 del 20 Marzo 2003 seguita al disastroso crollo di San Giuliano di Puglia in cui persero la vita circa 30 persone, quasi tutti bambini.

Quest'ultima Norma ha:

  • imposto il calcolo delle strutture col metodo “semiprobabilistico agli stati limite” abbandonando il vecchio metodo delle “tensioni ammissibili”.
  • dichiarato sismico tutto il territorio nazionale, introducendo una zona S4 di bassa sismicità sul territorio Nazionale sino ad allora non dichiarato sismico.

Una serie di rinvii – all'italiana - ha però ritardato l'entrata in vigore della Norma, cui è succeduto il DM 14/09/2005 – anch'esso praticamente mai entrato in vigore a parte la zonazione sismica e, finalmente, le NTC di cui al DM 14 Gennaio 2008, entrate in vigore definitivamente e pienamente il 30/06/2009 insieme alla Circolare Min. LL.PP. n. 617 del 02/02/2009; Norma attualmente in vigore.

Pertanto, dal Giugno 2009, in tutta l'Italica penisola, ogni fabbricato viene progettato applicando la normativa antisismica.

Sono già a buon punto di elaborazione le nuove NTC, attese, pare, entro il 2017.

Sul fronte Regionale – Lombardia – il DGR 2129 del 11/07/2014 ha ridefinito la zonazione sismica, lasciando invariate le accelerazioni definite dal reticolo nazionale (cambia la zona a parità di azione sismica).  Il 10/04/2016 è entrata in vigore la modulistica unificata sismica di cui alla LR n. 33 del 12/10/2015, che con la DGR 5001 del 30/03/2016 trasferisce ai comuni le funzioni in ambito sismico e con il D. Dirig. n. 3809 del 03/05/2016 definisce  la piattaforma MUTA per l'inoltro telematico delle “denunce strutture” complete di relazioni ed elaborati grafici. La piattaforma sarà operativa nel Maggio 2017. Nelle more si utilizza la medesima modulistica in forma cartacea.

 

VULNERABILITÀ SISMICA E RESISTENZA SISMICA

L'Ordinanza PCM 3274 del 20 Marzo 2003 istituisce il concetto di Vulnerabilità Sismica, definito dall'Indice di Rischio IR.

L'Indice di Rischio è il rapporto tra la “Capacità (Resistenza sismica)” e la “Domanda sismica (Carichi)” dell'edificio. Per definizione è minore o uguale a 1 e tanto più è basso l'indice tanto più alto è il rischio sismico.

In termini concreti la vulnerabilità sismica si calcola come rapporto tra le accelerazioni di picco (PGA) massima sopportabile dall'edificio (capacità) e quella di riferimento massima del sito (domanda), valutata allo stato limite di collasso o di salvaguardia della vita a seconda del tipo di struttura. La domanda sismica viene valutata sulla base degli annessi alle NTC di cui al DM 14 Gennaio 2008.

La valutazione della Vulnerabilità Sismica è obbligatoria per gli edifici di classe IV e III, come definito dalla NTC 2008 e rispettivamente elencati:

Classe IV: “Costruzioni con funzioni pubbliche o strategiche importanti, anche con riferimento alla gestione della Protezione Civile in caso di calamità. … omissis”.

Tali opere sono, per lo più, dello stato. Ricadono in questa classe la viabilità principale, ospedali, caserme, dighe, centrali elettriche, etc.

Classe III: “Costruzioni il cui uso preveda affollamenti significativi. Industrie con attività pericolose per l'ambiente. … omissis”.

Le opere con affollamenti significativi sono scuole, centri commerciali, cliniche mediche, palestre, oratori, sale congressi e cinematografiche, alberghi e così via.

L'ultima proroga della valutazione di Vulnerabilità Sismica è scaduta nel 2013. Pertanto chi non l'avesse ancora fatta non è in regola non solo come norma sulle strutture, ma anche con le conseguenti e forse più gravi implicazioni di cui al D. Lgs. 81/2008 (TU Sicurezza sul Lavoro).

Fatta la valutazione di vulnerabilità sismica, si passa – obbligatoriamente - alla pianificazione dell'intervento.

Si calcola la “vita nominale residua”, corrispondente al “Tempo di Ritorno” del sisma  che provoca azioni pari alla capacità sismica dell'edificio in esame.

Questo è il termine entro cui effettuare l'intervento di “adeguamento” o “miglioramento” sismico.

Con “adeguamento” si intende riportare la struttura ad una capacità sismica pari a quella richiesta dalla Norma vigente, ovvero IR = 1.

Con “miglioramento” si intende aumentare la capacità sismica. Le Norme Nazionali non individuano una soglia minima di miglioramento (la lacuna dovrebbe essere colmata dalle nuove NTC in arrivo, forse già dal 2017). Allo stato attuale si fa concorde riferimento (anche in bandi pubblici) al valore di IR = 0,6 fissato dalla Regione Emilia Romagna post terremoto di Modena 2012.

 

MODELLAZIONE SISMICA

Di base, pre modellazione sismica, va verificata la statica dell'immobile. Non avrebbe infatti senso discutere di azioni sismiche su un edificio già insicuro.

Fatto il passo sopra e progettati gli eventuali opportuni rinforzi, occorre definire il comportamento della struttura sotto l'azione sismica di progetto (meglio farlo prima … a volte dopo è troppo tardi).

Ciò viene fatto mediante la cosiddetta modellazione sismica, ovvero un modello bi o tridimensionale del fabbricato con dimensioni e materiali costruttivi cui vengono applicate le combinazioni di carico come previste dalla normativa.

La modellazione può essere del tipo:

  1. analisi statica lineare
  2. analisi statica non lineare (pushover)
  3. analisi dinamica lineare (con spettro di risposta)
  4. analisi dinamica non lineare.

Ciascuna ha pregi, difetti, limiti e condizioni di applicabilità.

Le più usate sono l'analisi dinamica lineare e l'analisi statica non lineare.

NB: nel caso di edifici industriali senza connessioni tra i vari elementi prefabbricati, la modellazione sismica ha senso solamente dopo aver realizzato (ipotizzato) le connessioni.

VALUTAZIONE  DELLA  VULNERABILITÀ SISMICA

L'iter logico procedurale può essere così schematizzato (vedi Prof. Marco Boscolo Bielo “Vulnerabilità sismica degli edifici industriali”, Legislazione Tecnica 2012).

  1. esame della documentazione di progetto (in generale si tratta di quella relativa al Deposito del Genio Civile, ex legge 1086/71, ora DPR  380/01).
  2. raffronto fra le condizioni di progetto e lo stato dell'opera eseguita, con eventuale individuazione delle carenze (nodi trave / pilastro, trave / trave, trave / parete, ecc.)

    In mancanza del progetto strutturale occorre procedere con rilievi geometrici e materici come sotto specificato (*)

  3.  indagini strutturali di complemento (se si ritiene insufficiente la documentazione progettuale di cui al punto precedente)
  4. indagini geologiche (sempre se si ritiene insufficiente la documentazione di progetto)
  5. confronto fra i parametri sismici del progetto depositato e quelli previsti dall'attuale norma in vigore (DM 14.01.08)
  6.  determinazione delle condizioni di sollecitazione previste dall'attuale normativa (DM 14.01.08);
  7. verifica delle membrature in relazione ai parametri sismici attualmente vigenti
  8. ricognizione delle carenze delle membrature (geometrie, armature longitudinali, staffature, ecc.)
  9. valutazione della “capacità sismica” della struttura (ovvero determinazione delle massime azioni sismiche che la costruzione è in grado di sopportare)
  10. confronto con la “domanda sismica” (ovvero con le azioni sismiche previste della normativa vigente)
  11. espressione dell'indice di vulnerabilità IR

    Dopo queste fase si passa alla:

  12. scelta dei criteri di intervento per aumentare le condizioni di sicurezza

    e conseguentemente alla:

  13. nuova valutazione dell'indice di vulnerabilità al fine di una quantificazione numerica degli effetti migliorativi degli interventi adottati.      

(*) In mancanza di progetto strutture:

  • indagine storico critica
  • rilievi planoaltimetrici fabbricato e assi strutture
  • rilievi sezioni elementi strutturali (travi, pilastri, etc.)
  • indagini materiali strutturali impiegati e quantità e disposizione armature per elementi in c.a.
  • tipologia fondazioni
  • litologia terreno di fondazione
  • assaggi e prove in sito per misure caratteristiche meccaniche materiali strutturali
  • rilievo dei dissesti, in atto o stabilizzati
  • determinazione masse permanenti (pesi propri materiali strutturali e portati)
  • definizione col cliente delle azioni variabili (sovraccarichi)

 

INTERVENTI DI ADEGUAMENTO O MIGLIORAMENTO SISMICO

Come detto, per miglioramento sismico degli edifici esistenti si intende aumento della capacità sismica, mentre per adeguamento si intende il raggiungimento della capacità sismica richiesta dalle Norme.

Ogni tipologia strutturale richiede interventi di miglioramento sismico abbastanza tipici in funzione delle caratteristiche meccaniche e tipologiche costruttive.

Edifici prefabbricati in cemento armato precompresso

Come sopra anticipato, occorre procedere alle connessioni tra i vari elementi strutturali onde avere un comportamento d'assieme e scongiurare i catastrofici effetti della perdita d'appoggio (vedi Modena 2012) o alla verifica delle stesse se esistenti.

Gli interventi tipici per il miglioramento sismico e l'aumento effettivo della capacità sismica consistono in:

  • rinforzo a taglio dei pilastri al piede
  • setti di controvento o tiranti a “croce di S. Andrea” per riportare a terra le forze orizzontali

Edifici in opera in cemento armato

Gli interventi tipici per il miglioramento sismico consistono in:

  • rinforzo a taglio dei pilastri sui nodi, per scongiurare il disastroso “piano debole”
  • setti di controvento per riportare a terra le forze orizzontali, con formazione di travi corrispondenti a ogni piano per il convogliamento delle forze nel setto

Edifici in muratura

Sicuramente il caso più eterogeneo, in quanto si possono avere molteplici tipologie costruttive al variare di murature, solai, coperture, etc.

Gli interventi tipici di miglioramento sismico per l'aumento effettivo della capacità sismica consistono in:

  • aumento della capacità portante delle murature mediante confinamento o iniezioni (solo per muri molto danneggiati / malfatti)
  • aumento resistenza sismica a taglio murature mediante placcaggi a “croce di S. Andrea” per riportare a terra le forze orizzontali
  • connessioni solai / murature e tetto / murature
  • incatenamenti perimetrali e tra pareti opposte.

Dott. Ing. Luca Porfidia

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