Struttura di Isolamento Sismico per Edifici Esistenti. Inventori: Clemente Paolo, De Stefano Alessandro, Barla Giovanni. Fonte: WEB ENEA-Politecnico di Torino

Proseguiamo con l’analisi dei metodi per la messa in sicurezza degli edifici. Nella prima parte dell’articolo (Adeguamento sismico edifici storici, tecnologie per la sicurezza strutturale) abbiamo analizzato le tecnologie; nella seconda parte, analizziamo le diverse tipologie di intervento e ristrutturazione per migliorare gli edifici storici in termini di antisismica.

 

Interventi di ristrutturazione utili a migliorare i collegamenti

Sono interventi mirati a garantire all’edificio un comportamento coeso attraverso una corretta congiunzione tra le pareti, i solai ed eventuali volte o archi. Questi interventi consentono l’analisi sismica globale dell’edificio. L’uso di tiranti ancorati alle murature mediante capochiave può favorire il comportamento d’assieme del fabbricato conferendo infatti, un elevato grado di connessione tra le murature ortogonali e fornisce un efficace vincolo contro il ribaltamento delle pareti migliorando anche il comportamento nel piano di pareti forate.

Infine i tiranti andranno tesati in modo non eccessivo, tale da rimanere ben al di sotto dei valori limite ammissibili.

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Cerchiature esterne con elementi metallici o materiali compositi possono costituire un efficace collegamento tra murature ortogonali nel caso di edifici di dimensioni ridotte, dove i tratti rettilinei della cerchiatura non sono troppo estesi a patto di evitare concentrazioni tensionali agli spigoli delle murature utilizzando dei ripartitori.

Ammorsamenti, tra parti adiacenti o tra murature che si intersecano, si possono realizzare con la tecnica scuci e cuci (con elementi lapidei o in laterizio), qualora i collegamenti tra gli elementi murari siano deteriorati (per la presenza di lesioni) o particolarmente scadenti. Si tratta comunque di un intervento per sua natura demolitivo e sostitutivo della materia antica, da valutare quindi con cautela, caso per caso.

L’uso di perforazioni armate deve essere limitato ai casi in cui non siano percorribili altre soluzioni, per la notevole invasività di tali elementi e la dubbia efficacia, specie in presenza di muratura a più paramenti scollegati; in ogni caso dovrà essere garantita la durabilità degli elementi inseriti (acciaio inox, materiali compositi o altro) e la compatibilità delle malte iniettate.

Cordoli in sommità alla muratura possono costituire una soluzione efficace per collegare le pareti, in una zona dove la muratura è meno coesa a causa del limitato livello di compressione, e per migliorare l’interazione con la copertura.

Connettere solidamente solai di piano e coperture alle murature è necessario per evitare lo sfilamento delle travi, con conseguente crollo del solaio, permettendo ai solai di svolgere un’azione di distribuzione delle forze orizzontali e di contenimento delle pareti. Nel caso di solai intermedi, le teste di travi lignee possono essere ancorate alla muratura tramite elementi, metallici o in altro materiale resistente a trazione, ancorati sul paramento opposto.

L’inserimento di cordoli in c.a. nello spessore della muratura ai livelli intermedi ha impatto negativo sul funzionamento strutturale della parete, oltre che essere incompatibile con i criteri della conservazione. Eventualmente, nel caso di pareti molto deformabili flessionalmente per l’elevata distanza tra i muri di spina ortogonali, possono risultare utili i cordoli in acciaio, realizzati con piatti o profili sui due paramenti, collegati tra loro tramite barre passanti.

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Interventi di ristrutturazione utili a migliorare la risposta di archi e volte

In questo caso viene utile la tradizionale tecnica delle catene che contrastano le spinte sulle murature di appoggio contrastandone l’allontanamento reciproco. Le catene si installano normalmente all’imposta di archi e volte.
Utili ad assorbire le spinte di volte ed archi sono anche i contrafforti o ringrossi murari che però hanno un notevole impatto visivo e richiedono una fondazione adeguata.

La realizzazione all’estradosso di controvolte in calcestruzzo, armate o no, è da evitarsi, per la riduzione dello stato di compressione nella volta in muratura e l’aumento delle masse sismiche.
È possibile il ricorso, sull’estradosso, a tecniche di placcaggio con fasce di materiale composito, perché più leggere e comunque amovibili. Tuttavia vanno considerate le problematiche di diversa traspirabilità tra le zone placcate e non (specie in presenza di affreschi all’intradosso), di durabilità e non completa reversibilità.

Invece il placcaggio all’intradosso con materiali compositi è efficace se associato alla realizzazione di un sottarco, in muratura o altro materiale, capace di evitare le spinte a vuoto.
Nel tentativo di ridurre le spinte è anche  possibile intervenire riducendo i carichi all’estradosso, ponendo attenzione al fatto che ciò altera l’originale curva delle pressioni ed un minor carico permanente rende la volta maggiormente sensibile ai carichi accidentali.
Qualora si presentino lesioni è indispensabile prevedere una riparazione per ricostruire il contatto tra i conci. Attenzione andrà prestata qualora si presentino significative perdite di forma dell’arco o della volta in quanto si tratta di un recupero spesso problematico, per cui si potrà ricorrere a sottarchi o altre strutture integrative.

 

Interventi di ristrutturazione utili a migliorare la rigidezza dei solai

Per consentire ai solai di svolgere le caratteristiche funzioni negli eventi sismici di trasmettere le azioni orizzontali alle pareti disposte parallelamente al sisma, è indispensabile garantire efficaci collegamenti alle pareti, attraverso appoggi ampi e connessioni che impediscono gli slittamenti.  È opportuno generalmente limitare gli irrigidimenti dei solai.

È opportuno che i solai con struttura in legno siano il più possibile conservati, anche in considerazione del loro ridotto peso proprio. Un limitato irrigidimento dei solai, nel caso dei solai lignei, può essere conseguito operando all’estradosso sul tavolato. Una possibilità è fissare un secondo tavolato su quello esistente, disposto con andamento ortogonale o inclinato, ponendo particolare attenzione ai collegamenti con i muri laterali; in alternativa, o in aggiunta, si possono usare rinforzi con bandelle metalliche, o di materiali compositi, fissate al tavolato con andamento incrociato. Un analogo beneficio può essere conseguito attraverso un controventamento realizzato con tiranti metallici. Nel caso di solai a semplice orditura, dovrà essere curato il collegamento con le pareti parallele alle travi, realizzandolo, ad esempio, con bandelle fissate al tavolato ed ancorate nella muratura.

Nei casi in cui risulti necessario un consolidamento statico del solaio per le azioni flessionali, è possibile, con le tecniche legno-legno, limitare la deformabilità flessionale ed aumentare la resistenza con un secondo tavolato, utilizzando, ortogonalmente rispetto al tavolato esistente, dei nuovi tavoloni continui, resi collaboranti alle travi mediante perni anche di legno.
Anche mediante la tecnica di rinforzo con soletta collaborante in calcestruzzo, eventualmente alleggerito, si può realizzare un irrigidimento nel piano del solaio e flessionale; gli effetti di tale intervento vanno valutati in relazione alle specifiche esigenze di conservazione.
Quando elementi lignei non siano adeguatamente collegati alle murature, può risultare necessario collegare la soletta alle pareti, tramite elementi puntuali analoghi a quelli già indicati.
Per solai a travi in legno e pianelle di cotto, possono essere adottati interventi di irrigidimento all’estradosso con sottili caldane armate in calcestruzzo alleggerito, opportunamente collegate alle murature perimetrali ed alle travi in legno.

Nel caso di solai a struttura metallica con interposti elementi in laterizio (putrelle e voltine o tavelloni), può essere necessario collegare tra loro i profili saldando bandelle metalliche trasversali, poste all’intradosso o all’estradosso. Inoltre, in presenza di solai di luce significativa, per meglio vincolare la parete muraria, è opportuno collegarla in mezzeria ai profili di bordo.

 

Interventi di ristrutturazione delle coperture

L’approccio generale consiglia il mantenimento dei tetti in legno, in quanto capaci di limitare le masse nella parte più alta dell’edificio e di garantire un’elasticità simile a quella della compagine muraria sottostante. Vanno rafforzati il più possibile i collegamenti e le connessioni reciproche tra la parte terminale della muratura e le orditure e gli impalcati del tetto, ricercando le configurazioni e le tecniche compatibili con le diverse culture costruttive locali. Vanno evitati cordoli in cemento armato di elevato spessore, per la diversa rigidezza che essi introducono nel sistema e per l’impatto che producono. Sono utilizzabili solo se non alterano la situazione statica della muratura e ne sia dimostrata chiaramente l’efficacia.

Per tetti spingenti è necessario compensare la spinta mentre le capriate devono garantire ottimi collegamenti nodali per evitare scorrimenti e distacchi in presenza di azioni orizzontali. Questo può essere migliorato con piastre e barre.

 

Interventi di ristrutturazione utili a migliorare la resistenza dei muri

Si tratta di operazioni utili a risanare e riparare murature rovinate o rotte migliorandone anche le caratteristiche meccaniche, da attuarsi con materiali il più simile possibile agli originali. Si deve mirare all’uniformità di risposta dell’intero apparato murario a qualsivoglia sollecitazione sismica.

In funzione della muratura e del problema si può intervenire con:
– riparazioni localizzate di parti lesionate o degradate;
– ricostitruzione della compagine muraria in corrispondenza di manomissioni quali cavità, vani di varia natura (scarichi e canne fumarie, ecc.);
– miglioramento delle caratteristiche di murature particolarmente scadenti per tipo di apparecchiatura e/o di composto legante.

L’intervento di scuci e cuci è finalizzato al ripristino della continuità muraria lungo le linee di fessurazione ed al risanamento di porzioni di muratura gravemente deteriorate.
L’adozione di iniezioni di miscele leganti mira al miglioramento delle caratteristiche meccaniche della muratura da consolidare. A tale tecnica non può essere affidato il compito di realizzare efficaci ammorsature tra le pareti murarie.

L’intervento di ristilatura dei giunti, se effettuato in profondità su entrambi i lati, può migliorare le caratteristiche meccaniche della muratura, in particolare nel caso di murature di spessore non elevato.
Per porzioni murarie che necessitano  di rinforzo limitato, una valida alternativa è rappresentata dai tirantini antiespulsivi, costituiti da sottili barre trasversali imbullonate con rondelle sui paramenti; la leggera presollecitazione che può essere attribuita rende quest’intervento idoneo nei casi in cui siano già evidenti rigonfiamenti per distacco dei paramenti. Tale tecnica può essere applicata nel caso di murature a tessitura regolare o in pietra squadrata, in mattoni o blocchi.
Esistono poi tutta una serie di perforazioni armate e di placcaggi con materiale cementizio rinforzato oppure con fibre composite. Si deve stare attenti in quanto si tratta di interventi spesso invasivi ed irreversibili.

 

Interventi di ristrutturazione su pilastri e colonne

Trattandosi di sistemi destinati a gestire carichi verticali poco eccentrici, vanno trattati in modo da:
– ricostituire la resistenza iniziale a sforzo normale con cerchiature e tassellature o talvolta ad incollaggi con resine;
– eliminare o ridurre le spinte orizzontali mediante provvedimenti, quali l’inserimento di catene su archi, volte e coperture o, ove opportuno, la realizzazione od il rafforzamento di contrafforti;
– ricostituire o realizzare collegamenti di idonea rigidezza,  al fine di trasferire le azioni orizzontali ad elementi murari di maggiore rigidezza.

Vanno evitati se possibile,inserimenti di anime metalliche in asse alla colonna, cui affidare la capacità portante, o di tiranti verticali precompressi, per conferire maggiore resistenza a flessione e taglio.

 

Interventi di ristrutturazione su elementi non strutturali

Anche cornicioni, parapetti, camini andrebbero valutati sismicamente, se non altro per evitare danni da crolli dovuti alle oscillazioni a quote elevate dell’edificio. Quando utile si interviene migliorando la capacità si spostamento della rottura tramite ancoraggi o ampliamenti della base d’appoggio, ed eventualmente migliorando la connessione con la struttura, tenendo presente  che una variazione delle proprietà dinamiche può incrementare l’azione sismica sull’elemento.

 

 

Interventi alle fondazioni

Detto questo appare intuitivo che la procedura di progetto deve originarsi da una attenta analisi e studio della situazione di fatto. In primis le fondazioni ed il sottosuolo devono essere ben chiari. La conoscenza del sottosuolo e delle esistenti strutture di fondazione è fondamentale per la previsione del comportamento sismico. Per quanto possibile, dovrebbe essere ricercata la storia di eventuali modifiche nel tempo della struttura fondiaria dell’edificio storico, sia di carattere naturale che antropico, così come scavi, costruzioni adiacenti, variazioni delle falde, dissesti idrogeologici e analoghi.
Questo è operabile attraverso prove diffuse benchè ben motivate per il loro eventuale impatto e per motivazioni economiche.

La caratterizzazione geotecnica accurata del sottosuolo ha gli obiettivi di:
– definire il modello geotecnico del sottosuolo sulla base delle indagini eseguite con carotaggio continuo e prelievo di campioni indisturbati rappresentativi dei terreni attraversati. Grande utilità per la caratterizzazione stratigrafica presentano le prove penetrometriche, che possono essere eseguite ad integrazione dei sondaggi e consentono di ridurne il numero;
– definire il regime delle acque sotterranee e delle loro variazioni stagionali, inclusa l’eventuale incidenza di interventi antropici come pozzi e prelievi vari, attraverso l’installazione e il monitoraggio di piezometri. Lo studio delle acque sotterranee dovrà essere eventualmente supportato da studi idrogeologici;
– caratterizzare meccanicamente i vari depositi del sottosuolo, per valutare il rischio sismico a cui sono esposte le opere in studio e il territorio circostante. Si valuti l’interazione terreno-fondazione-struttura, per verificare la possibilità di danni strutturali o di collasso della fondazione a seguito di un evento sismico.

I risultati delle indagini consentono la verifica della vulnerabilità della fondazione e possono porre in luce la necessità di un miglioramento sismico, che dovrà essere armonizzato con gli interventi previsti sulla struttura in elevazione.
L’inadeguatezza delle fondazioni è raramente la sola  o la principale causa dei danni osservati dopo un terremoto.
Nei casi in cui le indagini e le analisi mettano in  evidenza la necessità di un  intervento in fondazione, l’intervento stesso dovrà mirare alla massima uniformità delle condizioni di appoggio al fine di ottenere una distribuzione il più possibile uniforme delle pressioni di contatto. A tal fine, in generale sono da privilegiare interventi di ampliamento della base fondale con sottomurazione, rispetto al ricorso a pali di piccolo diametro o ad altre tecniche di consolidamento localizzato del terreno.

Quanto esposto finora ci consente di operare sull’organismo edilizio rendendolo “più capace” di resistere al sisma. Ma cosa accadrebbe se fossimo capaci di rendere il sisma “meno capace” di fare dei danni?
Le normative tecniche italiane per le costruzioni in zona sismica, consentono l’utilizzo di tecnologie antisismiche che prevedono l’isolamento della base dell’edificio dal terreno.

Ristrutturazione. Isolatore sismico che separa l’edificio dal suolo

Questa definizione apre le porte a tutte quelle applicazioni tecnologiche che si fondano sulla riduzione delle azioni sismiche sull’edificio piuttosto che sulla resistenza dello stesso alle accelerazioni imposta dell’evento sismico stesso. Questo approccio, rivoluzionario in un certo senso, permette di ottenere risultati con livello di sicurezza assolutamente non perseguibile con tecniche tradizionali. Da una collaborazione di ricerca tra ENEA e Politecnico di Torino, nasce quindi la proposta (si tratta di un brevetto italiano) per l’isolamento sismico di edifici esistenti (vedi disegno seguente).

Ristrutturazione. Struttura di Isolamento Sismico per Edifici Esistenti. Inventori: Clemente Paolo, De Stefano Alessandro, Barla Giovanni. Fonte: WEB ENEA-Politecnico di Torino

Questa nuova tecnologia per l’adeguamento sismico degli edifici storici consiste nella realizzazione di una piattaforma isolante sotto il piano di posa delle fondazioni, separando l’edificio dal terreno. Le operazioni prevedono l’inserimento a spinta di tubi orizzontali di grosso diametro al di sotto del piano di fondazione dell’edificio stesso. I dispositivi di isolamento sismico vengono poi piazzati in corrispondenza della porzione orizzontale della sezione del diametro andando a creare due mezzi tubi che possono scorrere l’uno sull’altro. Il mezzo tubo superiore sarà solidale al terreno su cui fonda l’edificio storico mentre il mezzo tubo inferiore si muoverà con la base stratigrafica del suolo. In sostanza, operando in questo modo, viene creata una discontinuità tra le fondazioni ed il sottosuolo. Chiaramente l’edificio dovrà essere separato dal terreno circostante con trincee verticali di minima ampiezza, sufficienti solo a consentire gli spostamenti massimi previsti dalle oscillazioni degli isolatori sismici. Operando secondo questa tecnica, non vengono effettuati interventi di nessun tipo sull’edificio e sugli apparati murari storici, né tantomeno modificate le caratteristiche architettoniche dell’edificio o del complesso monumentale su cui è stato fatto l’intervento. Il risultato che si riesce ad ottenere però, è tale da garantire l’incolumità del patrimonio architettonico e decorativo.

Quella dell’isolamento sismico è una tecnica ben conosciuta all’estero e che sta iniziando ad essere implementata anche in Italia sulle nuove costruzione, ma che non si era ancora ipotizzata in modo esecutivo per gli edifici storici. Non si tratterà senza dubbio di interventi a basso costo, ma è opportuno sottolineare che, in questo caso, la questione economica è meno significativa se posta a confronto del valore storico-artistico di questo patrimonio. Queste tecnologie, ad esempio, sono state proposte per l’adeguamento sismico degli edifici storici dell’Aquila e se ne stanno valutando di simili per intervenire contro le maree a Venezia.

È arrivato il momento storico per smettere di ricercare il compromesso ottimale. Si deve mirare al risultato ottimale. Si deve avere il coraggio di puntare alle eccellenze ed alla sostanza del merito. Basta fumo negli occhi e favoritismi non sostenuti dalle capacità.

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7 Commenti

  1. Buongiorno,
    In riferimento alla seguente affermazione citata nel testo: “L’edificio dovrà essere separato dal terreno circostante con trincee verticali di minima ampiezza, sufficienti solo a consentire gli spostamenti massimi previsti dalle oscillazioni degli isolatori sismici”.

    SONO A PORRE IL QUESITO AI TECNICI ACCREDITATI CHE HANNO PUBBLICATO IL DOCUMENTO: Al massimo di quanti centimetri, possono essere gli spostamenti orizzontali degli oscillatori?

    Grazie in anticipo per la cortese risposta
    Antonio Velucci

  2. Non è in effetti possibile dare una risposta a priori senza eseguire la progettazione dei sistemi.
    Sono disponibili isolatori elastomerici e a scorrimento, entrambi con caratteristiche proprie di mobilità.
    Analizzando una qualsiasi scheda tecnica di un isolatore commerciale troviamo: “Isolatore elastomerico del diametro di 800 mm, realizzato con mescola elastomerica morbida, con strati in gomma aventi spessore totale di 130 mm, ovvero per il quale lo spostamento orizzontale corrispondente al 100% di deformazione a taglio è pari a 130 mm”.
    Se apriamo altre schede tecniche troviamo altre risposte. Per esempio: “Gli isolatori elastomerici standard, le cui caratteristiche geometriche e meccaniche sono elencate nelle tabelle, sono progettati per sette diversi valori dello spostamento massimo, da 100 a 400 mm. Tale spostamento va inteso come lo spostamento massimo di progetto”.
    Non è davvero possibile rispondere alla Sua cortese domanda, senza avere analizzato le caratteristiche degli isolatori, che a loro volta devono essere scelti avendo effettuato il progetto sismico del sistema edificio.
    Rimango a Sua disposizione per chiarimenti anche più personalizzati.

  3. Buonasera,

    Purtroppo a seguito del terremoto nel centro Italia si riapre la polemica della ristrutturazione delle case storiche.
    A me sembra assurdo quanto dicono, ovvero che le case storiche sono di difficile ristrutturazione e la messa in sicurezza per eventi sismici è difficile soprattutto per quanto riguarda la bellezza di tali strutture. A me sembra assurdo. Io sono convinto che ristrutturare una casa storica con mattoni e sassi (bellissima alla vista, ma pericolosissima per la vita) sia una cosa fattibilissima anche leggendo il vostro interessantissimo articolo. Dico bene? Vorrei avere una risposta da voi perché sono fermamente convinto che girano tantissime informazioni false. E sarò pronto a fare un tam tam sui social per divulgare qualsiasi informazione che smentisca le inutili falsità che dicono ovunque, dalla tv ai giornali. Attendo vostre risposte e vi ringrazio tantissimo!

    Antonino

  4. Buongiorno non sono uno strutturista e demanderò quindi il lavoro ad un Professionista del settore, ma Vi chiedo: questi tamponi in gomma hanno una durata? Si possono / devono sostituire? Dopo un sisma richiedono un controllo? Il resto dell’edificio non viene coinvolto dal sisma? Grazie

  5. Buona sera, premetto di non essere un tecnico, ne un ingegnere. Dopo i recenti terremoti del centro Italia, la mia fantasia e parlo di fantasia si è spinta all’inverosimile, ovvero leggendo e informandomi sui vari sistemi e tecnologie antisismiche, ho notato che non ci sono vere e proprie soluzioni al problema, si cerca di attutire il più possibile l’impatto del sisma. Ma perchè fermarsi qui? Forse per gli edifici storici ma per le nuove costruzioni direi proprio di no, che questo non sia sufficente. Il problema va risolto. Come? Sicuramente tra Voi tecnici, ingegneri etc del settore c’è sicuramente qualcuno in grado di realizzare un prototipo di “FONDAZIONE POLARIZZATA”! Di cosa si tratta? Soltanto di una fondazione capace non di attutire l’effetto del sisma ma di modificarlo e annientarlo. Dopo tutto un terremoto è una serie di onde elastiche, dette “onde sismiche”, realizzando una fondazione polarizzata le onde verrebbero assorbite e filtrate disperdendosi in energia lineare che potrebbe essere utilizzata nell’attivazione di dispositivi antisismici di sicurezza simili ad “airbag”! Forse sono andato oltre… Ma la condivisione può essere la soluzione! Certo della Vs. attenzione ringrazio e saluto nell’attesa di leggerVi. Per.Ind. Lorenzo Gobbi

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