Verifica di vulnerabilità sismica e successivo progetto di miglioramento sismico di edificio multipiano (Condominio Diaz) in Brescia

Progetto Strutture

Dott. Ingegnere Luca Bellini

 

Direzione Lavori Opere Strutturali

Dott. Ingegnere Luca Bellini

 

Progetto Architettonico

Arteck snc Ospitaletto (BS)

Edificio pluripiano di fine anni 20, sito in Brescia, zona sismica II (PGA 0.15-0.25g) , costruito secondo i crismi dell'architettura fascista: dalle prime indagini non distruttive effettuate in situ, mediante pacometro e sclerometro, la struttura sembra possedere i noti requisiti di salubrità e staticità tipici delle strutture costruite in epoca fascista.

Il progetto prevede la valutazione della vulnerabilità sismica della struttura allo stato di fatto, il progetto di miglioramento sismico e la finale valutazione di vulnerabilità sismica comparativa per valutare il guadagno in termini di IRS.  

Stralci della relazione di calcolo delle strutture

Non sono risultate reperibili le tavole strutturali, né alcuna documentazione inerente l’impianto strutturale: lo schema strutturale e la caratterizzazione dei materiali sono stati rilevati ove possibile sul posto, e ipotizzati riapetto alle tecniche in uso all’epoca della costruzione nelle zone di impossibile accesso, come l’impianto di fondazione.

 

Lo schema strutturale, molto semplice e classico per questa tipologia di edifici, prevede murature portanti esterne e pilastrature interne a sostegno di travi ribassate in c.a. di spina. Solai in laterocemento di piano e copertura in legno. Nessuna informazione a riguardo delle fondazioni.

 

 

La struttura risulta in generale in buono stato di conservazione. Le murature non presentano segni di dissesto o lesioni riconducibili alle tabelle di classificazione delle lesioni sulle murature da letteratura. Nessun problema di carattere fessurativo o deformativo nemmeno per le parti strutturali in c.a.

Dal punto di vista degli interventi generali previsti, a parte il riposizionamento di alcune partizioni verticali interne non portanti, previste in leggero cartongesso per non inficiare sul comportamento dinamico globale, gli interventi strutturali vertiranno sulla demolizione del quarto impalcato e la ricostruzione dello stesso (più leggero visto l’utilizzo di solaio collaborante legno-cls infinitamente rigido) con quota di imposta -39cm rispetto alla situazione precedente (lo scopo è il guadagno in termini di altezza interna all’ultimo piano), la formazione di nuovo vano ascensore composto da 4 pilastri in c.a. (appositamente non è stata costituita una struttura a nucleo in c.a. per la formazione del vano ascensore, per non trasformare la tipologia strutturale da muratura a mista), poggianti su nuova piastra di fondazione in c.a. e collegati alle nuove cappe collaboranti degli impalcati di piano mediante barre di armatura e cordoli, la modifica di alcune finestre sulle murature portanti di tamponamento e la mera sostituzione della copertura in legno, con un’altra sempre in legno, con le medesime caratteristiche in termini di peso proprio.

 

 

Progetto di miglioramento sismico

 

Scopo del progetto è il miglioramento sismico della struttura, ragionato in termini di rapporto "costi - benefici in sicurezza". Dato il confortante punto di partenza in termini di salubrità strutturale, l'obbiettivo è quello di ottenere un significativo miglioramento della risposta sismica globale con gli interventi meno complessi e meno costosi possibile: per questo, tra gli altri interventi previsti, primaria importanza ha quello di alleggerimento uniforme della struttura. Molte volte sottovalutato, l'alleggerimento, se eseguito in maniera corretta, può da solo già migliorare sensibilmente la risposta dinamica della struttura. Di seguito verrà riportato un breve sunto degli altri interventi previsti.

 

Per quanto riportato nel capitolo 8 delle N.T.C. si interviene con intervento di miglioramento.

Con il termine Vulnerabilità Sismica si intende la propensione di una struttura a subire un danno di un determinato livello, a fronte di un evento tellurico di una determinata entità: relazionando il valore di Vulnerabilità con il valore di Esposizione ed il valore di Pericolosità si ottiene il valore del Rischio sismico. Nel caso degli edifici e delle infrastrutture la vulnerabilità dipende dalla tipologia strutturale, dai materiali e dal loro stato di conservazione, dalle caratteristiche costruttive e dallo stato di manutenzione ed esprime la loro resistenza al sisma.

 

Per intervenire sulla struttura al fine di migliorarne il comportamento di fronte ad eventi tellurici,  le “Norme Tecniche Delle Costruzioni D.M. 01/08” prevedono l’impiego di metodi di analisi e di verifica dipendenti dalla completezza e dall’affidabilità dell’informazione disponibile e l’uso, nelle verifiche di sicurezza, di adeguati “fattori di confidenza”, che modificano i parametri di capacità in funzione del livello di conoscenza relativo a geometria, dettagli costruttivi e materiali. Il livello di conoscenza assunto ai fini delle successive analisi è  LC1: tale valore tiene conto dell’incertezza di alcuni dati assunti come ipotesi per la modellazione, aumentando il fattore di confidenza sino al massimo consentito dalle norme.


L’edificio non risulta essere né strategico né rilevante (all. B1 e B2 della DGR n. 438/2005).

Classe D’Uso II ( cap. 2.4.2 NTC 01/08), Tipo di costruzione 2 (cap.2.4.1 NTC 01/08).

 

Assunti i dati soprascritti e di seguito ricavata Latitudine e Longitudine del luogo di edificazione, si geolocalizza la struttura in maniera puntuale e si ricavano per i 4 stati limite fondamentali i seguenti valori:

 

L’analisi utilizzata per la modellazione è di tipo statica lineare.

Analizzate le rigidezze globali di piano tipo si è evinto che, in entrambe le direzioni principali, le rigidezze proposte dal complessivo contributo dei pilastri in c.a. sono nettamente inferiori al 15% delle rigidezze offerte dalle murature, quindi per il 7.2.3 sono da considerarsi elementi secondari.

  

In particolare :

K murature x = 4625000N/mm   Kpilx = 167431N/mm

K murature y = 4250000N/mm   Kpilx = 167431N/mm

La struttura è pertanto classificabile come struttura in muratura, quindi si assume che le azioni sismiche vengano (quasi) interamente assorbite dalle stesse murature.

Gli interventi strutturali di miglioramento sismico riguarderanno sostanzialmente la formazione di cappe collaboranti dello spessore di 5cm, su tutti i solai in laterocemento esistenti (ora deformabili), al fine di renderli infinitamente rigidi nel loro piano (7.2.6 NTC) e permettere alle murature ad essi collegate, mediante nuove barre di armatura specifiche, di scongiurare effetti del secondo ordine e mantenere con l’impalcato un comportamento al più scatolare, la formazione di nuovo solaio collaborante in legno-cls con cappa dello spessore di 5cm (7.2.6 NTC), in sostituzione del più pesante solaio in laterocemento esistente, e la diminuzione globale dei carichi mediante l’asportazione del massetto esistente non collaborante dello spessore medio di 15/17cm.

 

 

 

Nessun intervento di miglioramento è previsto per le pareti in muratura portanti: le zone di muratura che verranno modificate, in corrispondenza di alcune aperture, verranno ricostruite mediante mattoni pieni, metodologia già adottata per le murature esistenti. La regolarità in pianta ed in elevazione della struttura risulta elemento positivo nei confronti della risposta sismica alle sollecitazioni dinamiche.

A fronte degli interventi di miglioramento previsti, scopo della modellazione è di ricavare gli Indicatori di Rischio Sismico (IRS) più significativi della struttura migliorata sismicamente, così da confrontarli con quelli ottenuti dalla modellazione della struttura attuale.                      

Di seguito si riportano le viste tridimensionali delle strutture pre e post intervento, disretizzate per la modellazione strutturale

Normative di riferimento

Norme Tecniche per le Costruzioni - D.M. 14-01-08

 

Sicurezza (cap.2), Azioni sulle costruzioni (cap.3), Costruzioni in calcestruzzo (par.4.1), Costruzioni in legno (par.4.4), Costruzioni in muratura (par.4.5), Progettazione geotecnica (cap.6), Progettazione per azioni sismiche (cap.7), Costruzioni esistenti (cap.8), Riferimenti tecnici (cap.12), EC3.

 

D.M. LL. PP. 11-03-88

Norme Tecniche riguardanti le indagini sui terreni e sulle rocce, la stabilità dei pendii naturali e delle scarpate, i criteri generali e le prescrizioni per la progettazione, l'esecuzione ed il collaudo delle opere di sostegno delle terre e delle opere di fondazione.

Circolare Ministeriale del 24-07-88, n. 30483/STC.

 

Legge 02-02-74 n. 64, art. 1 - D.M. 11-03-88

Norme Tecniche riguardanti le indagini sui terreni e sulle rocce, la stabilità dei pendii naturali e delle scarpate, i criteri generali e le prescrizioni per la progettazione, l'esecuzione ed il collaudo delle opere di sostegno delle terre e delle opere

 

Eurocodice 3 UNI ENV 1993-1-1:1994, Eurocodice 3 UNI EN 1993-1-1:2005, Eurocodice 3 UNI ENV 1993-1-3:2000, Eurocodice 3 EN 1993-1-8:2005

 

Indicatori di Rischio Sismico (IRS): considerazioni finali, grafici e raffronto situazione pre e post intervento

 

à La modellazione riferita alla ricerca degli IRS è stata eseguita ipotizzando la struttura bloccata alla base, visto che l’impianto di fondazione è il medesimo e non viene interessato dall’intervento. Poca attendibilità avrebbero le risultanze riferite alle pressioni in fondazione visto il grado di incertezza relativo alla dimensione delle stesse.

 

Desc.: descrizione

Stato limite: v=Taglio; PF=Presso flessione; PFFP=Presso flessione fuori piano; R=Ribaltamento

Molt.: moltiplicatore minimo della azione sismica che produce lo stato limite

Comb.: combinazione

PGA: accelerazione al suolo

PGA/PGArif: indicatore di rischio sismico in termini di PGA

TR: tempo di ritorno

(TR/TRrif)^.41: indicatore di rischio sismico in termini di periodo di ritorno

Coeff.s.: coefficiente minimo prodotto dallo stato limite

Verifica: stato di verifica

Trave: titolo della trave

Pressoflessione: dati della verifica a pressoflessione

Coeff.s.: coefficiente di sicurezza a flessione

Molt.: moltiplicatore della azione sismica che produce lo stato limite

iPGA: indicatore di rischio sismico in termini di accelerazione

iTR: indicatore di rischio sismico in termini di tempo di ritorno

Pannello: pannello che fa parte della verifica della parete

Taglio: dati della verifica a taglio

Coeff.s.: coefficiente di sicurezza a taglio

Pilastro: titolo del pilastro

Nodi: dati della verifica dei nodi

Coeff.s.: coefficiente di sicurezza del nodo

Conf.: nodo interamente confinato

Min.st.: verificato grazie ai minimi di staffatura

Pilastro: pilastro cui appartiene il nodo

Quota: quota del nodo [cm]

Ag: area della sezione trasversale del pilastro [cm²]

Angolo Trave: angolo della giacitura della trave considerata rispetto al sistema di riferimento globale [deg]

Compressione: dati della verifica della tensione di compressione del nodo

Vnc: azione tagliante sul nodo per il calcolo della tensione di compressione [daN]

Nc: azione assiale sul nodo per il calcolo della tensione di compressione [daN]

Snc: tensione di compressione agente [daN/cm²]

Snc,lim: tensione di compressione limite [daN/cm²]

Comb. c: combinazione che dà il valore peggiore per la tensione di compressione

Trazione: dati della verifica della tensione di trazione del nodo

Vnt: azione tagliante sul nodo per il calcolo della tensione di trazione [daN]

Nt: azione assiale sul nodo per il calcolo della tensione di trazione [daN]

Snt: tensione di trazione agente [daN/cm²]

Snt,lim: tensione di trazione limite [daN/cm²]

Comb. t: combinazione che dà il valore peggiore per la tensione di trazione

Titolo: titolo della verifica della parete

Maschio: maschio

Trave: trave di collegamento in muratura

Stato limite: v=Taglio; F=Flessione

 

Le unità di misura delle verifiche elencate nel capitolo sono in [cm, daN, deg] ove non espressamente specificato.

 

IRS (Indicatori di rischio sismico) struttura pre interventi di miglioramento sismico, condizioni più significative

 

Verifiche condotte secondo D.M. 14-01-08 (N.T.C.) § C8.7.1

Accelerazioni e tempi di ritorno

Accelerazione di aggancio SLV (ag/g_SLV*S*ST) PGA,SLVrif = 0.179

Accelerazione di aggancio SLD (ag/g_SLD*S*ST) PGA,SLDrif = 0.065

Tr,SLVrif = 475 anni

Tr,SLDrif = 50 anni

 

Ø       Indicatori di rischio sismico minimi delle condizioni sismiche

Rottura a taglio

Maschio 53 "Piano 3 - Piano 4"

Combinazione SLV 1

PGA 0

INDICATORE DI RISCHIO SISMICO (I.R.S.) iPGA=PGA/PGA,SLVrif = 0

 

Rottura a flessione

Maschio 61 "Piano 3 - Piano 4"

Combinazione SLV 1

PGA 0

INDICATORE DI RISCHIO SISMICO (I.R.S.) iPGA=PGA/PGA,SLVrif = 0

 

Rottura a pressoflessione nel piano ortogonale

Maschio 100 "Piano 4 - Piano 5"

Combinazione SLV 1

PGA 0

INDICATORE DI RISCHIO SISMICO (I.R.S.) iPGA=PGA/PGA,SLVrif = 0

 

Rottura per meccanismi locali di collasso

Maschio 71 "Piano 4 - Piano 5"

Combinazione SLV 1

PGA 0

INDICATORE DI RISCHIO SISMICO (I.R.S.) iPGA=PGA/PGA,SLVrif = 0

 

Raggiungimento dello spostamento limite di interpiano

Combinazione SLD 1

tra Nodo 1555 e Nodo 2186

PGA 0

INDICATORE DI RISCHIO SISMICO (I.R.S.) iPGA=PGA/PGA,SLDrif = 0

 

IRS (Indicatori di rischio sismico) struttura post interventi di miglioramento sismico, condizioni più significative

 

INDICATORI DI RISCHIO SISMICO POST INTERVENTO DI MIGLIORAMENTO SISMICO

 

Verifiche condotte secondo D.M. 14-01-08 (N.T.C.) § C8.7.1

Accelerazioni e tempi di ritorno

Accelerazione di aggancio SLV (ag/g_SLV*S*ST) PGA,SLVrif = 0.269

Accelerazione di aggancio SLD (ag/g_SLD*S*ST) PGA,SLDrif = 0.097

Tr,SLVrif = 475 anni

Tr,SLDrif = 50 anni

Ø       Moltiplicatori minimi delle condizioni sismiche

Rottura a taglio

Maschio 78 "Piano 4 - Piano 5"

Combinazione SLV 5

PGA 0.025

INDICATORE DI RISCHIO SISMICO (I.R.S.) =PGA/PGA,SLVrif = 0.091

Rottura a flessione

Maschio 78 "Piano 4 - Piano 5"

Combinazione SLV 5

PGA 0.025

INDICATORE DI RISCHIO SISMICO (I.R.S.) =PGA/PGA,SLVrif = 0.091

Rottura di un nodo

Pilastrata 7

Combinazione SLV 14

PGA 0.261

INDICATORE DI RISCHIO SISMICO (I.R.S.) =PGA/PGA,SLVrif = 0.968

Rottura a pressoflessione nel piano ortogonale

Maschio 17 "Piano 1 - Piano 2"

Combinazione SLV 6

PGA 0.221

INDICATORE DI RISCHIO SISMICO (I.R.S.) =PGA/PGA,SLVrif = 0.821

Rottura per meccanismi locali di collasso

Maschio 78 "Piano 4 - Piano 5"

Combinazione SLV 5

PGA 0.074

INDICATORE DI RISCHIO SISMICO (I.R.S.) =PGA/PGA,SLVrif = 0.275

Raggiungimento dello spostamento limite di interpiano

Combinazione SLD 9

tra Nodo 2151 e Nodo 2486

PGA 0.054

INDICATORE DI RISCHIO SISMICO (I.R.S.) =PGA/PGA,SLDrif = 0.10 

MODELLI FEM: RAFFRONTO IRS STRUTTURA PRE E POST INTERVENTO DI MIGLIORAMENTO

 

 

Conclusioni

 

Come si evince chiaramente dai grafici precedenti, l’intervento di miglioramento ha sortito buoni risultati sulla struttura, già dotata di base di simmetria strutturale, regolarità in pianta ed in elevazione.

Il consolidamento degli impalcati (con la diminuzione del carico globale vista la preventiva asportazione del pesante massetto in conglomerato cementizio non armato), resi infinitamente rigidi nel loro piano, ha confermato essere un intervento fondamentale per il buon funzionamento della struttura nel suo insieme e muraria in particolare, dal punto di vista dinamico.

Come si evince dai risultati numerici e dai grafici precedenti il miglioramento ottenuto è relativo al comportamento dinamico delle murature sia nei confronti di meccanismi di tipo I che tipo II, ed alla risposta della struttura in termini di spostamento: gli IRS degli spostamenti (in SLD) passano da un valore prossimo allo zero (viene indicato “zero” a causa dell’algoritmo del software poco elastico nel trattare i valori molto piccoli, prossimi allo zero, di IRS) ad un valore di quasi 0,4, sinonimo di un deciso miglioramento.

 

Il collegamento dei nuovi impalcati mediante connessioni nella muratura, discretizzate mediante l’incremento della forza minima di aggancio degli impalcati alla stessa muratura  da 9daN/cm a 50daN/cm (inserimento barre mediante resine epossidiche bi componenti, vedere tavole esecutive), apporta un notevole miglioramento in termini di rottura per meccanismi liocali di collasso: gli IRS passano da un valore prossimo allo zero (quasi totale assenza di barre nella cappa dell’impalcato e cordonatura perimetrale) ad un valore di 1,434.