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Interventi su edifici esistenti

Alla luce delle Norme Tecniche delle Costruzioni 2008 e delle Nuove Norme Tecniche approvate dal CSLLPP.
16/02/2015 - Ing. Graziella Campagna, Servizio di Assistenza Tecnica Logical Soft
Le Norme Tecniche per le Costruzioni del 2008, attualmente in vigore, nel loro titolo completo hanno già incorporato il termine 'Nuove', ma la novità e l'appellativo Nuove spetta di diritto alla revisione delle Norme Tecniche approvate dal CSLLPP il 14 Novembre 2014.
Cosa cambia con questa tanto attesa revisione? In primo luogo l'approccio alla valutazione di vulnerabilità sismica e quindi di intervento per gli edifici esistenti: finalmente si fa chiarezza nel distinguere tra valutazioni di intervento locale, miglioramento e adeguamento sismico. Ma soprattutto il progetto dell'adeguamento sismico diventa concretamente realizzabile e non è vincolato da una norma con prescrizioni inattuabili.
Le NTC in arrivo ridanno al progettista la capacità di definire il comportamento delle strutture e lo fanno ridefinendo il termine 'capacità': invece che guardare alla resistenza dei singoli materiali si concentra di più sulla prestazione globale dell'edificio. Quello in atto è quindi un ulteriore passaggio verso un nuovo approccio progettuale.

Focus Edifici esistenti Il tema degli interventi su edifici esistenti è tornato al centro del dibattito nazionale non solo per l’interesse verso il recupero del patrimonio edilizio italiano ma anche per le politiche di pianificazione urbanistica che puntano ad un consumo sempre più limitato di territorio.
Sempre più spesso si rende quindi necessario intervenire su edifici esistenti con opere che generalmente hanno i seguenti scopi:
  • ripristino delle piena funzionalità della costruzione: si tratta di opere su singoli elementi strutturali, come travi di solaio o pilastri, o interventi estesi ad intere porzioni di strutture, come ad esempio rinforzi su pareti in muratura;
  • modifiche alla struttura portante quali ampliamenti, sopraelevazioni, accrescimenti volumetrici.
Per queste opere i progettisti puntano a garantire al committente un adeguato livello di sicurezza sismica del costruito a fronte di un impegno economico sostenibile e si confrontano con le indicazioni normative proposte, in modo specifico, nel capitolo 8 delle Norme tecniche per le Costruzioni.
Ai fini della sicurezza sismica delle strutture, le Norme Tecniche per le Costruzioni vincolano i professionisti a far ricadere il progetto in una delle seguenti 3 categorie (§ 8.4 delle NTC 2008):
  • interventi di adeguamento;
  • interventi di miglioramento;
  • riparazioni o interventi locali che interessino elementi isolati.
Per ciascun tipo di intervento viene fissato il livello di sicurezza che deve essere garantito in occasione della realizzazione di opere edilizie.
Per gli interventi di adeguamento sismico si richiede di ripristinare la sicurezza in modo tale da garantire la stessa prestazione attesa per edifici nuovi. Per gli interventi di miglioramento si richiede invece di incrementare il livello di sicurezza dell’intera costruzione seppur non si sia in grado di raggiungere quello previsto per le nuove costruzioni; non viene tuttavia indicato alcun criterio specifico per stabilire il livello di sicurezza minimo da rispettare. Sia per interventi di adeguamento che di miglioramento si richiede un’analisi globale della struttura, prima e dopo l’intervento.
Infine per interventi locali il progetto e la valutazione della sicurezza potranno essere riferiti alle sole parti e/o elementi interessati e si dovrà documentare che, rispetto alla configurazione esistente, non siano prodotte sostanziali modifiche al comportamento delle altre parti e della struttura nel suo insieme e che gli interventi comportino un miglioramento delle condizioni di sicurezza pre-esistenti. Anche in questo caso non si indica un criterio specifico per valutare il livello di sicurezza minimo da soddisfare. 
Non è fornito un dettaglio degli interventi che ricadono nelle diverse categorie se non per criteri sommari; utile orientamenti interpretativi sono proposti da Comitati Tecnici Scientifici regionali.
In linea del tutto generale è possibile dedurre che le Norme Tecniche del 2008 sembrano mirare a riqualificare il costruito in modo da garantire il massimo livello di sicurezza dando maggior rilievo agli interventi di adeguamento, dove di fatto ricadono la maggior parte degli interventi, piuttosto che di miglioramento sismico. La questione pone un grosso interrogativo sulla realizzabilità in termini economici di un approccio di questo tipo: eseguire un intervento su un edificio esistente garantendo nel contempo prestazioni sismiche di un edificio di nuova realizzazione impone un investimento economico eccessivamente oneroso. Ne consegue che, allo stato di fatto, si preferisce concentrare le risorse per adeguare pochi edifici piuttosto che “migliorare” la sicurezza di un numero maggiore di costruzioni.
Riguardo agli interventi locali emerge un’ulteriore considerazione: da una parte le NTC 2008 non chiariscono quali interventi debbano essere ritenuti tali, dall’altra le verifiche locali richieste escludono le analisi globali della struttura e di conseguenza le relative modifiche strutturali. Viene il dubbio che la stragrande maggioranza degli interventi di tipo locale (più del 90%) sia dovuta più alle procedure semplificate, che alla reale corrispondenza delle caratteristiche dell’intervento rispetto a quanto indicato dalla normativa.
Nel seguito si propongono alcuni esempi di intervento su un edificio esistente ubicato a Roma e realizzato in muratura portante. L’intento è mostrare le verifiche richieste dalla normativa in ciascuna situazione e fornire utili indicazioni riguardo a possibili soluzioni progettuali.

Intervento locale
Si propone sull’edificio in studio un intervento locale volto alla realizzazione di un’apertura in una parete portante. L’apertura verrà opportunamente cerchiata al fine di garantire rigidezza e resistenza adeguata alle esigenze della struttura.
A tal proposito la Circolare n. 617/2009 al punto C8.4.3 asserisce che “interventi di rafforzamento localizzato (ad esempio l’apertura di un vano in una parete muraria, accompagnata da opportuni rinforzi) possono rientrare in questa categoria (interventi locali) solo a condizione che si dimostri che la rigidezza dell’elemento variato non cambi significativamente e che la resistenza e la capacità di deformazione, anche in campo plastico, non peggiorino ai fini del comportamento rispetto alle azioni orizzontali”.
La norma richiede dunque che la rigidezza non cambi significativamente, senza far esplicito riferimento alla rigidezza elastica. Si richiede invece che il comportamento della parete rinforzata risulti modificato il meno possibile in campo plastico, poiché è in condizioni ultime che si valuta la sicurezza nei riguardi dell’azione sismica. Ciò ci pone di fronte a due possibilità nel dimensionamento della cerchiatura: progettare in modo da ripristinare la rigidezza originaria a fronte di uno spostamento ultimo ridotto piuttosto che progettare garantendo uno spostamento ultimo invariatorispetto alla condizione iniziale a fronte di una rigidezza elastica inferiore.
Nell’esempio, riproposto anche nel successivo filmato, si mostra come vari il comportamento del pannello murario progettando in rigidezza oppure in spostamento. Nel primo caso, se si progetta con l’obiettivo di ripristinare la rigidezza elastica della parete integra, si ottengono telai con profili molto rigidi, raggiungendo la plasticizzazione nei nodi per spostamenti inferiori a quelli ultimi per il pannello (la parete diventa quindi appunto molto più rigida e resistente). Se invece si progetta in modo da mantenere invariata la resistenza del pannello allo spostamento ultimo, si ottengono telai più duttili garantendone lo stesso comportamento al collasso.
L’ apertura è condotta su una parete di dimensioni L = 5,0 m ed H = 3,2 m in mattoni pieni e malta di calce buona (peso specifico: 18 kN/m3; E = 2250 MPa; G = 750 MPa; fm = 3,6 MPa e t0 = 0,09 Mpa). Le dimensioni della porta che si intende creare sono: L = 1,0 m ed H = 2,1 m. Si valutano due diversi tipi di cerchiatura la cui geometria è connessa al comportamento della parete che si intendere ottenere:
  • Progettazione in resistenza: 2 piedritti accoppiati IPE 140 ed architrave IPE 180
Si ottengono spostamenti simili al caso antecedente l’intervento, con una maggiore riduzione della rigidezza elastica
  • Progettazione in rigidezza: 2 piedritti accoppiati IPE 330 ed architrave IPE 360
Si ottiene una rigidezza molto simile a quella antecedente alla realizzazione dell’apertura ma con uno spostamento ultimo inferiore. 

Focus Edifici esistenti

Intervento di miglioramento sismico
Lo studio degli interventi da eseguire sulla costruzione, ha origine dall’analisi delle caratteristiche delle strutture portanti (setti, fasce, solai) e del comportamento che si prevede possa avere la costruzione in condizioni sismiche.
Nell’esempio che si propone approfonditamente nel seguente filmato, le pareti in muratura presentano buone proprietà meccaniche, ma risultano poco ammorsate tra loro. I solai realizzati in legno non offrono sufficiente resistenza e rigidezza per garantire alla costruzione un comportamento d’insieme. Il comportamento atteso in caso di sollecitazione sismica è dunque quello di meccanismi di ribaltamento verso l’esterno delle pareti portanti.
S'intende dunque attuare un’analisi preliminare (ante operam) volta a valutare il grado attuale di sicurezza della struttura, eseguendo su alcune pareti singole una serie di analisi dei meccanismi locali di collasso mediante il metodo dell’analisi cinematica lineare. Dall’analisi del quadro fessurativo della costruzione è emerso come il meccanismo più probabile sia quello di ribaltamento fuori piano dei pannelli.Le verifiche condotte su diversi pannelli sia per il ribaltamento semplice che per quello composto di cuneo diagonale, mettono in luce una decisa instabilità dei pannelli. 
Un primo intervento di miglioramento ipotizzabile è naturalmente la posa in opera di tiranti in grado di ripristinare il comportamento scatolare dell’edificio. Il risanamento dei solai interpiano viene invece condotto mediante interposizione di uno strato di calcestruzzo armato ammorsato alle travi in legno mediante connettori in acciaio (solaio compound).
A seguito degli interventi, viene infine valutato il livello di sicurezza sismica che la struttura è in grado di raggiungere. Poiché la tipologia di interventi progettati rendono la costruzione in grado di manifestare un comportamento d’insieme, si conduce un’analisi non lineare dell’intero edificio.
La curva di capacità determinata mette subito in rilievo come allo stato limite ultimo, lo spostamento ultimo sia inferiore rispetto a quello massimo richiesto. La costruzione risulta dunque sismicamente adeguata.

Focus Edifici esistenti

Cosa prevedono le Nuove Norme Tecniche approvate dal CSLLPP
In materia di edifici esistenti, le Nuove Norme Tecniche, approvate dall'Assemblea del Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici il 14/11/2014, propongono di cambiare prospettiva e passare da una politica di emergenza ad una politica di prevenzione dando maggior rilievo ad interventi che migliorano il comportamento sismico degli edifici piuttosto che a quelli li adeguino come richiesto per edifici di nuova costruzione. L’obiettivo ultimo sembra quindi essere quello di migliorare le prestazioni sismiche della maggior parte degli edifici, rinunciando ad ottenere il massimo livello di sicurezza per un numero ridotto di edifici.
Più nel dettaglio potremmo sintetizzare nei seguenti obiettivi le principali novità delle nuove NTC.
Il primo riguarda gli interventi locali. Vengono fornite dettagliate indicazioni per stabilire quali interventi possano essere classificati come interventi locali in base alle finalità progettuali:
  • ripristinare le caratteristiche iniziali di elementi o parti danneggiate;
  • migliorare le caratteristiche di resistenza e/o di duttilità di elementi o parti, anche non danneggiati;
  • impedire meccanismi di collasso locale;
  • modificare un elemento o una porzione limitata della struttura.
Il progetto e la valutazione della sicurezza potranno essere riferiti alle sole parti e/o elementi interessati, documentando le carenze strutturali riscontrate e dimostrando che l’intervento non peggiora le condizioni di sicurezza delle strutture preesistenti. Inoltre sarà cura del progettista controllare che il comportamento globale non sia significativamente cambiato a seguito degli interventi. Rispetto all’esempio trattato, il dimensionamento dei tiranti che stabilizzano i cinematismi fuori piano potrebbe essere trattato con analisi locali.
Il secondo riguarda gli interventi di adeguamento: la normativa mira ad estendere la pratica di miglioramento della sicurezza sismica sul maggior numero di edifici possibili. Se con le NTC 2008 attualmente vigenti si richiede di raggiungere lo stesso livello di sicurezza delle nuove costruzioni, ora è ammessa una riduzione di circa il 20% della sicurezza attesa.
A tal proposito viene introdotto il parametro ζE cioè il rapporto tra “l'azione sismica massima sopportabile dalla struttura e l’azione sismica massima che si utilizzerebbe nel progetto di una nuova costruzione” che in caso di adeguamento deve essere maggiore di 0,8.
Infine per gli interventi di miglioramento, mentre ai sensi delle NTC2008 si richiede di dimostrare che la sicurezza sismica della costruzione ha avuto un miglioramento a seguito dell’intervento, le nuove norme tecniche precisano che il livello di sicurezza raggiunto sia pari almeno al 10% di quello delle nuove costruzioni (ζE = 0.1) per gli edifici in classe d'uso II o III e impone il limite al 60% di miglioramento (ζE = 0.6) per edifici di classe d'uso III ad uso scolastico o IV.

Supporto Tecnico TRAVILOG
Edifici esistenti in muratura: dall'intervento locale all'adeguamento.
L'approvazione della revisione delle Norme Tecniche dà nuova importanza alle soluzioni di intervento locale e alla valutazione delle criticità per gli edifici esistenti fino al raggiungimento dell'adeguamento sismico delle strutture. TRAVILOG permette di valutare sia singoli interventi su edifici esistenti che analisi di vulnerabilità finalizzate all'adeguamento sismico, per diverse tipologie costruttive.
Come abbiamo visto nei due filmati di esempio, TRAVILOG propone procedure guidate per definire soluzioni di intervento su edifici esistenti in muratura, dalla realizzazione di una cerchiatura alla verifica di un tirante per il ribaltamento fuori piano di un maschio murario.

Nella sezione SUPPORTO del sito www.logical.it è disponibile una serie di strumenti che permettono di ottimizzare l'uso del software, come le risposte alle domande più frequenti, i Tutorial video e i manuali; tra le domande più frequenti è possibile trovare le risposte relative all'utilizzo di TRAVILOG, come l'importazione di un file DWG, la modellazione di un tirante e l'interpretazione degli errori di calcolo più comuni.