Sicurezza sismica: da NTC 2008 a NTC 2018

Ultimo aggiornamento: 15/05/2019 - Ing. Graziella Campagna, Servizio di Assistenza Tecnica Logical Soft - Riproduzione riservata

Com'è cambiata la valutazione della sicurezza sismica degli edifici in cemento armato?

La sicurezza sismica di edifici esistenti è da sempre un tema di grande importanza in Italia non solo per l'elevata pericolosità sismica del territorio ma anche per l'elevata vulnerabilità degli edifici storici, costruiti per resistere principalmente a sollecitazioni statiche. Il verificarsi di eventi sismici o interventi umani che modificano lo stato sollecitativo della struttura portante, potrebbe minare la sicurezza della costruzione al punto di non essere più garantita. In queste evenienze la normativa richiede di eseguire una valutazione della stabilità locale e globale dell'edificio al fine di assicurarne la sicurezza in termini di incolumità della vita umana e funzionalità dell'opera.

Le Nuove Norme Tecniche delle Costruzioni pubblicate sulla Gazzetta Ufficiale il 20 febbraio 2018 hanno offerto un nuovo slancio a questo importante tema, privilegiando gli interventi che migliorano il comportamento sismico degli edifici piuttosto che quelli che li adeguano. L'obiettivo ultimo sembra quindi essere quello di migliorare la prestazioni sismiche della maggior parte degli edifici, rinunciando ad ottenere il massimo livello di sicurezza per un numero ridotto di edifici.

In questo focus tecnico approfondiamo come è cambiata la valutazione della sicurezza di strutture esistenti in cemento armato tra NTC 2008 ed NTC 2018. Si propone quindi di ripercorrere sia in termini concettuali che pratici l'iter progettuale che la normativa richiede al professionista di affrontare sottolineando le principali modifiche subentrate con l'aggiornamento della norma tecnica.

S'intende offrire un quadro completo delle procedure di valutazione della sicurezza, evidenziando le principali regole di modellazione, i vari metodi di analisi ed i diversi criteri di verifica. Verranno infine prese in considerazione le più diffuse tipologie di intervento per la messa in sicurezza della struttura portante in cemento armato.

A scopo esemplificativo, nei riquadri, si tratterà la valutazione della sicurezza e l'adeguamento sismico di una piccola struttura in cemento armato utilizzando il Modulo CEMENTO ARMATO di TRAVILOG, il software per il progetto e la verifica di sicurezza delle strutture.

Per approfondire il tema della sicurezza sismica di edifici in cemento armato con le recenti NTC 2018 si consiglia di leggere il focus "La sicurezza degli edifici esistenti in calcestruzzo" redatto dall'Ing. Simone Tirinato.

Sicurezza sismica di un edificio: quando deve essere valutata?

La valutazione della sicurezza di costruzioni esistenti deve essere effettuata ogni qualvolta si presentino situazioni di incremento di vulnerabilità della struttura sia per carichi verticali che sismici. Ciò avviene se subentrano modifiche alla costruzione, dipendenti o indipendenti dalla volontà dell'uomo, che ne aumentino la probabilità di danneggiamento o collasso: in tal caso la normativa richiede di verificare e garantire che la struttura mantenga una bassa vulnerabilità in condizioni sismiche, ammettendo che subisca danneggiamenti senza giungere a collassi repentini.

Le Norme Tecniche per le Costruzioni (NTC) sia nella versione del 2008 che in quella del 2018 (Par. 8.3 delle NTC) chiedono in dettaglio di attuare le procedure di valutazione della sicurezza ogni qualvolta si presenti una delle seguenti situazioni:

  • riduzione evidente della capacità resistente e/o deformativa della struttura o di alcune sue parti dovuta ad azioni ambientali (sisma, vento, neve e temperatura), significativo degrado e decadimento delle caratteristiche meccaniche dei materiali, azioni eccezionali (urti, incendi, esplosioni), situazioni di funzionamento ed uso anomalo, deformazioni significative imposte da cedimenti del terreno di fondazione;
  • provati gravi errori di progetto o di costruzione;
  • cambio della destinazione d'uso della costruzione o di parti di essa, con variazione significativa dei carichi variabili e/o della classe d'uso della costruzione;
  • interventi non dichiaratamente strutturali, qualora essi interagiscano, anche solo in parte, con elementi aventi funzione strutturale e, in modo consistente, ne riducano la resistenza o ne modifichino la rigidezza.
  • opere realizzate in assenza o difformità dal titolo abitativo, ove necessario al momento della costruzione, o in difformità alle norme tecniche per le costruzioni vigenti al momento della costruzione.

L'intervento che si intende realizzare dovrà essere ricondotto ad una delle seguenti 3 categorie (§ 8.4 delle NTC) per cui si richiede di garantire un differente livello di sicurezza:

  1. interventi di riparazione o locali che interessano elementi isolati e per i quali è possibile dimostrare che saranno migliorate le condizioni di sicurezza preesistenti;
  2. interventi di miglioramento: sono interventi per i quali è richiesto di incrementare il livello di sicurezza dell'intera costruzione seppur non si sia in grado di raggiungere quello previsto per le nuove costruzioni;
  3. interventi di adeguamento: si tratta di sopraelevazioni, ampliamenti o cambi di destinazioni d'uso a seguito dei quali si richiede di ripristinare la sicurezza in modo da garantire la stessa prestazione attesa per edifici nuovi.

Sia per interventi di adeguamento che di miglioramento sismico le NTC richiedono una valutazione globale dell'edificio, prima e dopo l'intervento.

S'intende valutare la sicurezza di un piccolo edificio esistente ubicato a Milano con lo scopo di determinarne le eventuali carenze di capacità resistente o deformativa. Sulla scorta dei risultati ottenuti, si metteranno in essere opportuni interventi di adeguamento sismico.
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Interventi per incrementare la sicurezza sismica: quali differenze tra NTC 2008 ed NTC 2018?

Le categorie di intervento citate nel paragrafo precedente sono ugualmente proposte per le NTC 2008 e le NTC 2018, con una differenza che potrebbe sembrare solo formale ma che all'atto pratico può risultare sostanziale: l'ordine con cui sono proposte le categorie è invertito. Le NTC 2008 pongono come prima categoria quella dell'adeguamento sismico, mentre le NTC 2018 pongono al primo posto dell'elenco gli interventi locali.

Come accennato nell'introduzione, le Nuove Norme Tecniche pubblicate in Gazzetta il 20 febbraio 2018 (NTC 2018) ripongono al centro dell'attenzione il delicato tema della verifica e dell'adeguamento degli edifici esistenti puntando a migliorare le prestazioni sismiche della maggior parte degli edifici rinunciando ad ottenere il massimo livello di sicurezza per un numero ridotto di edifici.

In termini pratici questo si è tradotto nell'incentivare gli interventi di miglioramento, per cui è richiesto un livello di sicurezza pari ad almeno il 10% di quello delle nuove costruzioni, e nel rendere economicamente più accessibili gli interventi di adeguamento. Per questi ultimi si ammette di raggiungere in alcuni casi non lo stesso livello di sicurezza delle nuove costruzioni, ma l'80%, concedendo una riduzione di circa il 20% della sicurezza attesa.

Ciò si traduce in taluni casi nell'accettare il livello di sicurezza esistente o nel dimensionare un intervento di adeguamento meno importante e quindi economicamente più sostenibile.

Quali obiettivi ha la valutazione della sicurezza sismica delle strutture?

Valutare la sicurezza di un edificio ha l'obiettivo di stabilire se, in caso di danneggiamento, degrado o intervento strutturale, l'uso della costruzione esistente possa continuare ad esistere senza interventi, se debba essere previsto un uso diverso dell'edificio (declassamento, cambio di destinazione e/o imposizione di limitazioni e/o cautele nell'uso) o se sia necessario ripristinare la capacità portante della costruzione.

Per giungere a tali obiettivi con le NTC si chiede di garantire che la costruzione soddisfi i requisiti di sicurezza in termini di resistenza, rigidezza e duttilità fissati dalla norma nel caso in cui si raggiunga uno o più stati limite durante la vita nominale dell'opera.

Nello specifico, per edifici esistenti si potrà fare riferimento ai soli Stati Limite Ultimi garantendo che, in tali condizioni, la costruzione mantenga un sufficiente livello di sicurezza ovvero una capacità di evitare crolli, instabilità o dissesti gravi che possano compromettere l'incolumità delle persone. Le Verifiche agli Stati Limite Ultimi possono essere eseguite rispetto alla condizione di salvaguardia della vita umana (SLV) o, in alternativa, alla condizione di collasso (SLC).

Quale procedura indicano le NTC per verificare la sicurezza sismica delle strutture?

È particolarmente complesso analizzare ed interpretare il comportamento strutturale di edifici esistenti a causa della ridotta conoscenza dell'organismo strutturale e dei materiali. Proprio per questo motivo la normativa non è in grado di definire delle regole generali valide per tutte le tipologie di edificio e nemmeno potrebbe fornire delle indicazioni specifiche per ciascun singolo caso. La scelta del modello e delle ipotesi di calcolo per la valutazione della sicurezza è dunque affidata alla competenza e capacità critica del Progettista.

Le norme tecniche per le costruzioni sia nella versione delle NTC 2008 che NTC 2018 (§ 8.5 delle NTC) propongono un iter progettuale comune a tutti gli interventi che può essere riassunto nei seguenti punti.

  1. INDAGINE CONOSCITIVA. L'indagine conoscitiva dell' edificio ha lo scopo di definire lo stato attuale della costruzione mediante rilievi plano-altimetrici, strutturali (dimensioni geometriche dei componenti strutturali, quantitativi delle armature, collegamenti;) e dello stato di danno e deformativo della struttura.
  2. ANALISI STORICA. Lo studio storico-costruttiva dell'opera guida il progettista nella ricostruzione dello stato di sollecitazione attuale alla luce degli eventi che hanno interessato l'edificio nel tempo: dati di progetto originari, modifiche strutturali intercorse e studio dei fenomeni ambientali che hanno interessato l'edificio (terremoti, eventi atmosferici , dissesti, ..). L'indagine dovrebbe essere estesa anche alla conoscenza delle tecniche costruttive e progettuali del tempo in cui la struttura è stata edificata per risalire ai criteri che hanno portato il progettista a certe scelte di intervento.
  3. INDAGINE SULLE FONDAZIONI. Lo studio geologico-geotecnico dell'area ed il rilievo delle fondazioni (tipologia e stato conservativo) hanno l'obiettivo di stabilire quale interazione sia in essere tra fondazione e terreno e come tale interazione si stia riflettendo sulla struttura.
  4. INDAGINI SUI MATERIALI. Il livello di conoscenza dei materiali dipende dal grado di approfondimento delle indagini svolte in sito o in laboratorio: ispezioni visive, carotaggi ed indagini strumentali più o meno distruttive sono condotte per definirla tipologia, le proprietà meccaniche e lo stato di conservazione dei materiali.
  5. ANALISI ANTE OPERAM. Deve essere condotta la verifica della struttura prima dell'intervento con lo scopo di identificare le carenze ed il livello di azione sismica per la quale viene raggiunto lo SLU.
  6. PROGETTO DELL'INTERVENTO. Il progettista stabilisce e motiva il tipo di intervento che intende realizzare sulla struttura in base alle evidenze emerse in fase di indagine e studio dello stato attuale. Esegue poi il dimensionamento preliminare dei rinforzi e delle eventuali componenti strutturali aggiuntivi;
  7. ANALISI POST OPERAM. Si richiede infine di eseguire l'analisi strutturale a seguito della realizzazione degli interventi progettati e di determinare il livello di azione sismica per la quale viene raggiunto lo SLU.

In riferimento ai primi quattro punti, alla luce delle informazioni raccolte durante le indagini, si può definire un certo "livello di conoscenza" dei diversi parametri coinvolti nel modello (geometria, dettagli costruttivi e materiali) ed un conseguente fattore di confidenza, FC, da applicare come coefficiente di sicurezza alle proprietà meccaniche dei materiali per tenere in conto delle carenze nella conoscenza dei parametri del modello.

Nelle seguenti tabelle si schematizza la relazione tra livello di conoscenza e fattore di confidenza per le NTC 2008 e le NTC 2018. Le due tabelle sono sostanzialmente coincidenti.

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Tabella C8A.1.2 della Circolare applicativa 617/2009 delle NTC 2008
Si propone lo studio di un edificio  costituito da un telaio in calcestruzzo armato che si sviluppa su 2 livelli di 3m di altezza ciascuno. L'estensione in pianta della costruzione è di 10x5m circa; nelle seguenti figure si riportano il modello tridimensionale, lo schema in pianta e la distinta delle armature per le travi ed i pilastri.
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Poiché la campagna di indagine conoscitiva della struttura, non ha raggiunto sufficienti livelli di approfondimento, si attribuisce ai materiale un basso livello di conoscenza ed un conseguente fattore di confidenza: FC = 1,35.
Le proprietà dei materiali sono:
  • calcestruzzo con resistenza cilindrica media: fcm = 28 N/mm2
  • ferro per le armature FeB44k: fym = 4000 kg/cm2
Gli orizzontamenti sono stati realizzati in laterocemento con soletta in c.a. maggiore di 4 cm e pertanto potranno essere considerati piani infinitamente rigidi. I carichi derivanti dai solai sono:
  • carichi permanenti: g = 6,4 kN/m2
  • carichi accidentali: q = 2 kN/m2

Sicurezza strutturale in condizioni sismiche: metodi di analisi e criteri di verifica

La determinazione del livello di conoscenza guida il progettista nel definire anche quali metodi di analisi è possibile adottare. Come evidente dalla tabella dei fattori di confidenza delle precedenti immagini (Tabella C8A.1.2 della Circolare 617/2009 applicativa delle NTC 2008 e Tabella C8.5.IV della Circolare 7/2019 applicativa delle NTC 2018), in caso di basso livello di conoscenza della costruzione, è necessario eseguire valutazioni della sicurezza globale con metodo lineare; per livelli di conoscenza superiori, tutti i metodi del capitolo 7.3 delle NTC sono ammessi.

Poiché nelle costruzioni esistenti in cemento armato soggette ad azioni sismiche viene attivata la capacità di elementi e meccanismi resistenti che possono essere "duttili" o "fragili", l'analisi globale deve utilizzare, per quanto possibile, metodi che consentano di valutare in maniera appropriata sia la resistenza che la duttilità disponibile.

Sia la Circolare 617/2009 (capitolo C8.7.2.5) che la Circolare 7/2019 (capitolo C8.7.2.3) forniscono la seguente classificazione degli elementi/meccanismi duttili e fragili per edifici in calcestruzzo armato:

  • "duttili": travi, pilastri e pareti inflesse con e senza sforzo normale
  • "fragili": meccanismi di taglio in travi, pilastri, pareti e nodi

I meccanismi duttili possono essere attivati in maniera diffusa su tutta la costruzione, oppure in maniera non uniforme, ad esempio localizzandosi in alcune parti critiche o su un unico piano. La plasticizzazione di un elemento o l'attivazione di un meccanismo duttile in genere non comporta il collasso della struttura e si verifica controllando che la domanda non superi la corrispondente capacità in termini di deformazione.

I meccanismi fragili possono localizzarsi in qualsiasi punto della struttura e possono determinare il collasso dell'intera struttura. La verifica è eseguita controllando che la domanda non superi la corrispondente capacità in termini di resistenza.

L'analisi s analisi lineari o non lineari. La differenza tra l'una e l'altra risiede nel modo in cui si intende tenere in considerazione la ridistribuzione delle azioni all'evolversi dei cinematismi che si innescano come conseguenza di azioni esterne: l'analisi non lineare segue questa evoluzione passo passo mentre quella lineare ne tiene conto mediante il  fattore di struttura (divenuto 'fattore di comportamento' con le NTC 2018) che traduce nel calcolo la presenza di non linearità dei materiali e di capacità dissipative. 

Come precedentemente osservato il calcolo non lineare può essere condotto solo se il livello di conoscenza non è LC1.

Quando è possibile eseguire un'analisi sismica lineare? NTC 2008 e NTC 2018 a confronto

Seppur l'analisi sismica lineare venga condotta ipotizzando le reali capacità dissipative della struttura mediante il fattore di comportamento q, esso risulta il metodo più 'familiare' per i progettisti strutturali e certamente più utilizzata dell'analisi non lineare. La consuetudine nasce da una maggiore facilità nel definire le ipotesi di modellazione e calcolo ma soprattutto nel leggere e quindi controllare i risultati ottenuti. Nel valutare la sicurezza di edifici esistenti è molto spesso la capacità interpretativa delle condizioni oggettive della struttura che guida il progettista esperto nel validare i risultati ottenuti. E la congruenza tra esperienza e risultato di calcolo è sicuramente più accurata ed immediata se si conduce un'analisi lineare.

Vero è che l'analisi non lineare è in grado di stimare in modo più preciso il comportamento sismico della struttura per incremento dei carichi esterni identificandone le capacità dissipative; per questo motivo le NTC 2018 introducono un criterio di validazione che permette di stabilire se il metodo di analisi linerae è da considerarsi attendibile o meno. Nel caso non lo sia è necessario eseguire un calcolo non lineare.

Il criterio si basa sulla valutazione del parametro ρ per ciascun elemento strutturale: 

ρ i = D i/C i

con Di = momento flettente fornito dai calcoli sismici della struttura per l'i-esimo elemento e Ci = momento resistente valutato con lo sforzo normale relativo alle condizioni di carico gravitazionali dell'i-esimo elemento.

Per tutti i ρ > 1 si stima il coefficiente di variazione ovvero il rapporto tra deviazione standard e media dei ρ calcolati. Il coefficiente di variazione non può superare il limite 0,5.

Le NTC 2008 includevano già la valutazione del parametro ρ come esposto per le NTC 2018 ma questo rientrava nei criteri di accettabilità non del tipo di analisi (lineare o non lineare) ma bensì del tipo di verifica da condurre su ciascun elemento strutturale una volta scelta l'analisi lineare.

Nel seguito vengono proposte le verifiche che devono essere condotte sia nel caso di analisi lineare che non lineare sottolineando ancora una volta la differenza tra NTC 2008 e NTC 2018.

Verifiche di sicurezza con analisi sismica lineare: le NTC 2008 differivano dalle NTC 2018

L' analisi lineare può essere effettuata secondo due differenti modalità:

  1. considerando lo spettro di risposta elastico (q = 1);
  2. considerando lo spettro di risposta di progetto che si ottiene dallo spettro elastico riducendone le ordinate con l'uso del fattore di comportamento q, il cui valore è scelto nel campo fra 1,5 e 3,0 sulla base della regolarità e dei tassi di lavoro dei materiali sotto le azioni statiche. (1,5 < q < 3)

In caso di spettro di progetto le verifiche degli elementi strutturali devono essere condotte in termini di capacità resistente secondo le seguenti indicazioni:

  • Componenti  "Duttili": la sollecitazione indotta dall'azione sismica (1,5 < q < 3) sia inferiore o uguale alla corrispondente resistenza.
  • Componenti  "Fragili": la sollecitazione indotta dall'azione sismica (q = 1,5) sia inferiore o uguale alla corrispondente resistenza.

In caso di spettro elastico, le verifiche sono condotte in modo diverso per i meccanismi duttili e quelli fragili.

In particolare, la verifica delle componenti "duttili" viene eseguita confrontando gli effetti indotti dalle azioni sismiche in termini di deformazioni (rotazioni) con i rispettivi limiti di deformazione.
La verifica delle componenti "fragili" viene eseguita confrontando gli effetti indotti dalle azioni sismiche in termini di forze con le rispettive resistenze. Le sollecitazioni di verifica sono ottenute da condizioni di equilibrio, in base alle sollecitazioni trasmesse dagli elementi/meccanismi duttili.

Come dicevamo nel paragrafo precedente, le ormai superate NTC 2008 proponevano un criterio di accettabilità nel caso di verifica in termini di deformazione/resistenze. In mancanza di soddisfacimento del criterio di accettabilità, era necessario eseguire le verifiche in termini di resistenza. Il criterio prevedeva che le verifiche in termini di deformazione/resistenze potessero essere condotte se sono soddisfatte le seguenti condizioni:

  • ρmaxmin ≤ 2,5 calcolato come segue:
    • ρi = Di/Ci con Di = momento flettente fornito dai calcoli sismici della struttura per l'i-esimo elemento e Ci = momento resistente valutato con lo sforzo normale relativo alle condizioni di carico gravitazionali dell'i-esimo elemento
    • ρmax e ρmin rispettivamente i valori massimo e minimo di tutti i ρi ≥ 2 considerando tutti gli elementi primari della struttura
  • Ci (elementi/meccanismi FRAGILI) > Di calcolando la domanda Di come segue:
    • se ρi (elementi/meccanismi FRAGILI) > 1, Di è calcolato sulla base della resistenza degli elementi duttili adiacenti
    • se ρi (elementi/meccanismi FRAGILI) < 1, Di è calcolato sulla base dei risultati del calcolo.

Naturalmente le due tipologie di verifica avrebbero dovuto portare a risultati confrontabili a fronte di una modellazione corretta delle singole componenti strutturali e di un fattore di comportamento q realistico.

La valutazione della sicurezza dell'edificio di esempio viene condotta mediante analisi dinamiche lineari (modale): avendo determinato un livello di conoscenza della struttura LC1 non è infatti possibile eseguire analisi non lineari.

Si esegue dunque un calcolo lineare optando inizialmente per un'analisi con spettro di progetto. Si sceglie di adottare cautelativamente il fattore di struttura minimo (q = 1,5), semplificando così anche il processo di verifica degli elementi strutturali: per gli elementi/meccanismi fragili infatti le verifiche devono essere condotte confrontando le resistenze con le sollecitazioni indotte dall'azione sismica calcolata con spettro di progetto le cui ordinate sono ridotte di un fattore q = 1,5; solo per gli elementi/meccanismi duttili è ammesso un fattore di struttura superiore ad 1,5 (comunque inferiore a 3).

TRAVILOG esegue automaticamente le verifiche in termini di resistenza ed emergono i seguenti risultati:
  • PILASTRI: le verifiche di resistenza a pressoflessione sono tutte soddisfatte.
  • TAGLIO: anche le verifiche a taglio non presentano particolari problemi.
  • TRAVI: numerosi elementi manifestano un'insufficiente resistenza a flessione con uno sfruttamento massimo di 1,26 ed un relativo coefficiente di sicurezza pari a 0,79. Nella seguenti immagini si riporta l'esito delle verifiche per le travi ed il dettaglio della verifica su una sezione tipo.
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Si intende dimensionare un intervento di adeguamento sismico a flessione per ripristinare la capacità di resistenza delle travi di impalcato (si veda paragrafo successivo) la cui verifica ha dato esisto negativo.

Verifiche di sicurezza con analisi non lineare: le NTC confermano il metodo

Nel caso di analisi non lineare di tipo pushover, le verifiche degli elementi "duttili"/"fragili" vengono eseguite come segue:

  • "elementi duttili": si confrontano gli effetti indotti dalle azioni sismiche in termini di deformazioni con i rispettivi limiti di deformazione per ciascuno stato limite, calcolati in corrispondenza di dmax;
  • "elementi fragili": si confrontano gli effetti indotti dalle azioni sismiche in termini di forze con le rispettive resistenze calcolate in questo modo:
    • dal calcolo pushover del sistema a più gradi di libertà si ricava il taglio massimo alla base Vbu
    • si individua lo spostamento dcu corrispondente a tale taglio
    • se lo spostamento dmax relativo ad un dato Stato limite è minore di dcu, il taglio verrà calcolato in corrispondenza di dmax
    • se dmax > dcu, il taglio verrà calcolato in corrispondenza di dcu.

Per quanto attiene al metodo di calcolo e alle verifiche per l'analisi non lineare, non si rilevano modifiche tra i due testi normativi NTC 2008 ed NTC 2018.

Valutazione della sicurezza sismica: stima della vulnerabilità tra NTC 2008 e NTC 2018

L'indice di vulnerabilità sismica della struttura è un parametro che consente di quantificare la sicurezza strutturale ed è definito come il rapporto tra la capacità della struttura e la domanda sismica allo stato limite ultimo. Mentre le NTC 2008 non hanno specificato un indice 'ufficiale', le NTC 2018 hanno introdotto l'indicatore (ζE) che si valuta come rapporto tra l'azione sismica massima sopportabile dalla costruzione e quella che si utilizzerebbe nel progetto di un nuovo edificio.

ζ E = PGAc / PGAd

La PGA (D) è l'accelerazione di picco dello spettro sismico di progetto (domanda di spostamento) mentre PGA (C) è l'accelerazione di picco dell'evento sismico che porta la struttura al raggiungimento dello stato limite (capacità).

In caso di analisi sismica lineare, è possibile introdure un coefficiente di sicurezza (cs) dato dal rapporto tra sollecitazione ultima e sollecitazione di calcolo per ciascun elemento:

cs= (Rd / Ed)min

dove Rd sono le resistenze ed Ed le sollecitazioni di ciascun elemento. Il valore che 'comanda' il comportamento dell'intera struttura è il minimo tra tutti quelli ottenuti su ciascun elemento; la vulnerabilità è dunque dettata dal primo elemento che raggiunge la resistenza ultima. Considerando come elemento di controllo proprio questo elemento, il calcolo deve essere iterato variando la PGA di progetto fintanto che l'elemento non raggiunge una verifica con valore unitario. Si tenga presente che in questa fase è fondamentale leggere con attenzione la reale capacità dell'edificio. Se l'elemento più critico è una trave secondaria, è probabile che, raggiunta la sua capacità massima, l'edificio non collasserà. Diverso è il caso di pilastri principali. Questi ultimi arrivando a rottura porteranno a collasso buona parte dell'edificio. L'elemento di controllo che intendiamo monitorare e che porta a definire la PGA di capacità dovrebbe dunque essere identificato in questo modo.

Apportando interventi di adeguamento o miglioramento alla struttura, l'indice ζE consente di valutare quale intervento garantisca le prestazioni migliori in termini di sicurezza sismica. Solo con l'introduzione delle NTC 2018 il normatore ha fissato dei limiti precisi da rispettare a seguito di interventi di miglioramento o adeguamento:

  • interventi di miglioramento: per costruzioni di classe III ad uso scolastico e di classe IV, il valore di ζE deve essere non minore di 0,6, mentre per le rimanenti costruzioni di classe III e per quelle di classe II il valore di ζE, deve essere incrementato di un valore comunque non minore di 0,1.
  • interventi di adeguamento: in condizioni di progetto ζE deve essere superiore ad 1,0.
    Si accetta che ζE >= 0,80 solo in caso di variazioni di destinazione d'uso e in caso di modifiche nella classe d’uso che conducano a edifici di classe III ad uso scolastico o di classe IV.
Riprendendo i risultati commentati precedentemente, per l'edificio analizzato il parametro di vulnerabilità è rappresentato dal coefficiente di sicurezza (cs) pari a 0,79. Un coefficiente inferiore all'unità implica la necessità di prevedere interventi di adeguamento, come esposto nel paragrafo successivo.

Interventi di rinforzo della struttura secondo le NTC

Gli interventi di rinforzo di strutture esistenti in calcestruzzo armato sono trattati sia nel PARC8.A.7 della Circolare 617/2009 che nel paragrafo C8.7.4.2 della Circolare 7/2019. Se ne riporta nel seguito una sintesi.

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Incamiciatura in C.A.

L'incamiciatura in calcestruzzo armato di pilastri o pareti è un intervento che consente di posizionare armature longitudinali e trasversali con un copriferro adeguato al fine di raggiungere i seguenti scopi:

  • aumento della capacità resistente verticale;
  • aumento della resistenza a flessione e/o taglio;
  • aumento della capacità deformativa;
  • miglioramento dell'efficienza delle giunzioni per sovrapposizione.

Incamiciatura in acciaio

Le camicie in acciaio applicate a pilastri rettangolari sono generalmente costituite da quattro profili angolari sui quali vengono saldate piastre continue in acciaio o bande di dimensioni ed interasse adeguati, oppure vengono avvolti nastri in acciaio opportunamente dimensionati. I profili angolari possono essere fissati con resine epossidiche o semplicemente resi aderenti al calcestruzzo esistente. Le bande possono essere preriscaldate prima della saldatura e i nastri presollecitati, in modo da fornire successivamente una pressione di confinamento.

Le camicie in acciaio vengono generalmente applicate a pilastri o pareti per conseguire i seguenti obiettivi:

  • Aumento della resistenza a taglio: il contributo della camicia alla resistenza a taglio può essere considerato aggiuntivo alla resistenza preesistente purché la camicia rimanga interamente in campo elastico. Tale condizione è necessaria affinché essa limiti l'ampiezza delle fessure e assicuri l'integrità del conglomerato, consentendo il funzionamento del meccanismo resistente dell'elemento preesistente.
  • Aumento della capacità deformativa.
  • Miglioramento dell'efficienza delle giunzioni per sovrapposizione.
  • Aumento della capacità resistente verticale (effetto del confinamento).

Placcatura e fasciatura in materiali compositi

L'uso di idonei materiali compositi (o altri materiali resistenti a trazione) nel rinforzo sismico di elementi in c.a. è finalizzato ai seguenti obiettivi:

  • aumento della resistenza a taglio di pilastri e pareti mediante applicazione di fasce con le fibre disposte secondo la direzione delle staffe;
  • aumento della resistenza nelle parti terminali di travi e pilastri mediante applicazione di fasce con le fibre disposte secondo la direzione delle barre longitudinali ed opportunamente ancorate;
  • aumento della duttilità nelle parti terminali di travi e pilastri mediante fasciatura con fibre continue disposte lungo il perimetro; miglioramento dell'efficienza delle giunzioni per sovrapposizione, sempre mediante fasciatura con fibre continue disposte lungo il perimetro.

Ai fini delle verifiche di sicurezza degli elementi rafforzati con FRP si possono adottare le Istruzioni CNR-DT 200/12.

Per le travi che non soddisfano le verifiche a flessione, si sceglie di applicare un placcaggio in FRP applicando fasce con le fibre disposte secondo la direzione delle barre longitudinali. Per soddisfare i requisiti di sicurezza richiesti per interventi di adeguamento si applica la seguente fibra:

Materiale: MAPEWRAP C-UNI-AX-HM-600
Spessore: 0,329mm
Larghezza fascia: 300mm
Lunghezza di ancoraggio: 152mm
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A seguito dell'intervento il coefficiente di vulnerabilità varia da 0,79 a 1,09 (M RES / M ed = 63.609 / 58.473)
Graziella Campagna - Ingegnere per l’Ambiente e il Territorio - Ing. Geotecnico

Graziella Campagna

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Ingegnere per l’Ambiente ed il Territorio, con specializzazione in Geotecnica e Difesa del Territorio.
Svolgo attività professionale presso la software house Logical Soft collaborando nello sviluppo di programmi dedicati al mondo dell’edilizia.
In particolare mi occupo di analisi per lo sviluppo del software TRAVILOG, nello specifico per la parte dedicata al calcolo strutturale di edifici in muratura e alla verifica geotecnica delle fondazioni. Seguo l’attività di produzione e le fasi di test, controllo e validazione dei moduli di TRAVILOG e la redazione del supporto per facilitare l'utilizzo del software.
Gestisco e curo lo sviluppo del software SCHEDULOG per la gestione della sicurezza nei cantieri edili e la redazione di POS, PSC, DUVRI e PiMUS ai sensi del Testo Unico per la Sicurezza (D.Lgs. 81/08). Coordino le attività di produzione, ottimizzazione e controllo delle procedure e dell’interfaccia del software.
Sono responsabile del servizio di assistenza tecnica ai professionisti e coordino le attività di formazione sui temi dell'analisi strutturale, energetica ed acustica degli edifici.
Curo la stesura di manuali e videotutorial e svolgo attività di docenza nei corsi di aggiornamento del settore sia in aula che on line. Mi occupo inoltre di redazione di articoli tecnici in particolare su temi relativi al progetto strutturale e alla sicurezza nei luoghi di lavoro.