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SICUREZZA STRUTTURALE

martedì 25 giugno 2013

Il costruito italiano: tipologie, problematiche, interventi pre e post sisma degli edifici in muratura

Gli abusi non sono invisibili. Basta guardarsi intorno; magari più in alto, quota verande. Finestre che si allargano, balconi che si allungano, pareti che si spostano, tetti che spuntano sul terrazzo. Nel 1994, l’anno in cui si discusse la seconda legge di sanatoria urbanistica, in Italia furono costruite 83mila abitazioni fuorilegge, e di queste, 16mila erano in Campania.
Nel nostro paese tra condono legge 47/85 e legge 724/94, sono state presentate complessivamente circa 2350 pratiche, di cui, a distanza di 28 anni dal primo e 19 dal secondo condono, attualmente sono state definite appena il 20% del totale.
Ma la questione è altra. La città di Sant’Anastasia, è caratterizzata da tipologie costruttive molto diverse che vanno dall’edificio storico, a costruzioni più recenti in muratura o in cemento armato nate per la maggior parte intorno all’inizio degli anni 80 e proseguite per circa un ventennio, a volte anche rimaneggiate nel tempo con interventi privi di criterio.
Un panorama così ampio non può certo essere oggetto di un solo articolo ma può, nel suo insieme, essere la base per alcune riflessioni interessanti sulle modalità costruttive e, soprattutto, sulle modalità di intervento di consolidamento sismico che si sono succedute negli anni e che dovranno essere adottate per migliorare il livello di sicurezza dei nostri edifici e del nostro patrimonio culturale.

Rischio e sicurezza
L’Italia è un paese caratterizzato da un’elevata sismicità che si distribuisce sul territorio nazionale con diversi livelli di gravità. Le più recenti normative hanno preso atto della presenza di una pericolosità sismica diffusa che non risparmia zone che le precedenti classificazioni dichiaravano esenti da una probabilità di eventi sismici di un qualche rilievo.
Questa circostanza ha accentuato la presenza sul territorio italiano di edifici, anche abbastanza recenti, che benché costruiti a norma di legge, non rispondono ai requisiti delle zone sismiche.
Un patrimonio edilizio secolare, l’assenza di criteri sismici nella progettazione, in quanto non richiesti all’epoca, gli interventi di modifica architettonica senza le adeguate verifiche strutturali, sono alcuni dei fattori che rendono il patrimonio edilizio italiano a maggiore rischio sismico.
Allo stato attuale, molto si deve fare anche sulla percezione del rischio sismico. Come spesso capita, solo in occasione di eventi tragici come quelli dell’Aquila del 2009 e quello recentissimo dell’Emilia Romagna, ogni cittadino (non colpito direttamente dall’evento) sente più vivo il pericolo che incombe sul proprio territorio e su se stesso. Il rischio Vesuvio, per noi cittadini del napoletano, dovrebbe farci alzare sensibilmente il livello di guardia.
Quindi, è importante far capire alla popolazione che, anche in caso di ristrutturazione di un immobile, esiste una normativa secondo la quale è opportuno fare anche una verifica sismica ed un adeguamento di tutto il complesso edilizio interessato. Questo, non significa aggiungere fardelli burocratici alla libera iniziativa edilizia, ma cercare di tutelare i medesimi cittadini dagli eventi futuri.

Il costruito
Escludendo gli edifici con valenza storica ed edifici in cemento armato con tamponature in muratura, la presente analisi si focalizza su una tipologia costruttiva fortemente presente nella nostra cittadina, seppure declinati con caratteristiche molto differenziate: edifici in muratura.
Più della metà risulta essere stato costruito prima del 1971.
Questo semplice dato fornisce una chiara misura della vetustà e della scarsa adeguatezza ai moderni requisiti di progettazione antisismica.
A questo, si aggiunga la variazione di zonizzazione sismica (e conseguente applicazione di norme progettuali adeguate) che ha subito il territorio italiano negli ultimi anni.
Si può dire che, nonostante le prime normative sismiche italiane risalgono all’inizio del XX secolo, solo nel 1984 si è avuta una classificazione del territorio italiano con criteri abbastanza omogenei. Ciò implica che costruzioni fino a tutto il 2003, localizzate in quei Comuni che non erano dichiarati zona sismica non rispondono alle normative costruttive di settore.
Con le nuove Norme Tecniche delle Costruzioni (Decreto 14/01/2008 del Ministero delle Infrastrutture), la valutazione delle azioni non si basa più su una classificazione legata al confine amministrativo del Comune, ma dipende dalla valutazione della pericolosità sismica definita sulla base di parametri legati, tra l’altro, alla natura della zona, del sottosuolo e del suolo in esame.

Edifici in muratura
Una classificazione semplice ma efficace degli edifici in muratura portante è:

  • a) Edifici interamente in muratura con orizzontamenti costituiti da volte: sono tipologie costruttive storiche nelle quali l’organizzazione strutturale (fondazioni, elementi verticali, orizzontamenti) è realizzata con elementi lapidei o in laterizio di diversa forma e diversamente legati. I tetti sono generalmente costituiti con capriate in legno; gli orizzontamenti funzionano principalmente con il principio dell’arco e/o della volta. Le aperture sono generalmente caratterizzate da un elemento superiore di arco di scarico o piattabanda. La struttura costruttiva, insieme ai mutamenti e degradi subiti negli anni, comportano una scarsa resistenza a trazione e un comportamento a elementi separati con possibilità di rotture locali in seguito a eventi sismici.
  • b) Edifici con ritti in muratura e orizzontamenti costituiti da solai la cui orditura principale è composta da travi isostatiche in legno o ferro: sono tipologie costruttive comunque storiche, con una distribuzione dei carichi dei solai di tipo monodirezionale, generalmente del tipo travi appoggiate sui muri maestri, a volte con presenza di un rompi tratta trasversale che esercita un carico pressoché concentrato sui muri trasversali. Aspetti peculiari per una valutazione del comportamento di tali strutture sono la differenziazione tra i materiali costituenti elevazione e orizzontamenti, l’ammorsamento delle travi nei muri portanti e la loro capacità di trasferire le forze orizzontali agli elementi in elevazione, la rigidezza dell’orizzontamento, la presenza di eventuali riseghe nei muri portanti che possano diminuirne lo spessore resistente sia in elevazione che localmente.
  • c) Edifici con ritti in muratura e orizzontamenti costituiti da solai ammorsati in un cordolo perimetrale in calcestruzzo armato:costituiscono la tipologia più diffusa per quanto riguarda gli edifici in muratura di recente costruzione, anche in conseguenza del fatto che molte normative tecniche hanno reso obbligatoria la realizzazione di una cordolatura in c.a. a livello dei solai, per lo più realizzati in latero-cemento con soletta in c.a. L’effetto principale di tali cordolature, se effettuate con continuità sul perimetro di piano, è un effetto di cerchiatura della muratura, oltre a quelli di maggiore collegamento degli orizzontamenti con le pareti verticali, di distribuzione di eventuali carichi localizzati e di diminuzione dell’altezza libera di inflessione del paramento murario. L’effetto dei solai in latero-cemento, sotto alcune condizioni esecutive, nel merito delle quali non si entra in questa sede, è quello di un collegamento rigido che funge da ripartitore delle forze orizzontali dovute al sisma sugli elementi verticali. In assenza di forti asimmetrie, il concetto di solaio rigido ha portato a concentrare l’attenzione sulle forze agenti nel piano della muratura piuttosto che sugli effetti ortogonali alle stesse.

Le tre categorie sopra descritte sono caratterizzate da comportamenti meccanici e resistivi molto diversi non solo tra le categorie evidenziate ma anche all’interno di ciascuna di esse.
Modellazioni cinematiche sempre più avanzate e, soprattutto, l’osservazione di danni provocati dai più recenti terremoti, hanno evidenziato alcune peculiarità di comportamento che hanno in qualche modo cambiato e dovranno cambiare sempre più l’approccio al calcolo e all’adeguamento sismico delle costruzioni in muratura.
In particolare, al contrario di quanto accade in edifici con telaio di cemento armato o acciaio, gli edifici di muratura ordinaria raramente hanno subito collassi completi durante i sismi italiani. Molto più frequenti sono i meccanismi locali di collasso che, se la muratura è opportunamente ingranata, mostrano collassi per perdita di equilibrio.
Il ribaltamento delle facciate costituisce una delle conseguenze più pericolose di un terremoto in Italia.
Infatti, mentre le azioni nel piano della muratura provocano danneggiamenti per azioni di taglio (le classiche rotture a X) che sono contrastate da una resistenza per materiale e forma della parete, le azioni perpendicolari al piano incontrano minore resistenza, soprattutto nel caso di murature, sia in pietra che in laterizio, scarsamente ingranate e/o legate anche per qualità ed invecchiamento delle malte.
Si verificano pertanto meccanismi locali di rottura nelle pareti murarie prevalentemente per azioni perpendicolari al loro piano e, nel caso di sistemi ad arco, anche per azioni nel piano. Le conseguenze di un collasso fuori del piano sono in genere più pericolose di quelle associate a una crisi nel piano, poiché comportano la perdita di capacità portante.
I meccanismi locali di rottura sono di diversa natura, ma i principali possono essere individuati nella disgregazione della muratura e nella flessione verticale della parete muraria che può essere considerata come un elemento monolitico tra due vincoli alle estremità inferiore e superiore.
Un fattore importante per una adeguata risposta degli edifici al sisma è la regolarità sia in pianta che in altezza.
La notevole influenza della regolarità della geometria e della distribuzione delle masse di un edificio sulla risposta sismica delle costruzioni, indipendentemente dal materiale utilizzato, è ormai ampiamente riconosciuta. Quanto suddetto è altresì riportato nelle più importanti normative del mondo; queste considerano esplicitamente gli effetti legati alla regolarità/irregolarità dovuta sia alla configurazione strutturale che alla sfavorevole disposizione di elementi non strutturali.
La regolarità (da analizzarsi sia in pianta che in altezza) è legata ad una serie di fattori diversi che possono essere individuati in semplicità, simmetria, compattezza, distribuzione delle resistenze e rigidezze, distribuzione degli elementi strutturali e distribuzione degli elementi non strutturali.

Le schede che seguono esemplificano e sintetizzano gli aspetti significativi dell’analisi dei cinematismi di collasso locali negli edifici esistenti in muratura.

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Gli interventi strutturali su edifici in muratura esistenti
I possibili interventi strutturali su edifici esistenti sono normalmente classificati (si vedano le Nuove Norme Tecniche delle Costruzioni, 2008).
In particolare è necessario:

  • a) riconoscere il linguaggio architettonico e meccanico delle costruzioni murarie;
  • b) evitare incompatibilità meccaniche, fisiche, chimiche;
  • c) mirare ad un intervento minimo, contemperando sicurezza e conservazione;
  • d) valutare l’interazione dell’edificio in esame all’interno dell’aggregato edilizio, se presente.

Prima di qualsiasi intervento, sia in seguito ad un sisma che non, è indispensabile effettuare un rilevamento delle eventuali carenze strutturali.
A seconda delle carenze riscontrate e del progetto architettonico-funzionale sarà valutato il livello e la tipologia di interventi strutturali e non atti a migliorare il livello di sicurezza dell’edificio. In tale ottica, interventi di consolidamento possono essere costituiti da irrigidimento dei solai, eliminazione o riduzione delle spinte, soprattutto delle coperture attraverso, ad es. l’utilizzo di catene, riduzione delle carenze dei collegamenti (tiranti metallici, cerchiature, introduzione di elementi armati di rinforzo, cordoli, etc.), ripristino della “regolarità” geometrica e di masse, incremento di resistenza delle pareti murarie (iniezioni, interventi di “scuci e cuci”, tiranti, placcaggio con rete elettrosaldata e malta cementizia, etc.), interventi su pilastri e/o colonne, cerchiatura di fori, e molto altro.
Un esempio di intervento di adeguamento sismico che negli anni passati è stato considerato quasi obbligatorio nel caso di lavori su edifici in muratura esistenti è l’introduzione di cordoli in c.a. a coronamento dei piani e di collegamento con i solai. Le recenti esperienze del terremoto dell’Abruzzo 2009 hanno dimostrato come tale intervento debba essere progettato con accortezza e la sua validità dipenda fortemente dalle condizioni e caratteristiche meccaniche della muratura sulla quale si va ad intervenire.
Frequentemente gli incatenamenti metallici e lignei, a seconda delle modalità di realizzazione utilizzate in alcuni interventi premoderni come il radicamento ligneo o l’inserimento di catene lignee nel volume murario, hanno rappresentato la causa dei meccanismi di collasso della struttura muraria indebolita dai medesimi.

Conclusioni
La capacità che una struttura possiede per opporsi in maniera soddisfacente ai terremoti molto violenti dipende in modo determinante dalla scelta di un’appropriata morfologia architettonica e dall’efficienza della conseguente configurazione del sistema resistente.
Gli interventi finalizzati al miglioramento della risposta sismica degli edifici richiedono un’analisi non esclusivamente strutturale e coinvolgono diversi aspetti dell’edificio stesso. Elementi non strutturali, quali la distribuzione dei vuoti e dei pieni nonchè delle tamponature, modificano anche sostanzialmente il comportamento dell’edificio rispetto a quello della struttura nuda.

Dott. Arch. Donato Maione

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