I.R.C.A.T.
Istituto Ricerche Casa Ambiente Territorio
Camera di Commercio Industria Artigianato e Agricoltura di Torino
Convegno “La sicurezza nei condomini a 360° ”
Torino, 7 Luglio 2005
VULNERABILITÀ SISMICA:
ANALISI DEL PATRIMONIO EDILZIO ESISTENTE
NEL QUADRO DELLA NUOVA NORMATIVA SISMICA.
Ing. Nicola Mordà - Ing. Pasquale Lesce
NS- Engineering
c.so Sommeiller, 8 - 10126 Torino
Tel - Fax 011-19706112
www.nseng.it
Contatti per NS-Engineering
Ing. Nicola Mordà
Cell. 3494738065
Ing. Pasquale Lesce
Cell. 3405945321
1.
2.
3.
4.
5.
Il quadro normativo ................................................................................................................................... 0
1.1.
Dati necessari per le verifiche .......................................................................................................... 2
1.2.
Edifici in c.a.: criteri per la scelta degli interventi ............................................................................. 4
1.3.
Edifici in muratura: criteri per la scelta degli interventi..................................................................... 5
1.4.
Considerazioni e osservazioni ......................................................................................................... 6
Il patrimonio edilizio esistente ................................................................................................................... 7
2.1.
Quadro complessivo......................................................................................................................... 8
2.2.
L’incombenza sismica .................................................................................................................... 10
2.3.
Patrimonio edilizio in Piemonte e classificazione sismica.............................................................. 13
2.4.
Considerazioni................................................................................................................................ 18
Vulnerabilità degli edifici in muratura ...................................................................................................... 19
3.1.
L’organismo strutturale murario ..................................................................................................... 19
3.2.
Carenza per scarsa qualità della tessitura muraria........................................................................ 21
3.3.
Carenza per scarso ammorsamento delle murature tra loro e coi solai ........................................ 23
3.4.
Carenza per presenza di elementi spingenti.................................................................................. 27
3.5.
Carenza generata da interventi di modifica della tessitura strutturale ........................................... 28
3.6.
Quadro conclusivo.......................................................................................................................... 29
Vulnerabilità degli edifici in c.a................................................................................................................ 30
4.1.
Regole strutturali generali .............................................................................................................. 32
4.1.1.
Sistemi strutturali resistenti: aspetti di riferimento delle costruzioni antisismiche.......................... 32
4.1.2.
Dettagli costruttivi: differenze tra le richieste normative................................................................. 36
4.2.
Regole morfologiche-strutturali generali ........................................................................................ 37
4.2.1.
Regolarità di pianta ........................................................................................................................ 37
4.2.2.
Regolarità in altezza....................................................................................................................... 40
4.3.
Quadro conclusivo.......................................................................................................................... 42
Considerazioni conclusive ...................................................................................................................... 43
5.1.
Criteri generali di intervento ........................................................................................................... 43
5.2.
Obblighi relativi alle verifiche e agli interventi ................................................................................ 43
5.3.
Regole di condotta per i proprietari-gestori .................................................................................... 44
0
1. Il quadro normativo
La nuova normativa sismica ha introdotto molte novità nel contesto delle costruzioni, sia di nuova
realizzazione sia esistenti. E’ probabile che altre innovazioni siano apportate dal futuro TU sulle costruzioni.
Allo stato attuale la norma che disciplina dal punto di vista strutturale gli interventi sulle costruzioni esistenti
in zona sismica è l’Ordinanza 3274 del 2003, successivamente modificata e integrata dall’Ordinanza 3316 e
dall’Ordinanza 3431, della quale il capitolo 11 dell’allegato 2 tratta esplicitamente gli edifici esistenti.
Restano validi tutti i decreti di calcolo delle strutture in c.a. e acciaio (DM96) muratura (DM87).
La norma ritiene giustamente sensibili agli effetti delle azioni sismiche gli edifici esistenti per due motivi
Il progetto riflette lo stato delle conoscenze al tempo della loro costruzione;
Il progetto può contenere difetti di impostazione concettuale e di realizzazione non evidenziabili.
E’ inoltre precisato che
“Tali edifici possono essere stati soggetti a terremoti passati o ad altre azioni accidentali i cui effetti non
sono manifesti. Di conseguenza la valutazione della sicurezza ed il progetto degli interventi sono
normalmente affetti da un grado di incertezza diverso da quello degli edifici di nuova progettazione. […]
E’ quindi evidenziato il concetto che resta difficile fornire indicazioni quantitative di validità generale poiché
“Negli edifici esistenti le situazioni concrete riscontrabili sono le più diverse ed è quindi impossibile
prevedere regole specifiche e dettagliate per tutti i casi. “
Nella nuova filosofia di progettazione le norme danno delle indicazioni da seguire a livello di concetto
indicando delle linee che, in assenza di valutazioni specifiche, possono essere seguite da tecnici, lasciando
tuttavia aperta al progettista la strada della ricerca di formulazioni teoriche debitamente documentate.
Un aspetto importante da far emergere è che il legislatore, così come per gli edifici di nuova costruzione, ha
posto l’attenzione anche sui danni che gli edifici possono subire e che devono essere oggetto di verifica.
Con riferimento alle costruzioni in c.a. sono previste tre situazioni di verifica
SL di Collasso (CO): la struttura è fortemente danneggiata, con ridotte caratteristiche di resistenza
e rigidezza laterali residue, appena in grado di sostenere i carichi verticali. La maggior parte degli
elementi non strutturali sono distrutti. L’edificio presenta un fuori piombo significativo e non
sarebbe in grado di subire senza collasso ulteriori, anche modeste, accelerazioni al suolo;
SL di Danno Severo (DS): la struttura presenta danni importanti, con significative riduzioni di
resistenza e rigidezza laterali. Gli elementi non strutturali sono danneggiati ma senza espulsione di
tramezzi e tamponature. Data la presenza di deformazioni residue la riparazione dell’edificio
risulta in genere economicamente non conveniente;
SL di Danno Limitato (DL): i danni alla struttura sono di modesta entità senza significative
escursioni in campo plastico. Resistenza e rigidezza degli elementi portanti non sono compromesse
e non sono necessarie riparazioni. Gli elementi non strutturali presentano fessurazioni diffuse
suscettibili di riparazioni di modesto impegno economico. Le deformazioni residue sono
trascurabili.
Per gli edifici in muratura sono previsti solo gli ultimi due livelli di verifica, assumendo che il limite di DS
implicitamente inglobi quello di collasso.
1
Si deduce dalla definizione dello stato limite di danno limitato (DL) che l’attenzione del legislatore è
concentrata anche sulla funzionalità dell’opera nell’evenienza di sismi di bassa entità, per evitare ai
proprietari danni frequenti, nel senso probabilistico dell’azione sismica considerata, con costi di riparazione
che possono raggiungere elevate percentuali del costo di ricostruzione a nuovo.
Diverse indagini numeriche hanno confermato che sebbene alcuni edifici realizzati in assenza di norme
sismiche abbiano un margine di sicurezza accettabile rispetto al collasso, essi non presentano alcuna
sicurezza rispetto al danneggiamento per sismi frequenti quindi di bassa intensità.
1.1. Dati necessari per le verifiche
Tralasciando le procedure di calcolo, si passa ad esporre le prescrizioni normative in merito alla conoscenza
dell’edificio oggetto d’indagine. Questo aspetto è particolarmente importante poiché fornisce ai gestori degli
edifici il quadro delle richieste che il tecnico incaricato delle verifiche deve formulare. L’utilità della
esposizione delle richieste normative ricade anche sotto altri punti di vista
esse rappresentano l’indicazione della documentazione che il proprietario o il gestore dovrebbero
mantenere in relazione alla statica dell’edificio;
danno una idea dei costi preliminari allo studio dell’intervento.
In relazione a questo punto è da rilevare che un costo iniziale in fase preparatoria dello studio dell’intervento
o della verifica può in realtà essere un’economia complessiva: la normativa prevede delle riduzioni sui fattori
di sicurezza in funzione di un maggiore grado di confidenza con i dati dell’edificio. La norma prevede che
“La quantità e qualità dei dati acquisiti determina il metodo di analisi e i valori dei fattori di confidenza da
applicare alle proprietà dei materiali da adoperare nelle verifiche di sicurezza.”
Per gli edifici in c.a. i fattori di confidenza FC sono indicati nella tabella seguente in funzione del livello di
conoscenza dell’edificio
2
per le strutture in muratura si hanno i seguenti valori di FC
La normativa prevede che tutte le informazioni siano dedotte da
Documenti di progetto con particolare riferimento a relazioni geologiche, geotecniche e strutturali
ed elaborati grafici strutturali;
Eventuale documentazione acquisita in tempi successivi alla costruzione;
Rilievo strutturale geometrico e dei dettagli esecutivi;
Prove in-situ e in laboratorio.
I dati che sono necessari alle verifiche sono invece
Identificazione dell’organismo strutturale e verifica del rispetto dei criteri di regolarità. Quanto
sopra sarà ottenuto sulla base dei disegni originali di progetto opportunamente verificati con
indagini in-situ, oppure con un rilievo ex-novo;
Identificazione delle strutture di fondazione;
Identificazione delle categorie di suolo secondo quanto indicato al punto 3.1;
Informazione sulle dimensioni geometriche degli elementi strutturali, dei quantitativi delle armature,
delle proprietà meccaniche dei materiali, dei collegamenti;
Informazioni su possibili difetti locali dei materiali;
Informazioni su possibili difetti nei particolari costruttivi (dettagli delle armature, eccentricità travipilastro, eccentricità pilastro-pilastro, collegamenti trave-colonna e colonna-fondazione, etc.);
Informazioni sulle norme impiegate nel progetto originale incluso il valore delle azioni sismiche di
progetto;
Descrizione della destinazione d’uso attuale e futura dell’edificio con identificazione della
categoria di importanza,
Rivalutazione dei carichi variabili, in funzione della destinazione d’uso;
Informazione sulla natura e l’entità di eventuali danni subiti in precedenza e sulle riparazioni
effettuate.
3
1.2. Edifici in c.a.: criteri per la scelta degli interventi
Si riporta integralmente il testo della norma, rimandando ai successivi paragrafi per la descrizione dei singoli
aspetti di vulnerabilità che la norma mira a correggere.
Indicazioni generali
La scelta del tipo, della tecnica, dell’entità e dell’urgenza dell’intervento dipende dai risultati della
precedente fase di valutazione, tenendo inoltre conto degli aspetti seguenti:
errori grossolani devono essere eliminati;
nel caso di edifici fortemente irregolari (in termini di resistenza e/o rigidezza) l’intervento deve
mirare a correggere tale sfavorevole situazione;
una maggiore regolarità può essere ottenuta tramite il rinforzo di un ridotto numero di elementi o
con l’inserimento di elementi aggiuntivi;
sono sempre opportuni interventi volti a migliorare la duttilità locale;
è necessario verificare che l’introduzione di rinforzi locali non riduca la duttilità globale della
struttura;
negli edifici in acciaio sono sempre opportuni interventi volti a migliorare la stabilità locale e
flesso-torsionale degli elementi e globale della struttura.
Tipo di intervento
L’intervento può appartenere a una delle seguenti categorie generali o a particolari combinazioni di esse:
rinforzo o ricostruzione di tutti o parte degli elementi;
modifica dell’organismo strutturale: aggiunta di nuovi elementi resistenti come, ad esempio, pareti
in c.a., pareti di controvento in acciaio;
modifica dell’organismo strutturale: saldatura di giunti tra corpi fabbrica, disposizione di materiali
atti ad attenuare gli urti in giunti inadeguati o ampliamento dei medesimi, eliminazione di elementi
particolarmente vulnerabili,eliminazione di eventuali piani “deboli”;
introduzione di un sistema strutturale aggiuntivo in grado di resistere per intero all’azione sismica
di progetto;
eventuale trasformazione di elementi non strutturali in elementi strutturali, ad esempio con
incamiciatura in c.a. di pareti in laterizio;
introduzione di una protezione passiva mediante strutture di controvento dissipative e/o isolamento
alla base;
riduzione delle masse;
limitazione o cambiamento della destinazione d’uso dell’edificio;
demolizione parziale.
Elementi non strutturali ed impianti
Interventi su parti non strutturali ed impianti sono necessari quando, in aggiunta a motivi di funzionalità, la
loro risposta
sismica può mettere a rischio la vita degli occupanti o produrre danni ai beni contenuti nell’edificio.
4
1.3. Edifici in muratura: criteri per la scelta degli interventi
Si riporta integralmente il testo della norma, rimandando ai successivi paragrafi per la descrizione dei singoli
aspetti di vulnerabilità che la norma mira a correggere.
Indicazioni generali
La scelta del tipo, della tecnica, dell’entità e dell’urgenza dell’intervento dipende dai risultati della
precedente fase di valutazione, tenendo inoltre conto degli aspetti seguenti:
Murature di qualità insufficiente a sopportare le azioni verticali ed orizzontali cui sono sottoposte
devono essere adeguatamente consolidate o sostituite.
Collegamenti inadeguati tra solai e pareti o tra copertura e pareti devono essere resi efficaci.
Sono auspicabili interventi di collegamento fra pareti confluenti in martelli murari ed angolate.
Le spinte non contrastate di coperture, archi e volte devono essere ridotte o eliminate attraverso
idonei dispositivi.
Elementi a forte vulnerabilità sui quali non sia possibile intervenire devono essere eliminati.
Nel caso di edifici fortemente irregolari (in termini di resistenza e/o rigidezza), sono auspicabili
interventi che correggano tale sfavorevole situazione.
La trasformazione di solai flessibili in solai rigidi comporta una diversa distribuzione delle azioni
agenti sulle pareti, che può rilevarsi favorevole o sfavorevole in funzione della geometria della
struttura. Di ciò se ne dovrà adeguatamente tenere conto nella modellazione e nelle analisi.
Sono sempre opportuni interventi volti a migliorare la capacità deformativa ("duttilità") di singoli
elementi.
È necessario verificare che l’introduzione di rinforzi locali non riduca la duttilità globale della
struttura.
Tipo di intervento
L’intervento può appartenere a una delle seguenti categorie generali o a combinazioni di esse (elenco
indicativo, non esaustivo e non prescrittivo)
Rinforzo, sostituzione o ricostruzione di parte degli elementi;
Modifica dell’organismo strutturale: aggiunta di nuovi elementi resistenti come, ad esempio, nuovi
setti murari,controventi in acciaio, cordoli di incatenamento per strutture murarie, incatenamenti di
volte o di strutture spingenti;
Modifica dell’organismo strutturale: saldatura di giunti tra corpi di fabbrica, ampliamento dei
giunti, eliminazione di elementi particolarmente vulnerabili, eliminazione di eventuali piani
“deboli”, irrigidimento di solai;
Eventuale trasformazione di elementi non strutturali in elementi strutturali;
Introduzione di una protezione passiva mediante strutture di controvento dissipative e/o isolamento
alla base;
Riduzione delle masse;
Limitazione o cambiamento della destinazione d’uso dell’edificio;
Demolizione parziale o totale.
5
1.4. Considerazioni e osservazioni
La genesi della normativa ha origine in studi congiunti del CNR e del GNDT sulla pericolosità sismica del
territorio italiano. Pertanto i dati circa la distribuzione delle aree a rischio sismico sono da ritenersi attendibili.
Assunto ciò è naturale porsi il problema avanzato dalla norma di verificare gli edifici esistenti in relazione alla
problematica sismica.
La norma correttamente impone la verifica di quegli edifici di particolare importanza sia per questioni di
emergenza sia per entità di danni in relazione al loro impiego.
Un aspetto particolarmente importante, enunciato non in modo abbastanza esplicito, è che lo scopo delle
regole contenute nelle norme sono quelle di verificare le prestazioni dell’edificio in relazione a determinate
azioni sismiche determinate su base probabilistica.
Il concetto di prestazione è interpretabile come il funzionamento della struttura in presenza di sisma. La
norma impone le verifiche viste ai punti precedenti, richiedendo che la prestazione sia ad esempio il non
collasso o la funzionalità per sisma leggero.
In altre normative i livelli prestazionali sono più dettagliati e le richieste di prestazione riguardano situazioni
intermedie tra quelle previste dalla norma Italiana.
A titolo di esempio si riportano quelle previste da alcune norme USA per gli elementi strutturali
E’ evidente come con l’importanza a livello sociale dell’edificio siano richieste prestazioni crescenti in
occorrenza di evento sismico.
Quando una prestazione è raggiunta, ossia sotto quel sisma di assegnata probabilità la struttura soddisfa la
richiesta di comportamento, è oggetto delle prescrizioni di dettaglio delle norme in termini di deformazioni o
tensioni negli elementi.
6
2. Il patrimonio edilizio esistente
Ai fini del presente studio occorre conoscere alcuni dati relativi all’epoca di costruzione ed alla consistenza
del patrimonio immobiliare Italiano. E’ evidente che la data di costruzione degli edifici rappresenta un utile
parametro indicatore della potenziale vulnerabilità sismica di un edificio per duo ordini di motivi
•
la vetustà della struttura;
•
il livello di conoscenza tecnologica in termini di problematiche antisismiche.
Nel presente documento i tutti i dati saranno dedotti dal rapporto ISTAT relativo al censimento effettuato
nell’anno 2001 e di recente resi disponibili.
Ovviamente alcuni dati dovranno essere dedotti ed interpretati alla luce della sovrapposizione con i dati
relativi alla distribuzione spaziale del fenomeno sismico.
E’ da premettere che lo studio in questione ha lo scopo di cogliere gli ordini di grandezza della problematica
onde sensibilizzare sia i proprietari ed i gestori degli immobili ricadenti nelle che saranno individuate come
maggiormente esposte al rischio sismico.
L’esposizione prevede il tracciamento del quadro sulla consistenza, sull’epoca di costruzione e lo stato di
conservazione degli edifici in Italia. Successivamente l’esposizione sarà spostata sulla regione Piemonte con
le medesime finalità. Per la regione sarà individuata l’area a maggiore esposizione nei confronti del sisma,
pur restando nel contesto di zone a moderata e bassa sismicità.
Saranno esposte le cifre che costituiscono il patrimonio di edifici privati e che ricadono in zone sismiche di
nuova individuazione, quindi quegli edifici per i quali sarebbe opportuna una certa attenzione da parte di che
ne ha la responsabilità in termini di mantenimento e gestione.
E’ parere dello scrivente che la nuova normativa non sia affatto da considerare una speculazione teorica,
seppur con i suoi lati oscuri tipici del legislatore tecnico Italiano, ma debba essere considerata come ben
fondata a livello scientifico e, contestualmente al presente studio, per quanto riguarda l’individuazione delle
zone sismogenetiche nelle quali ricade il territorio Nazionale e del Piemonte nello specifico.
Molti punti resteranno aperti a successivi approfondimenti
-
valutazioni e misure quantitative tramite idonei descrittori della vulnerabilità degli edifici ricadenti
nelle aree indicate;
-
approfondimento di dettaglio sulla consistenza del patrimonio vulnerabile;
-
valutazione probabilistica e stima dei costi di eventuali danni fornendo linee guida circa la
convenienza economica di interventi di rafforzamento, quando non previsti per legge.
Tutti questi affascinanti argomenti non possono essere affrontati in questo contesto poiché ognuno merita
uno studio di dettaglio, che prende la base da questo documento.
7
2.1. Quadro complessivo
Dai dati del Censimento ISTAT 2001 è possibile quantificare il patrimonio edilizio nazionale ad uso abitativo
secondo quanto riportato nella tabella seguente
RIPARTIZIONE
GEOGRAFICA
Prima Dal 1919 Dal 1946
del 1919 al 1945 al 1961
Italia Nord-Ovest
1317524 801734 1271093
Italia Nord-Est
704425 425329 796829
Italia Centrale
779177 499178 909805
Italia Meridionale
827487 610530 865933
Italia Insulare
264954 368198 490222
Italia
3893567 2704969 4333882
Tabella 1: Patrimonio edilizio nazionale
Epoca di costruzione
Dal 1962 Dal 1972 Dal 1982
Dopo il
Totale
al 1971 al 1981 al 1991
1991
1663738 1185945 655467 549260 7444761
1063866 1001788 556559 527042 5075838
1090945 950453 562749 345387 5137694
1226188 1268405 1002170 459881 6260594
662646 736349 547849 279775 3349993
5707383 5142940 3324794 2161345 27268880
Non sono comprese le unità ad uso produttivo né le strutture pubbliche.
In termini percentuali il quadro è sintetizzato nel seguente grafico
Percentuale nazionale
20.0
18.0
16.0
14.0
12.0
10.0
8.0
6.0
4.0
2.0
0.0
<19
19-45
46-61
62-71
72-81
82-91
>91
Anno di costruzione
Come si vede si ha un patrimonio edilizio di marcata vetustà, almeno in termini di anno di costruzione.
Il quadro sullo stato di conservazione sembra essere più confortante. Infatti i dati globali, come riportato al
grafico seguente, indicano mediamente un buono stato di conservazione degli edifici.
8
Stato di conservazione
Stato di conservazione
60.0
50.0
40.0
30.0
20.0
10.0
0.0
Ottimo
Buono
Mediocre
Pessimo
Figura 2: Stato di conservazione - dati nazionali
Questo dato si presta a due considerazioni
•
La volontà dei proprietari e la sensibilità dei gestori di mantenere efficienti gli immobili, quindi la
misura del valore economico che ognuno assegna al bene “edificio”, è notevole. Evidentemente
l’efficienza dovrebbe intendersi anche a livello di sicurezza in relazione ai diversi rischi cui un edificio
è esposto.
La lettura incrociata di questi due aspetti avvalora quindi quelle iniziative culturali volte a
sensibilizzare gli operatori e i proprietari sulle problematiche di sicurezza della casa.
•
Occorrerebbe indagare i criteri di definizione dello stato di conservazione previsti dall’ISTAT ed
elaborare delle statistiche dello stato di conservazione strutturale. Evidentemente una manutenzione
di facciata poco influisce sulla statica dell’edificio.
9
2.2. L’incombenza sismica
Ai fini della presente discussione è utile dividere il patrimonio edilizio in due categorie relativamente all’anno
di costruzione: costruite prima del 1971 e dopo il1972. Questa classificazione trova la sua giustificazione
nell’emanazione della prima legge che fa riferimento, su fondate basi culturali, al fenomeno sismico: L.n. 64
del 1974.
La suddivisione del patrimonio edilizio nelle due categorie è sintetizzata nei grafici seguenti
70
40
60
35
50
30
25
40
20
30
15
20
10
10
5
0
0
<19
19-45
46-61
72-81
62-71
% progressiva sino al 1971
82-91
>91
% progressiva dopo il 1971
Figura 3: Percentuali nazionali cumulate per anno di costruzione
Circa il 60% degli edifici in Italia ricadenti nelle zone classificate sismiche è costruito in assenza di norme
sismiche di concezione attuale.
Prima dell’emanazione della L.64 esistevano delle prescrizioni per costruzioni in zona sismica con
indicazioni molto convenzionali a livello di azioni sismiche di calcolo e senza le attenzioni alla cura di alcuni
particolari propri delle norme di seconda generazione introdotte dalla legge 64.
E’ da rilevare inoltre che il passaggio da un sistema normativo ad uno nuovo comporta sempre un periodo di
adeguamento sia delle imprese sia dei tecnici nel modo di concepire le strutture e nel modo di realizzarle.
Il quadro che emerge da tali dati è, in realtà, ancora peggiore per i seguenti motivi
•
le recenti emanazioni normative hanno operato la riclassificazione sismica del territorio ampliando
particolarmente le zone a sismicità bassa (Zona 4) e le zone a sismicità moderata (Zona 3 in cui ricade
buona parte del territorio Piemontese);
•
le abitazioni più antiche in zona sismica sono state costruite con norme datate, non in grado di garantire
la sicurezza che si ottiene applicando le attuali Norme;
•
false credenze, in parte a scopo di esorcismo, circa la probabilità di accadimenti di un evento sismico
inducono molti a sottovalutare il fenomeno sismico.
10
La figura seguente pone a confronto le aree classificate sismiche nelle due ultime normative.
Mappa Sismica 2003
Mappa Sismica 1984
Figura 4: Evoluzione della mappatura sismica
Ovviamente la percentuale stimata in precedenza (60%) è da intendersi come media su tutto il territorio
nazionale; localmente le percentuali possono notevolmente discostarvisi sia eccesso che in difetto.
Infatti per la Regione Piemonte e per le varie province lo scenario descritto a livello nazionale è sintetizzato
nei grafici seguenti.
[%] - Piemonte
40
35
30
25
20
15
10
5
0
<19
19-45
46-61
62-71
72-81
82-91
>91
Anno di costruzione
Figura 5: Percentuale di edifici in relazione all’anno di costruzione
Si può osservare come lo stato del patrimonio immobiliare in Piemonte si discosti notevolmente dalla media
nazionale con una elevata percentuale di edifici con anno di costruzione abbastanza distante rispetto ad
oggi.
11
Le percentuali cumulate per anno di costruzione sono del 76% per gli edifici costruiti prima della L.64 e 24%
per quelli successivi.
A livello di struttura portante la ripartizione degli edifici è a netto vantaggio della tipologia strutturale in
muratura.
[%] - Piemonte
70
60
50
40
30
20
10
0
Muratura
CA
Altro
Figura 6: Ripartizione in Piemonte per tipologia strutturale
E ciò conferma l’alta percentuale di edifici con anno di costruzione avanzato.
Tuttavia sarebbe da integrare il dato precedente con ulteriori parametri indicatori relativi agli edifici, ad
esempio il numero di occupanti per classe (anno di costruzione / tipologia strutturale).
Un dato consolidato nella letteratura tecnica e nelle indagini post-sisma è che i danni maggiori in occorrenza
di eventi sismici sono subiti dagli edifici obsoleti in termini di principi di base della progettazione antisismica,
ormai abbastanza ben delineati dall’Ordinanza 3274. La figura seguente è il risultato di una ricerca condotta
dall’Istituto Giapponese di Architettura in seguito al sisma di Kobe (1995)
Figura 7: Kobe 95 - danni per anno di costruzione
12
2.3. Patrimonio edilizio in Piemonte e classificazione sismica
Per avere un’idea delle implicazioni in termini di sicurezza dell’esistente in relazione alla problematica
sismica conviene incrociare i dati del costruito con la mappatura sismica della regione Piemonte.
Per la presente esposizione è sufficiente cogliere degli ordini di grandezza in termini percentuali della
problematica.
Dai dati del censimento ISTAT 2001 è dedotto il quadro successivo in termini di ripartizione del costruito tra
le province piemontesi.
% Edifici per provincia
70.0
60.0
50.0
40.0
30.0
20.0
10.0
0.0
TO
VC
BI
VB
NO
CN
AT
AL
Figura 8: Ripartizione del costruito tra la Province del Piemonte
E’ evidente la preponderanza della provincia di Torino in termini di percentuale di edifici (48.7%); la seconda
provincia è Cuneo col 14.9% le altre province si attestano al di sotto del 10% o di poco oltre (Alessandria
10.6 %).
Sino alla recente classificazione del territorio nazionale del 2003 le zone sismiche erano individuate solo per
la provincia di Torino e di Cuneo, in particolare, con il D.M. del 4 febbraio 1982 erano classificati sismici in II
categoria 41 comuni piemontesi (40 in Provincia di Torino, 1 in Provincia di Cuneo).
La nuova mappa sismica prevede invece che tutti i comuni del Piemonte siano dichiarati a bassa sismicità
(Zona 4) e alcuni che prima erano non sismici passino a zona sismica propriamente detta (Zona 3) .
Il quadro riassuntivo è indicato nelle tabelle seguenti
Tabella 2: Quadro complessivo dei comuni sismici in Zona 3
13
Tabella 3:Quadro complessivo dei comuni sismici in Zona 2
Sovrapponendo i dati regionali dei comuni dichiarati sismici dalla precedente classificazione 1982 con quelli
attuali è immediato osservare che, fatti salvi gli edifici costruiti nella precedente zona 2, quelli costruiti prima
del 2003 ed oggi ricadenti in zona 3 sono certamente progettati e costruiti in assenza di qualunque principio
antisismico.
Il numero complessivo di questi edifici, riferito al censimento ISTAT 1991 e riportato nella tabella precedente
è di 208.000 circa, cui si possono certamente sommare quelli costruiti tra il 1991 ed oggi, arrivando
tranquillamente al numero di 210000.
L’estensione attuale delle aree a rischio sismico è individuata nella figura seguente.
Figura 9: Classificazione sismica attuale
14
Per dedurre gli ordini di grandezza, in termini visivi, conviene esaminare le figure seguenti in cui sono
sovrapposte le zone sismiche della figura precedente ai limiti provinciali.
Nella figura seguente si vede quale fosse, prima degli studi CNR-GNDT del 1998 che hanno avuto seguito
normativo con l’ordinanza 3274 3 s.m.i., l’estensione territoriale del fenomeno sismico
Figura 10: Classificazione sismica precedente - limiti provinciali
E’ evidente dal confronto tra questa figura e la precedente che l’attuale classificazione sismica ha mantenuto
le precedenti zone sismiche (in Torino e Cuneo), mentre in nessuna delle altre province era imposta la
progettazione antisismica.
Nella figura seguente si riportano le aree a rischio sismico introdotte con l’ordinanza 3274 3 s.m.i., in
sovrapposizione ai limiti provinciali.
15
Figura 11:Classificazione sismica attuale - limiti provinciali
Nel seguente grafico sono indicate le percentuali, in termini di superficie, del territorio classificato come zona
3 dalle norme per le province interessate
Comuni sismici zona 3: % rispetto alla sup. totale
50.0
45.0
40.0
35.0
30.0
25.0
20.0
15.0
10.0
5.0
0.0
AL
CN
TO
VB
Quindi, con le probabilità fissate nella stesura delle mappe di pericolosità, gli edifici saranno soggetti alle
azioni previste dalla normativa, che, è bene ricordarlo, si basa su solide basi scientifiche a livello di
individuazione delle accelerazioni al suolo.
16
Per completezza alle seguenti figure si riportano
•
le accelerazioni al suolo attese per un periodo di ritorno di 475 anni quindi con probabilità di
superamento del 10% in 50 anni così come dedotte dall’INGV.
•
l’individuazione delle zone sismogenetiche che caratterizzano il territorio del Piemonte
Figura 12: Accelerazioni sismiche per SLU
Figura 13: Sorgenti sismogenetiche presenti
17
2.4. Considerazioni
Dal breve excursus effettuato nei paragrafi precedenti i concetti emergenti possono riassumersi nei punti
seguenti con riferimento alla Regione Piemonte
esiste un cospicuo volume di edifici interessati dal fenomeno sismico che non sono stati progettati
mettendo in conto questo fenomeno (tra il 20 e il 50% a seconda delle province);
l’attuale generazione di norme è ben fondata su criteri scientifici che riflettono lo stato dell’arte a
livello di Sismologia e Ingegneria sismica, pertanto i dati di rischio sono da ritenersi affidabili, ossia si
è sicuri che il sisma previsto si manifesterà con quella probabilità.
Quindi occorre che i soggetti coinvolti, proprietari, gestori, prendano in considerazione il fenomeno sismico
nella sua interezza, sia a livello di nuova edificazione, ma non può farsi altrimenti, sia a livello di esistente
nella forma ritenuta più opportuna alla luce dei dati di rischio previsti dalla norma.
18
3. Vulnerabilità degli edifici in muratura
Nella sezione dedicata all’analisi del patrimonio edilizio è emerso che un’ elevata percentuale degli edifici
attualmente presenti sul territorio è costruita in muratura. Il Piemonte, con una percentuale del 60%, ne è la
conferma.
Nella presente sezione si discutono le caratteristiche che le costruzioni in muratura devono rispettare per
garantire un buon funzionamento in occasione di evento sismico.
Nello specifico si farà riferimento alle prescrizioni normative che riflettono anni di indagini e studi eseguiti a
seguito di eventi in varie regioni sulla risposta degli edifici in muratura, sia quelli collassati o fortemente
danneggiati, sia di quelli che hanno superato l’evento.
La linea guida della presente sezione sarà pertanto quella di descrivere il meccanismo di funzionamento
degli edifici in muratura, facendo quando necessario riferimento alle prescrizioni normative, quindi saranno
illustrate le modalità di reazione delle strutture alla violazione dei requisiti di base enunciati,
Lo scrivente ritiene importante che il gestore di un edificio abbia cognizione delle problematiche in questione
in modo che esse possano essere risolte eventualmente contemporaneamente ad altri interventi realizzando
così un continuo miglioramento dell’edificio che si concilia col significato economico dell’immobile.
3.1. L’organismo strutturale murario
E’ ormai opinione consolidata che un edificio in muratura per resistere alle azioni sismiche debba esibire un
comportamento scatolare in cui tutti gli elementi principali sono chiamati a collaborare alla ripartizione delle
azioni sismiche. La dizione “scatolare” sottintende un principio fondamentale in Ingegneria Sismica:
l’iperstaticità degli schemi strutturali.
Un organismo murario è organizzato disponendo delle pareti in modo da poter portare i carichi verticali
trasmessi dai solai e altre pareti aventi lo scopo principale di fornire adeguata rigidezza laterale nei riguardi
delle azioni orizzontali, anche non sismiche, quali il vento.
Nei riguardi delle azioni orizzontali dovute al sisma, a differenza della diffusione dei carichi verticali, tutte le
pareti sono portanti, o meglio hanno funzione di controvento. Difatti il sisma non ha una sola componente di
azione ma agisce, contemporaneamente, secondo tutte le direzioni.
Ovviamente per poter diffondere le azioni orizzontali dagli impalcati alle pareti occorre che sia garantito il
collegamento impalcato-pareti, tra pareti ortogonali e che gli impalcati abbiano idonea rigidezza in piano per
ripartire su tutti gli elementi verticali di controvento le azioni d’inerzia generate dal moto sismico.
Inoltre è importante la presenza del solaio il collegamento con le pareti: per impedire che esso possa
scorrere come corpo rigido su alcune murature e caricare quelle a cui è maggiormente solidale; e anche per
trattenere pareti con tendenza a muoversi in modo indipendente dalle altre.
C’è infatti da notare che a differenza delle strutture intelaiate in cui la maggior parte della massa è
concentrata al livello degli impalcati, nelle strutture in muratura anche le pareti hanno una notevole massa,
quindi sono soggette a una cospicua dose di forze d’inerzia.
Un punto molto delicato è solitamente il collegamento tra pareti ortogonali che agevola il meccanismo di
funzionamento globale della struttura e che a livello della singola parete caricata dalle azioni d’inerzia fuori
piano favorisce un comportamento bidimensionale a piastra piuttosto che a mensola. Questo aspetto ha un
importanza notevole nei riguardi della possibilità o opportunità di creare delle apertura in prossimità
19
dell’innesto di muri ortogonali. Le norme danno delle limitazioni su questo punto, volte proprio a impedire
l’indebolimento degli spigoli di connessione favorendo la sconnessione tra muri ortogonali.
Evidentemente un ruolo importate nel funzionamento sotto sisma è assegnato alla resistenza ed alla duttilità
della pareti quindi alla qualità della muratura costituente in termini di conservazione, sia fisica sia in termini di
interventi di modifiche operate dall’uomo, sia in termini di originaria fattura.
Fino ad ora si è parlato di azioni sismiche orizzontali. Infatti la maggiore preoccupazione è ne riguardi di
queste azioni per il fatto che eventuali componenti di accelerazione verticale andrebbero a sommarsi ai
carichi verticali nei confronti dei quali si hanno maggiori riserve di resistenza, in generale.
Tuttavia, come detto in precedenza, il sisma ha nello stesso istante tre componenti di moto e su particolari
strutture le componenti verticali possono essere molto delicata. Nelle costruzioni in muratura tipicamente si
tratta delle strutture spingenti: volte, tetti a spinta non eliminata.
Nei paragrafo successivi si esamineranno gli effetti della mancanza di rispetto delle regole descritte in
precedenza.
20
3.2. Carenza per scarsa qualità della tessitura muraria
L’analisi della risposta di strutture murarie trova il primo ostacolo concettuale già nella definizione di
parametri meccanici che descrivono la risposta globale della muratura, che è un materiale non omogeneo e
anisotropo.
Per le murature esistenti si pone l’ulteriore difficoltà di conoscere o stimare la consistenza della malta e degli
elementi impiegati per la costruzione:
la mancanza di standardizzazione;
l’approvvigionamento da fornaci locali con standard produttivi dipendenti dalla qualità della materia
prima reperibile in loco;
le abitudini esecutive locali;
sono tutte variabili che rendono difficile effettuare delle classificazioni quantitative su dati meccanici specifici
.
Le murature generalmente sono di vari tipi
in pietra: a blocchi con e senza ricorsi legati con malta;
di mattoni e malta;
mista mattoni e pietrame con malta;
in terra (blocchi di fango impastati e rivestiti con intonaci ).
Esiste per i primi tre tipi la variante a sacco, in cui il paramento esterno viene realizzato con muratura mentre
il cuore della muratura viene riempito con materiale sciolto di qualità scadente.
Tutti questi aspetti nella fattura della muratura introducono grande aleatorietà nella descrizione dei dati di
base del comportamento meccanico delle murature.
La resistenza a compressione e taglio di una muratura e la rigidezza sono i dati fondamentali di ogni analisi
di dettaglio di comportamento di un edificio
L’accertamento della fattura della muratura e della sue caratteristiche di resistenza è senza dubbio il punto di
partenza per una misura analitica quantitativa della vulnerabilità di un edificio.
Evidentemente anche il degrado dei materiali costituenti per vetustà porta a influenze sulle caratteristiche
resistenti dell’opera.
Questi dati manifestano la loro influenza sulla capacità portante della struttura in termini di carchi verticali e
di azioni di taglio dovute alle forze d’inerzia sismiche.
21
La scarsa qualità delle murature precedenti, essenzialmente costituite da pietrame scarsamente legato con
malta, hanno portato l’edificio al crollo.
22
3.3. Carenza per scarso ammorsamento delle murature tra loro e coi solai
Gli effetti dei sismi avvenuti in epoche passate, sia in Italia sia all’estero, hanno evidenziato come gli scarsi
collegamenti tra le murature e murature-solai hanno indotto al crollo degli edifici per l’instaurarsi di
meccanismi di collasso sia di tipo globale sia di tipo locale.
L’efficace collegamento tra pareti murarie e cordoli instaura un meccanismo di distribuzione degli sforzi e
delle deformazioni dell’edificio che si riflette in un comportamento globale di tipo scatolare dell’edificio.
Questo comportamento porta alla ripartizione di tutta l’energia di input del sisma tra tutti gli elementi verticali
della struttura; evidentemente in caso contrario vi saranno degli elementi più caricati che raggiunti i loro limiti
di resistenza non potranno beneficiare delle riserve degli altri e si avrà un collasso locale che può essere il
preludio al collasso globale.
Pertanto è fondamentale accertare che tutti i muri siano tra loro efficacemente collegati e che vi sia un
efficace collegamento dei muri a livello degli orizzontamenti.
Quanto detto è illustrato nei seguenti grafici.
Meccanismo globale di parete
Meccanismo locale di parete
Effetto della mancanza di ammorsamento tra pareti ortogonali e solai: la parete di facciata è indotta a
ribaltare. Il meccanismo è agevolato inoltre dalla assenza di carichi verticali portati dalla parete e dalla
presenza di elementi spingenti (tetto con spinte agenti sulla muratura) o masse a sbalzo (balconi)
23
Distacco della parete di facciata
Crollo parete di facciata
Nel sisma del 1908 di Reggio Calabria e Messina molte vittime furono causate da questi meccanismi: il crollo
delle facciate colpì gli abitanti che fuggivano per strada cercando riparo.
Un meccanismo analogo ai precedenti sempre dovuto allo scarso ammorsamento delle murature ai solai è
visibile nella figura precedente.
24
Un aspetto correlato al grado di connessione tra muri ortogonali è la presenza di aperture in vicinanza di
muri trasversali.
La presenza di un’apertura provoca la perdita di connessione della parete su cui essa insiste rispetto ai muri
trasversali
Perdita di connessione per presenza di aperture
L’effetto di quanto sopra è visibile nel seguente crollo parziale
E’ possibile che il crollo sia stato favorito dalla presenza del tetto che sembrerebbe spingente e quindi ha
generato un meccanismo di inflessione-ribaltamento fuori piano.
25
L’assenza di ammorsamento del solaio compreso tra le porzioni di parete crollate a fronte dell’efficacia dello
stesso ai piani immediatamente sotto e sopra delle stesse è la causa della loro uscita fuori piano.
26
3.4. Carenza per presenza di elementi spingenti
Gli elementi spingenti, tipicamente le coperture, hanno provocato sotto sisma seri danni poiché le
componenti verticali del moto del suolo generano delle spinte orizzontali a livello delle imposte.
Conviene pertanto che le spinte delle strutture del tetto e degli impalcati intermedi siano opportunamente
eliminate tramite catene.
27
3.5. Carenza generata da interventi di modifica della tessitura strutturale
Spesso nelle costruzioni sono effettuate modifiche alle strutture portanti verticali e orizzontali quali
sostituzione dei solai originari con nuovi in c.a.;
sopraelevazioni con tessitura strutturale in discontinuità con quella preesistente;
inserimento di elementi con rigidezza tale da alterare il comportamento globale dell’edificio;
rimozioni di muri che realizzano situazioni di pareti in falso nel contesto dell’edificio;
demolizione di muri con interposizione di travi in c.a.o acciaio;
In queste foto si nota l’effetto del nuovo solaio in c.a. molto più pesante di quello originario
Si nota la sopraelevazione in mattoni di nuova fattura sulla muratura in pietrame esistente: entrambe le
murature sono state danneggiate.
28
3.6. Quadro conclusivo
Alla luce di queste considerazione ciò che si può certamente affermare è che le carenze maggiori a livello
strutturale per gli edifici realizzati senza criteri antisismici sono
A) Aspetti strutturali
Muratura di bassa qualità;
Carenze di ammorsamenti tra pareti ortogonali e tra solai e pareti;
Presenza di elementi spingenti;
Indebolimenti locali con interruzioni di muri o inserimento di aperture;
Realizzazione di strutture miste con murature di diversa fattura;
Realizzazione di solai pesanti incompatibili con le resistenze delle murature;
B) Regole morfologiche
Forma planimetrica complessa con forti asimmetrie;
Andamento in elevazione irregolare;
Repentina interruzione in elevazione degli elementi resistenti;
Elementi in falso non considerati nel calcolo sismico;
Eccentricità marcate in pianta di elementi resistenti alle azioni laterali;
Presenza di giunti di separazione di insufficiente entità;
Presenza di elementi non strutturali mal collegati alla struttura.
29
4. Vulnerabilità degli edifici in c.a.
Nel quadro delle costruzioni esistenti gli edifici in c.a. hanno rappresentato la maggior parte dell’edificato di
nuova costruzione. Gli edifici in c.a., quando ragionatamente progettati, hanno un buon comportamento sotto
sisma e vi è una certa familiarità nella modellazione e nell’analisi da parte dei progettisti.
Esistono delle regole di progetto dettate dall’esperienza e dalle norme che sono rispettate dalle nuove
edificazioni. Le violazioni di queste regole costituiscono le carenze tipiche di quegli edifici progettati solo per
sopportare carichi verticali e che sono oggi inseriti in zone dichiarate sismiche.
Infatti la normativa individua chiaramente le motivazioni alla base della vulnerabilità degli edifici esistenti
Il progetto riflette lo stato delle conoscenze al tempo della loro costruzione;
Il progetto può contenere difetti di impostazione concettuale e di realizzazione non evidenziabili.
e chiarisce lo scopo delle verifiche da eseguirsi sotto determinate condizioni
“Per valutazione della sicurezza si intende un procedimento quantitativo volto a stabilire se
un edificio esistente è in grado o meno di resistere alla combinazione sismica di
progetto[…] .”
Ai fini delle verifiche sono individuate tre categorie di situazioni limite: collasso, danno severo e danno
limitato.
E’ evidente come l’attenzione del legislatore non è solo nei confronti della sicurezza in senso stretto ma si
rivolge agli aspetti di danneggiabilità della struttura che possono in vario modo avere ripercussioni sociali
anche in termini di sicurezza propriamente intesa.
In questa sezione si illustrerà brevemente la tecnologia tipica delle strutture in c.a. realizzate con riferimento
alla resistenza alle azioni laterali da sisma allo scopo di individuare l’impostazione concettuale e lo stato
delle conoscenze cui la norma fa riferimento.
Quindi si individueranno le regole di dettaglio necessarie ad un buon comportamento d’insieme degli stessi e
si individueranno le carenze tipiche degli edifici non progettati con regole antisismiche, dirette conseguenze
del non rispetto delle regole generali.
Lo sviluppo della discussione si appoggerà alle seguenti linee
Individuazione delle regole strutturali generali;
Individuazione delle regole morfologiche-strutturali generali;
Aspetti di competenza dei proprietari e gestori.
Occorre però una premessa. Benché possano essere date della indicazioni di carattere generale sul
comportamento di una struttura, fondate purtroppo sull’evidenza sperimentale dovuta ai terremoti occorsi in
varie parti del mondo, la situazione specifica può discostarsi abbondantemente dalle linee generali. Difatti
nel contesto delle valutazioni di vulnerabilità di distinguono vari gradi di approfondimento differenziati per
livello di impegno tecnico-economico, accuratezza e specificità dei risultati. Il quadro è sintetizzato nella
seguente figura
30
Livello di
(-)
(+)
Impegno
(A) Stock di edifici
Applicazione
Accuratezza
(B) Edificio singolo
[1] Vulnerabilità [2] Experts
[1] Modelli
[2] Scala a
[3] Analisi
osservata
semplici
punti
dettagliate
opinion
(-)
(+)
individuale
La normativa, con riferimento alla combinazione (B)-[3], infatti recita “Le norme forniscono gli strumenti per
la valutazione di singoli edifici ed i risultati non sono estendibili a edifici diversi pur appartenenti alla stessa
tipologia. […]
Nell’effettuare la valutazione si terrà conto dell’esperienza, se disponibile, derivante dall’esame del
comportamento di edifici simili che abbiano subito in passato l’effetto di eventi sismici.”
Nel seguito le considerazioni che saranno sviluppate sono da intendersi a livello generale (combinazione
(A)-[1] nella precedente tabella) potendo la situazione specifica discostarsi in vari punti dagli aspetti che
verranno esposti nel seguito.
31
4.1. Regole strutturali generali
In questo paragrafo saranno illustrate le caratteristiche tipiche a livello di struttura portante delle costruzioni
antisismiche, con lo scopo di far emergere le differenze di concezione strutturale con quelle progettate per
portare solo carichi verticali.
Si possono classificare queste caratteristiche in due categorie in base alle richieste di comportamento
dettate dall’azione sismica
Presenza di un idoneo sistema resistente;
Presenza di dettagli costruttivi appropriati;
Saranno inoltre discusse le implicazioni in termini di risposta di un edificio che progettato per soli carichi
verticali si trova a dover fronteggiare l’azione sismica.
4.1.1.
Sistemi strutturali resistenti: aspetti di riferimento delle costruzioni antisismiche
Una struttura è un organismo complesso in cui tutti gli elementi, strutturali e non, interagiscono tra loro in
modo organico. E’ consuetudine individuare tra gli elementi portanti principali quelli resistenti alle azioni
verticali e quelli portati le azioni laterali. Evidentemente date le caratteristiche di variabilità direzionale
dell’azione sismica c’è sovrapposizione di ruolo tra molti elementi strutturali, ossia quelli portanti i carichi
verticali porteranno anche le azioni orizzontali. Questo deve essere un punto fermo nell’ottica delle
costruzioni antisismiche.
Tipicamente, i sistemi che garantiscono la resistenza alle azioni laterali per le costruzioni in c.a. sono
(a) telai piani, costituiti da travi e pilastri a nodi rigidi, all’interno di una struttura intelaiata
tridimensionale;
(b) sistemi coordinati di pareti di taglio e nuclei irrigidenti;
Ovviamente questi elementi verticali possono essere usati insieme in varie combinazioni in un edificio a
seconda dell’altezza dello stesso, e comunque sono arrangiati nel contesto strutturale costituendo un
sistema spaziale resistente.
Le azioni sismiche, generano azioni di flessione e taglio principalmente negli elementi verticali; a livello delle
strutture orizzontali generano inoltre azioni sia di flessione e taglio (travi) sia membranali (solai) che si
sovrappongono a quelle dovute ai carichi verticali.
Gli elementi orizzontali che connettono questi sistemi, realizzando un organismo unico, sono i solai di piano,
ai quali è affidato il compito, in presenza di azione sismica, di trasferire le forze d’inerzia (azioni di
membrana) diffuse su di essi alle strutture verticali.
Da ciò emerge che il solaio non ha il solo compito di portare i carichi verticali ma deve trasferire anche le
forze sismiche.
Restando nel campo dei telai come elementi resistenti, la presenza di travi robuste travi modifica il regime
flessionale del telaio, come si dice, intrecciando il diagramma dei momenti e riducendo le sollecitazioni di
flessione sui pilastri.
32
E’ molto frequente che i telai con funzione di controventamento abbiano travi emergenti incastrate ai pilastri
con base non superiore alla larghezza del pilastro.
Sono spesso evitati innesti eccentricità delle travi sui pilastri, magari ruotando o allargando la dimensione del
pilastro per accogliere completamente l’anima della trave.
Nella figura successi ai casi A), B) si riportano degli schemi qualitativi dei nodi trave-colonna.
Il caso C) è generalmente evitato.
L’attuale normativa sismica prevede dei limiti ben precisi per il caso C) e impone che la maggior parte
dell’armatura sia contenuta nella immediata adiacenza della larghezza del pilastro.
La motivazione alla base della noma che è generalmente seguita dai progettisti di strutture in c.a. in zona
sismica, compatibilmente con le esigenze funzionali, è motivata dal fatto che le tensioni (normali e
tangenziali) fluiscono dalla trave al pilastro prevalentemente attraverso la zona comune trave-pilastro quindi
la larghezza di trave esuberante rispetto alla larghezza del pilastro non è idonea allo scopo.
Le azioni orizzontali, a differenza di quelle verticali, generano dei momenti che non sono bilanciati ai nodi
interni dei telai (per carchi verticali i momenti su un pilastro centrale sono abbastanza piccoli) anzi hanno lo
stesso segno quindi il nodo travi-pilastro funziona come un nodo di bordo manifestando la problematica di
flusso tensionale appena descritto.
Lo stesso fenomeno si ha con l’innesto eccentrico delle travi sui pilastri.
Evitando queste situazioni si realizzano zone compresse ben confinate, con un incremento reale di
resistenza del cls compresso confinato che dai modelli di calcoli sino ad oggi è escluso.
Il ruolo delle travi di piano è inoltre quello di conferire rigidezza laterale alle strutture di controvento, almeno
negli schemi strutturali resistenti realizzati con telai.
Un confronto di rigidezza è eseguito per il telaio seguente soggetto a carichi sismici per una zona 4 e
condizione di SLD.
Le forze sismiche sono calcolate considerando il periodo proprio ottenuto da analisi dinamica e i pilastri
hanno sezione costante 30x50 cmq.
33
Deformata: travi flessibili (80x25) incernierate agli estremi spost. Max u = 5.6 mm (T= 0.75 s)
Deformata: travi rigide (25x50) incastrate agli estremi spost. Max u = 2.5 mm (T=0.37 s)
E’ evidente la differenza di deformazione tra i due telai entrambi in grado di sopportare lo stesso carico
verticale. La maggiore rigidezza del telaio, dovuta alla presenza di travi emergenti incastrate ai pilastri,
induce minori spostamenti relativi tra i piani con conseguente vantaggi nel ridurre danni ad elementi collegati
con questo parametro. Le differenze sarebbero più marcate passando a condizioni di sisma più severe.
34
A questo punto è possibile tracciare le differenze macroscopiche di schema strutturale tra le costruzioni
progettare come sismoresistenti e quelle che non lo sono.
Tipicamente negli edifici calcolati in zona non sismica si ha presenza di telai portanti, con travi di dimensioni
dipendenti dai carichi verticali, nella direzione ortogonale all’orditura dei solai, e nell’altra direzione le travi
sono sostituite spesso da travi-cordolo di dimensioni esigue e con poca armatura, non essendo portanti (per
carichi verticali).
L’effetto del sisma nella direzione di orditura dei solai è pertanto quella vista sul telaio di prova illustrato.
Cioè una attivazione di ingenti spostamenti di piano, maggiormente accentuati per effetto delle
plasticizzazioni dovute alla scarsa presenza di armature e riduzioni di rigidezza dovute alla fessurazione del
calcestruzzo.
Lo schema a telai con eventuali presenze di nuclei e pareti di taglio funziona bene anche da un altro punto di
vista cardine della progettazione sismica che è l’iperstaticità delle strutture. Una struttura con un elevato
grado di iperstaticità è più idonea a ridistribuire le sollecitazioni nel caso di escursione di qualche elemento
fuori dal campo elastico.
Da questi punti emerge immediatamente che le strutture che erano state progettate per soli carchi verticali si
troveranno con le deficienze strutturali seguenti
assenza di un adeguato sistema di controvento secondo le due direzioni principali dell’edificio;
carenza a livello di ipotesi di calcolo di base con sottostima dell’entità d’armatura in particolare per i
pilastri.
Da studi numerici eseguiti su edifici in c.a. calcolati e costruiti negli anni 60-70 in assenza di norme moderne
sulle costruzioni in zona sismica, è emerso che questi edifici non potrebbero sopportare le attuali
sollecitazioni di progetto attestandosi a valori di accelerazione massima pari a 1/3 di quella attuale.
Tuttavia occorre precisare che il risultato di questi studi resta valido in linea generale, come è ovvio
attendersi, ma nella estensione a situazioni diverse da quella esaminata negli studi citati occorre tenere
presente le seguenti considerazioni
ogni edificio ha la sua storia e il carattere strutturale;
la situazione sismica varia localmente;
quindi il dato quantitativo citati è da attribuirsi ai casi specifici e con specifico riferimento all’evento atteso
considerato nelle analisi suddette.
Ciò che appare certo è invece l’entità eccessiva del danno ce l’edificio subirebbe in relazione agli eventi di
progetto.
35
4.1.2.
Dettagli costruttivi: differenze tra le richieste normative
La cura dei dettagli costruttivi è una presa di coscienza che è propria dell’ultima generazione di norme
sismiche, diciamo di quelle che cominciavano a circolare intorno alla seconda metà degli anni 80’. La
discussione sarà limitata ad alcuni punti ritenuti essenziali, poiché un approfondimento sarebbe fuori dagli
scopi del presente discorso, tenuto conto che neanche gli edifici realizzati in zone sismiche con norme
specifiche posseggono tutti i requisiti di dettaglio previsti dalle attuali norme.
Nelle normative Italiane recenti è disposto che gli elementi abbiano sufficienti capacità di deformazione in
campo plastico e che non esibiscano un comportamento fragile, che li porterebbe alla rottura impedendo la
migrazione di tensioni verso zone ancora elastiche.
Allo scopo le norme impongono delle regole sulla realizzazione ed esecuzione di dettagli d’armatura
(staffatura, percentuali massime d’armatura, gerarchie di resistenze a seconda del meccanismo resistente
considerato ecc.) e delle limitazioni geometriche che sono volte proprio a garantire un adeguato livello locale
di duttilità che ha poi diretto riflesso sul comportamento globale della struttura.
Le prescrizioni più evidenti che interessano le costruzioni prive di misure antisismiche sono
la dimensione minima dei pilastri (30x30 cmq) da rispettare
le larghezze massime per le travi in spessore di solaio.
Altri aspetti che sono di meno immediata individuazione e che sono difficili da colmare sono
la modalità di realizzazione delle staffature;
i minimi di armatura longitudinale delle travi e dei pilastri in particolare;
i minimi quantitativi di staffatura per le travi e per i pilastri;
il confinamento dei nodi.
36
4.2. Regole morfologiche-strutturali generali
Un aspetto che è cruciale nei riguardi della risposta sismica di un edificio è la sua regolarità.
Generalmente si distingue la regolarità della pianta e dell’elevazione. Entrambe queste forme hanno poi una
specializzazione sia geometrica, morfologica appunto, sia strutturale.
Negli edifici esistente è difficile intervenire sull’aspetto morfologico, mentre su irregolarità strutturali in altezza
o elevazione gli interventi sono usuali e praticabili, a valle di una indagine sul comportamento dinamico della
struttura.
Si discutono le implicazioni che generalmente sono accettate per le nuova costruzioni e che per quelle
esistenti rappresenteranno dei punti di vulnerabilità.
4.2.1. Regolarità di pianta
Gran parte della resistenza di un edificio alle azioni laterali è determinata dalla configurazione in pianta.
L’esperienza di sismi passati mostra che edifici asimmetrici in pianta sono maggiormente suscettibili al
danno rispetto a strutture simmetriche con percorsi di carico per le azioni laterali semplici e diretti. Una
schematica classificazione delle configurazioni in pianta è riportata alla figura seguente.
L’asimmetria in pianta provoca oscillazioni torsionali della struttura con conseguente concentrazioni di sforzi
agli angoli rientranti.
Le forme complesse possono essere ridotte ad un assemblaggio di forme più semplici tramite la creazione di
idonei giunti sismici.
37
La simmetria è da intendersi non solo dell’edificio stesso come forma planimetrica ma anche nella
disposizione in pianta dei suoi elementi resistenti alle azioni laterali
pareti di taglio
nuclei.
Questi elementi essendo molto rigidi spostano versi se stessi il centro di rigidezza della pianta.
Il cattivo posizionamento di un elemento molto
rigido
quale
il
vano
scala
nelle
piante
precedenti induce una rotazione torsionale
delle colonne dal lato opposto che generano
notevoli azioni interne.
L’effetto sull’edificio è deleterio sia per quanto
riguarda la sicurezza ma certamente con
maggior frequenza per i danni a elementi non
strutturali in occasione di sismi leggeri.
Anche gli elementi non strutturali possono indurre delle asimmetrie di rigidezza in pianta. Il caso tipico sono
le tamponature, secondo la figura seguente.
Fin quando le tamponature collaborano con i quadri del telaio nell’assorbimento delle azioni orizzontali il
centro di rigidezza è spostato verso la loro posizione con notevole rotazione torsionale della pianta.
Evidentemente anche la distribuzione delle masse a livello planimetrico è causa di asimmetria.
38
Un aspetto che è emerso nelle passate esperienze sismiche è stato l’effetto delle strutture delle scale
quando realizzati con travi o solette rampanti: i telai di imposta sono particolarmente irrigiditi da queste
strutture e quindi possono manifestarsi delle concentrazioni di rigidezza che devono essere tenute in conto.
Un altro punto delicato sono i giunti di dilatazione che in caso di sisma potrebbero risultare troppo esigui in
relazione agli spostamenti laterali dell’edificio con conseguente martellamento tra blocchi contigui.
39
4.2.2. Regolarità in altezza
La configurazione altimetrica irregolare dell’edificio, con le conseguenti brusche variazioni di rigidezza
laterale e di massa in corrispondenza del cambio di livello induce su esso una notevole concentrazione di
tensioni e l’innesco a livello globale di modi torsionali che è stato già detto essere deleteri.
Si riportano alla figura seguente delle schematiche configurazioni in altezza che illustrano i concetti si
regolarità in elevazione.
A livello strutturale si ha una irregolarità in altezza anche per la presenza di elementi in falso: pilastri, pareti o
vani ascensore. Anche la brusca riduzione di rigidezza in elevazione, ad esempio con rastremazione spinta
dei pilastri, si è dimostrata essere un elemento che incrementa il livello di vulnerabilità.
La posizione di masse notevoli può essere fonte di qualche problema, in particolare se sono di entità
notevole e collocate in zone poco felici (ad esempio serbatoi importanti o impianti di notevole massa sul tetto
di un edificio).
Due aspetti strettamente collegati alla rigidezza in altezza ed alle tamponature sono il cosiddetto “piano
soffice” e la realizzazione non intenzionale di elementi tozzi soggetti a rottura per taglio (fragile)
Nel primo caso l’assenza di tamponature provoca un salto brusco di rigidezza da piano a piano con la
realizzazione di una zona di debolezza strutturale. Nel secondo caso sia ha un comportamento inaspettato a
livello di comportamento delle colonne che non possono inflettersi secondo tutta l’altezza violando così le
ipotesi di calcolo e spostando il modo di collasso da pressoflessione a taglio.
Entrambi sono illustrati nelle figure seguenti.
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Effetto di “piano soffice”
Piano Pilotis
Piano intermedio
Elementi tozzi
Effetto “Colonna tozza”
E’ quindi possibile tracciare il quadro degli aspetti tipici di vulnerabilità macroscopica legata alla forma e alla
disposizione degli elementi strutturali che sommate alle carenze di concezioni di base rendono l’edificio più
soggetto a subire danni in caso di sisma
Forma planimetrica complessa con forti asimmetrie;
Andamento in elevazione irregolare;
Repentina interruzione in elevazione degli elementi resistenti;
Elementi in falso non considerati nel calcolo sismico;
Eccentricità marcate in pianta di elementi resistenti alle azioni laterali;
Presenza di giunti di separazione di insufficiente entità;
Presenza di elementi non strutturali non collegati alla struttura.
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4.3. Quadro conclusivo
Elementi di vulnerabilità
Alla luce di queste considerazione ciò che si può certamente affermare è che le carenze maggiori a livello
strutturale per gli edifici realizzati senza criteri antisismici sono
A) Aspetti strutturali
Assenza di un adeguato sistema di controvento secondo le due direzioni principali dell’edificio;
Carenza a livello di ipotesi di calcolo di base e dei quantitativi d’armatura;
Assenza nella progettazione dei dettagli relativi alle duttilità locali e alla gerarchia di resistenza;
B) Regole morfologiche
Forma planimetrica complessa con forti asimmetrie;
Andamento in elevazione irregolare;
Repentina interruzione in elevazione degli elementi resistenti;
Elementi in falso non considerati nel calcolo sismico;
Eccentricità marcate in pianta di elementi resistenti alle azioni laterali;
Presenza di giunti di separazione di insufficiente entità;
Presenza di elementi non strutturali mal collegati alla struttura.
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5. Considerazioni conclusive
Dal quadro tracciato sulla consistenza del patrimonio edilizio soggetto al rischio sismico è emerso che la
problematica investe ampie porzioni delle province di Torino, Cuneo, Alessandria e Verbania.
Un confronto con le tecnologie costruttive tipiche dell’esistente e le richieste necessarie per un bun
funzionamento sotto sisma è una utile base per avere una quadro sul potenziale rischio cui l’edificio è
soggetto. Le norme quantificano la probabilità di manifestazione dei sismi indicati nella carte di pericolosità.
Sono a disposizione tutti gli elementi tecnici di base per decidere, nei casi in cui non è obbligatorio, se
valutare l’ipotesi di un intervento di rafforzamento (adeguamento o miglioramento) dell’edificio per ridurne
l’esposizione o accettare il rischio previsto dalla norma.
Un criterio che è diffuso in molti Paesi è il miglioramento continuo dell’edificio con una serie di interventi di
riduzione della vulnerabilità inseriti nel quadro programmatico degli interventi di manutenzione dell’immobile.
5.1. Criteri generali di intervento
Evidentemente la compresenza degli aspetti di criticità discussi nei paragrafi precedenti provoca un
innalzamento della vulnerabilità della struttura nei confronti dell’azione sismica.
Se si ricorda la relazione che esprime il rischio in forma simbolica: R = H x V
con:
H = fattore di rischio esterno
V = vulnerabilità dell’elemento
è immediato dedurre che un aspetto che induce un aumento di V porta ad un innalzamento del rischio
complessivo R.
Sul fattore H, entro certi limiti, non può si può intervenire, quindi il modo per ridurre il rischio è quello di
abbattere V individuando e decidendo di eliminare le carenze discusse ai punti precedenti.
Per quanto riguarda il livello di sicurezza al collasso è ovvio che non possono trarsi indicazioni quantitative
sulla sua misura in modo qualitativo, sarebbe privo di significato. Un’analisi specifica potrebbe fornire questa
risposta che non necessariamente ha esito negativo.
Quello che è certo è il danno che un sisma provocherebbe a molti elementi strutturali e non dell’edificio, con
costi che potrebbero essere vicini al costo di ricostruzione a nuovo dell’edificio.
Sarebbe utile una valutazione tecnico-economica dei due aspetti
danni provocabili da un sisma
costi di intervento per ridurre i danni da sisma
da valutarsi sotto l’aspetto probabilistico ossia considerando eventi di varia probabilità e stimando così il
rapporto costo-beneficio di un intervento e l’eventuale rischio accettato dalla sua omissione.
5.2. Obblighi relativi alle verifiche e agli interventi
La valutazione economica della verifica tecnica e dell’eventuale intervento di adeguamento è conveniente o
discrezionale solo fin quando non si ricade nei casi per i quali la legge prevede che siano obbligatori.
Ad oggi ricorrono gli obblighi di cui sopra nei casi seguenti
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Sopraelevazione o ampliamento dell’edificio (s’intende per ampliamento la sopraelevazione di parti
dell’edificio di altezza inferiore a quella massima dell’edificio stesso);
Variazione della destinazione d’uso con variazione dei carichi oltre il 20%;
Trasformazione dell’organismo edilizio tramite un insieme di opere che lo trasformino in uno
differente da quello originario;
effettuare interventi strutturali rivolti ad eseguire opere e modifiche, rinnovare e sostituire parti
strutturali dell’edificio, se detti interventi implicano sostanziali alterazioni del comportamento globale
dell’edificio stesso.
Sono soggetti a verifica inoltre indipendentemente dalle operazioni appena indicate tutti gli edifici strategici
Un aspetto da rilevare è che è previsto anche l’intervento di miglioramento sismico che non necessita il
conseguimento di un incremento di sicurezza tale da portare l’edificio a resistere alle azioni dei nuovi edifici,
ma è sufficiente che le opere eseguite riducano le deficienze dell’edificio in modo oggettivo tale da far
conseguire all'edificio un maggior grado di sicurezza nei confronti delle azioni sismiche.
5.3. Regole di condotta per i proprietari-gestori
Le norme prevedono che nel caso si debba eseguire una verifica sismica debba essere definito il livello di
conoscenza e in funzione del livello conseguito si ha l’applicazione di un fattore riduttivo alle resistenze dei
materiali.
In funzione della accuratezza dei rilievi e della disponibilità di documentazione originale si hanno variazione
di FC sino al 35%, con immediata conseguenza sui costi dell’intervento.
Quindi conviene che i responsabili dell’edificio posseggano le copie dei documenti originali di progetto
dell’edificio; in particolare si possono elencare i seguenti documenti di progetto
Relazione geologica-geotecnica di progetto;
Disegni esecutivi e costruttivi con l’indicazione dei dettagli di costruzione;
Relazioni sui materiali previsti dal progettista;
Relazioni di calcolo con l’indicazione dei carichi di progetto e dello schema di calcolo;
Relazioni e certificati di collaudo statico (prove di carico e prove sui materiali);
Traccia delle modifiche eseguite nel tempo con l’archiviazione dei documenti di progetto prodotti.
Per gli edifici in muratura è invece previsto che la geometria, i dettagli costruttivi e la qualità dei materiali
debbano essere individuati tramite rilievo e misura diretta delle proprietà meccaniche.
E’ comunque saggio e comodo mantenere la traccia storica degli interventi eseguiti.
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Il presente documento è stato redatto dall’Ing. Nicola Mordà e dall’Ing. Pasquale Lesce
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