La valutazione della vulnerabilità sismica degli edifici esistenti

Quando parliamo di valutazione della vulnerabilità sismica è fondamentale fare una riflessione su tale aspetto soprattutto per quanto concerne gli edifici esistenti (scuole, ospedali, edifici per civile abitazione, ecc…) in riferimento al cap. 8 delle NTC (D.M. 14/01/2008).

Un aspetto significativo è che per effetto del sisma, hanno subito danno più o meno rilevanti anche edifici relativamente recenti e non progettati per resistere a soli carichi verticali o con procedimenti di calcolo approssimati, facendo emergere molteplici aspetti di ordine esecutivo rispetto a quello progettato per esempio: la non corretta piegatura delle estremità delle staffe nei pilastri, l’insufficiente armatura nei nodi non interamente confinati, l’insufficiente armatura a taglio di pilastri normali e di quelli tozzi o resi tozzi, l’insufficiente ancoraggio delle armature longitudinali delle travi, la non conformità del calcestruzzo impiegato rispetto alle previsioni progettuali.

La manifestazione ripetitiva dei danni strutturali è la dimostrazione che alcuni difetti esecutivi delle strutture in c.a. sembrano rispettare delle vere e proprie regole costruttive; a tal fine è consigliabile che i disegni originali di carpenteria siano sempre verificati con il costruito.

Le norme tecniche al cap. 8 integrato con la Circolare Ministeriale n.617/2009 danno precise indicazioni sui criteri da adottare per la valutazione della vulnerabilità sismica degli edifici esistenti; individuati da diversi livelli di conoscenza da adottare (LC1, LC2, LC3) per acquisire informazioni sulla geometria, dettagli costruttivi e proprietà dei materiali in base al tipo di analisi strutturale globale e dei valori dei fattori di confidenza. Le indagini sono fondamentali per il tecnico incaricato al fine di poter esprimere un giudizio e poter predisporre gli eventuali interventi di consolidamento o di adeguamento necessari soprattutto per pilastri, travi e nodi non interamente confinati.

Di importanza rilevante risulta l’interpretazione delle prove distruttive e non distruttive per la stima delle caratteristiche meccaniche del calcestruzzo o meglio dei calcestruzzi posti in opera ai fini della verifica globale.

Il paragrafo 8.1 delle NTC definisce costruzione esistente quella che abbia, alla data della redazione della valutazione di sicurezza e/o del progetto di intervento, la struttura portante completamente realizzata, quindi anche costruzioni recenti.

Uno studio del Censis del 1999 ha individuato due categorie principali di vulnerabilità fisica degli edifici esistenti:

• degrado per vetustà (dipendente dal periodo di costruzione);
• degrado per ragioni costruttive ( dipendente dalla modalità di costruzione).

Per edifici in c.a. aventi più di 40 anni di vita i controlli sulle strutture e gli interventi di manutenzione si rendono necessari per prevenire ed evitare crolli e dissesti. Ci si trova sovente a dover operare su edifici costruiti dagli anni ’50 del secolo scorso fino ai giorni nostri, con norme tecniche via via sempre più complesse, escluse le opere abusive.
Una particolare attenzione va posta agli edifici costruiti durante il cosiddetto “boom edilizio” della fine degli anni ’60 in quanto caratterizzati da esecuzioni poco controllate e quindi con alte probabilità di impiego di materiali strutturali di qualità e resistenza a volte discutibili.
La C.M. 617/09 chiarisce che il problema della  sicurezza delle costruzioni esistenti è di fondamentale importanza in Italia, da un lato per l’elevata vulnerabilità, soprattutto rispetto alle azioni sismiche, dall’altro per il valore storico-architettonico-artistico-ambientale di gran parte del patrimonio edilizio esistente. A ciò si aggiunge la notevole varietà di tipologie  e sub-tipologie strutturali, quali ad esempio nell’ambito delle strutture murarie, quelle che scaturiscono dalle diversificazioni delle caratteristiche dell’apparecchio murario e degli orizzontamenti, e dalla presenza di catene, tiranti e altri dispositivi di collegamento.

La C.M. n.617/09 ripropone i concetti di livello di conoscenza (relativo a geometria, dettagli costruttivi e materiali) e di fattore di confidenza che modificano i parametri di capacità in ragione del livello di conoscenza.

In pratica per eseguire la verifica sismica globale  o locale di un edificio esistente è opportuno raccogliere precise informazioni sulle strutture in elevazione e in fondazione, ai fini di una loro approfondita identificazione e in particolare acquisire dati relativi a:

• Livello di degrado del calcestruzzo delle armature;
• Resistenza a compressione attuale del calcestruzzo in opera o meglio delle diverse miscele impiegate, stimate con indagini distruttive e non distruttive o metodi combinati;
• Caratteristiche geometriche (diametro, superficie liscia o ad aderenza migliorata) e meccaniche (tensione di snervamento, tensione di rottura) dell’acciaio per c.a. impiegato;
• Dettagli costruttivi degli elementi strutturali in elevazione e in fondazione, in particolare:
  • Armature delle travi e dei pilastri;
  • Armatura dei nodi trave-pilastro, soprattutto per i nodi non interamente confinati;
  • Armature delle solette rampanti/travi a ginocchio delle scale;
  • Ancoraggio delle estremità delle armature, specialmente se è stato impiegato ferro liscio;
  • Comportamento a flessione di alcuni elementi strutturali (travi, solai e sbalzi) mediante l’esecuzione di prove di carico;
  • Rilievo degli eventuali danneggiamenti subiti dalle strutture per diverse cause (eccesso di carichi verticali di servizio, scosse sismiche, incendi in appartamenti, perdita di liquami dalle colonne di scarico, materiali corrosivi, degrado in generale, ecc…)

La valutazione della sicurezza e la progettazione degli interventi su costruzioni esistenti devono tener conto dei seguenti aspetti, in parte già evidenziati dall’O.P.C.M. n.3274/2003, ora trasfusa nelle NTC e nella Circolare n.617/09:

• la costruzione deve riflettere lo stato delle conoscenze al tempo della sua realizzazione;
• possono essere insiti e non palesi difetti di impostazione e realizzazione;
• la costruzione può essere stata soggetta ad azioni, anche eccezionali, i cui effetti non siano completamente manifesti;
• le strutture possono presentare degrado e/o modificazioni significative rispetto alla situazione originaria.

Nella definizione dei modelli strutturali si dovrà, inoltre, tenere conto che:

• la geometria e i dettagli costruttivi sono definiti e la loro conoscenza dipende solo dalla documentazione disponibile e dal livello di approfondimento delle indagini conoscitive;
• la conoscenza delle proprietà meccaniche dei materiali non risente delle incertezze legate alla produzione e posa in opera ma solo della omogeneità dei materiali stessi all’interno della costruzione, del livello di approfondimento delle indagini conoscitive e dell’affidabilità delle stesse;
• i carichi permanenti sono definiti e la loro conoscenza dipende dal livello di approfondimento delle indagini conoscitive.

Si dovrà prevedere l’impiego di metodi di analisi e di verifica dipendenti dalla completezza e dall’affidabilità dell’informazione disponibile e l’uso, nelle verifiche di sicurezza, di adeguati ”fattori di confidenza”, che modificano i parametri di capacità in funzione del livello di conoscenza relativo a geometria, dettagli costruttive e materiali.

Il paragrafo C8.3 della C.M. n. 617/09 chiarisce che per valutazione della sicurezza si intende un procedimento quantitativo volto a :

• Stabilire se una struttura esistente è in grado o meno di resistere alle combinazioni delle azioni di progetto contenute nelle norme tecniche, oppure
• Determinare l’entità massima delle azioni, considerate nelle combinazioni di progetto previste, che la struttura è capace di sostenere con i margini di sicurezza richiesti dalle NTC, come definiti dai coefficienti parziali di sicurezza sulle azioni e sui materiali.

La C.M. n. 617/09 evidenzia che la valutazione della sicurezza di un edificio dovrà effettuarsi ogni qualvolta si eseguono interventi strutturali e si dovrà determinare il livello di sicurezza della costruzione prima e dopo l’intervento che può essere di adeguamento, di miglioramento e di riparazione.

Il progettista dovrà esplicitare, in un’apposita relazione, i livelli di sicurezza già presenti e quelli raggiunti con l’intervento strutturale, nonché le eventuali conseguenti limitazioni da imporre nell’uso della costruzione. Tale aspetto richiede l’esecuzione di indagini in opera in quanto il progettista dovrà necessariamente supportare le proprie determinazioni sulla valutazione della sicurezza dell’edificio oggetto di analisi.

La valutazione della sicurezza per gli edifici esistenti potrà essere eseguita con riferimento ai soli stati limite ultimi.
Un’utile guida possono essere le “Linee di indirizzo per la stesura della relazione tecnica per le verifiche di vulnerabilità di edifici esistenti ai sensi del DM 14 gennaio 2008 e della circolare n. 617/2009” contenuta nella Deliberazione n. 1168 del 26/07/2010 della Regione Marche.

Gli esiti delle verifiche di sicurezza dovranno permettere di stabilire quali provvedimenti adottare affinchè l’uso della struttura possa essere conforme ai criteri di sicurezza delle NTC.
Per i beni tutelati, la C.M. n.617/09 evidenzia che gli interventi di miglioramento devono essere in linea di principio in grado di conciliare le esigenze di conservazione con quelle di sicurezza, ferma restando la necessità di valutare quest’ultima.
Per la stessa ragione, su tali beni devono essere evitati interventi che insieme li alterino in modo evidente e che richiedano l’esecuzione di prove invasive o l’attribuzione di destinazioni d’uso particolarmente gravose.

Testi consigliati:

• Valutazione della vulnerabilità sismica degli edifici esistenti in cemento armato – S. Lombardo – Dario Flaccovio Editore;
• Verifica sismica di edifici esistenti in muratura – S. Podestà – Dario Flaccovio Editore;
• Il controllo strutturale degli edifici in cemento armato e muratura – S. Bufarini, V. D’Aria, R. Giacchetti – EPC Libri