Applicazione del Sismabonus alle strutture in cemento armato

Per incentivare la messa in sicurezza del patrimonio edilizio italiano dal punto di vista sismico, lo Stato, a partire dal 2017, ha introdotto il cosiddetto Sismabonus - un nuovo incentivo fiscale per gli interventi di miglioramento delle classi di rischio sismico di edifici esistenti (definite in base a delle Linee Guida il cui ultimo aggiornamento è avvenuto proprio ultimamente con decreto n. 24 del 9/1/2020). In questo articolo un interessante esempio di applicazione del Sismabonus su due edifici in cemento armato costruiti in differenti epoche. 

Nel corso degli ultimi decenni l’Italia è stata interessata da numerosi eventi sismici che hanno evidenziato la fragilità del patrimonio edilizio esistente e hanno portato a elevate perdite, sia in termini di costi sociali, sia in termini di costi economici. Dal momento che più del 70% degli edifici esistenti non risulta essere stato progettato con una normativa antisismica di riferimento è nata la necessità di agire in modo preventivo, ove possibile, attraverso interventi di miglioramento o di adeguamento sismico, al fine di consentire alle strutture di raggiungere un livello di sicurezza quanto meno tale da limitare i danni (miglioramento) o evitare il collasso (adeguamento) in caso di sisma entro i limiti indicati dalla norma.

Lo Stato ha messo a disposizione incentivi fiscali destinati alla prevenzione e alla valutazione sismica delle strutture esistenti, avvalendosi di una procedura per la determinazione della classe di Rischio Sismico. Tale metodologia viene descritta nel Decreto Ministeriale n°65 del 07-03-2017 (ora aggiornato col Decreto n.24 09/01/2020), in cui viene definito uno strumento chiamato Sismabonus con cui si valuta la classe di Rischio Sismico di un edificio.

Nel lavoro di tesi di Giulia Bandiera e di Giorgio Taffoni al Politecnico di Torino è stato applicato questo strumento e sono stati messi a confronto due edifici in calcestruzzo armato situati nella Provincia di Genova, costruiti in due periodi differenti.

Il procedimento d’attribuzione della classe di Rischio Sismico è avvenuto attraverso le seguenti fasi:

• analisi strutturale completa dei due edifici,
• studio degli interventi realizzabili per contrastare l’azione sismica,
• calcolo del Grado di Difformità della struttura,
• valutazione del Rischio Sismico degli edifici prima e dopo gli interventi.

Sismabonus: la descrizione della metodologia per l’attribuzione del rischio sismico

Il Sismabonus prevede due metodologie di calcolo per la determinazione del Rischio Sismico della struttura: il Metodo Semplificato e il Metodo Convenzionale, quest’ultimo è applicabile a qualsiasi tipologia d’edificio e consente il miglioramento di una o più classi di rischio.

PER APPROFONDIRE: Il metodo convenzionale per classificare il rischio sismico delle costruzioni

Il metodo convenzionale assegna alla costruzione una classe di Rischio Sismico in funzione della Perdita Media Annua Attesa PAM e dell'Indice di Sicurezza della struttura IS-V attraverso il seguente procedimento:

1 - Calcolo delle Accelerazioni di Picco al Suolo di Capacità PGA_C: si effettua l’analisi della struttura e si determinano i valori delle accelerazioni che inducono il raggiungimento degli Stati Limite (SLC, SLV, SLD, SLO). È possibile, in via semplificata, effettuare le verifiche limitatamente allo SLV e allo SLD.

2 -Calcolo del periodo di ritorno T_RC: note le accelerazioni di picco al suolo (PGA_C indica l’accelerazione che la struttura esistente è in grado di sopportare e PGA_D indica l’accelerazione presente nel sito fornita dall’attuale zonizzazione sismica) che producono il raggiungimento degli Stati Limite, si determinano i corrispondenti Periodi di Ritorno. In assenza di più specifiche valutazioni, il passaggio dalle accelerazioni di picco al suolo ai valori del Periodo di Ritorno può essere eseguito utilizzando la seguente relazione:

Dove:

• T_CR è il Periodo di Ritorno espresso in termini di Capacità per un generico Stato Limite
• T_RD è il Periodo di Ritorno espresso in termini di Domanda per un generico Stato Limite
• PGA_C è l’Accelerazione di Picco al Suolo di Capacità per un generico Stato Limite
• PGA_D è l’Accelerazione di Picco al Suolo di Domanda per un generico Stato Limite
• La relazione η rappresenta una media dell’intero territorio nazionale. 

3 - Calcolo della Frequenza Media Annua di Superamento λ: per ciascuno dei Periodi di Ritorno individuati si procede con la determinazione della Frequenza Media Annua di Superamento, definita come l’inverso del Periodo di Ritorno. 

4 - Stato Limite di Inizio Danno SLID: identifica lo Stato Limite a cui è associabile una perdita economica nulla in corrispondenza di un evento sismico e il cui Periodo di Ritorno è assunto, convenzionalmente, pari a 10 anni, ossia: λ_SLID=  1/10=0.1=10 % 

5 - Stato Limite di Ricostruzione SLR: identifica lo Stato Limite a cui è associabile una perdita economica pari al 100%. Convenzionalmente si assume che tale Stato Limite si manifesti in corrispondenza di un evento sismico il cui Periodo di Ritorno è pari a quello dello Stato Limite di Collasso (SLC): λ_SLR= λ_SLC

6 - Associazione della percentuale del Costo di Ricostruzione CR: ad ogni Frequenza Media Annua di Superamento la Norma associa il corrispondente valore del Costo di Ricostruzione.

7 - Calcolo della Perdita Media Annua Attesa PAM: si calcola l’area sottesa alla spezzata individuata dalle coppie di punti λ e CR per ciascuno degli Stati Limite (i ne appresenta l’indice), a cui si aggiunge il punto (λ= 0, CR=100%), mediante la seguente espressione:

8 - Determinazione della classe PAM: questo avviene tramite l’ausilio della tabella fornita dalle Linee Guida, che associa la classe PAM all’intervallo di valori assunto nel calcolo della PAM. 

9 - Calcolo dell’Indice di Sicurezza IS-V: viene definito come il rapporto tra la PGA_C che ha fatto raggiungere al fabbricato lo Stato Limite di Salvaguardia della Vita e la PGA_D del sito in cui è posizionata la costruzione, con riferimento al medesimo Stato Limite. 

10 - Determinazione della classe IS-V: questo avviene tramite l’ausilio della tabella fornita dalle Linee Guida, che associa la classe IS-V all’intervallo di valori assunto dall’IS-V relativo allo Stato Limite di Salvaguardia della Vita, valutato come rapporto tra la PGA_C (SLV) e PGA_D(SLV). 

11- Determinazione della Classe di Rischio della costruzione: coincide con la peggiore tra le classi sopra trovate, relative alla classe PAM e la Classe IS-V.

Infine si calcolano le classi di Rischio Sismico che l’edificio ha guadagnato con gli interventi effettuati, accedendo così a diversi livelli di detrazioni fiscali.

PER APPROFONDIRE Classificazione del rischio sismico: perché considerare due indici?

I due casi studio oggetto del confronto

L’edificio A è situato a Genova, risale al 1994 ed è destinato ad ospitare il parcheggio di un’industria adiacente. La struttura si sviluppa su due livelli, è composta da un telaio in calcestruzzo armato con solai in calcestruzzo armato prefabbricato e poggia su fondazioni a plinti isolati. La struttura è soggetta ad importanti carichi applicati ai solai per via della sua attuale destinazione.

L’edificio B è situato in provincia di Genova, risale al 1979 ed è destinato ad ospitare funzioni pubbliche/amministrative, va perciò considerata l’importanza strategica per un’eventuale gestione delle calamità e per l’organizzazione dei soccorsi da parte della protezione civile in caso di emergenza. Tale struttura si sviluppa su tre livelli ed è composta da un telaio in calcestruzzo armato con solai in latero-cemento e calcestruzzo armato prefabbricato, poggia su fondazioni a plinti.

In entrambi i casi le strutture sono state considerate con un comportamento non dissipativo. Per la modellazione e le verifiche è stato utilizzato il software di calcolo strutturale DOLMEN, sviluppato e distribuito da CDM DOLMEN di Torino.

L’interesse per i due edifici è dovuto al fatto che sono realizzati in calcestruzzo armato e sono, quindi, rappresentativi di numerose tipologie edilizie italiane; questi, inoltre, sono collocati in Zona Sismica 3 secondo la classificazione sismica del marzo 2003. Per definire ciascun modello rappresentante lo stato di fatto delle strutture è stato svolto uno studio della documentazione per conoscere la geometria e i particolari costruttivi, le proprietà dei materiali e dei terreni e i carichi agenti sulla struttura. Laddove non erano disponibili tutte le informazioni sul reale stato di fatto sono state fatte delle ipotesi cautelative in modo da rendere più evidenti i risultati del caso di studio.

Analisi strutturale

L’analisi strutturale dell’edificio, effettuata con il software DOLMEN, è stata svolta con l’obiettivo di valutare la sicurezza della struttura e di progettare gli opportuni interventi edilizi di prevenzione sismica, confrontando due tipologie d’intervento in funzione del rispetto degli standard di sicurezza previsti dalle attuali Norme Tecniche.

Figura 1 - Modelli numerici eseguiti con il software DOLMEN, Edificio A sx - Edificio B dx

Le analisi svolte hanno permesso di valutare la risposta meccanica degli elementi strutturali e di sviluppare gli interventi più adatti a ciascun caso studio. Per l’Edificio A è emerso che gli elementi che comportano maggiori problematiche, in relazione alle azioni sismiche, sono i pilastri, in particolare nei nodi in corrispondenza con le travi.

Studiando, invece, l’Edificio B è risultato che vi sono diverse carenze in molti elementi strutturali, in cui, le verifiche di resistenza non sono soddisfatte sia per quanto riguarda la presso-flessione e sia per il taglio. Questo è dovuto principalmente alla progettazione prevista all’epoca di costruzione del fabbricato, che non prevedeva molte prescrizioni normative contemplate nelle attuali NTC 2018. 
Al fine di modificare il comportamento globale delle strutture, viene focalizzata l’analisi soltanto sui pilastri, che sono gli elementi che più risentono dell’azione orizzontale esplicata da un evento sismico. Sono stati progettati sia interventi di miglioramento che di adeguamento sismico, che si differenziano sostanzialmente nei livelli di sicurezza raggiunti per la costruzione. 
In entrambi i casi sono stati pensati interventi di incamiciatura in calcestruzzo armato, i cui criteri generali sono riportati al C8.7.4.2.1 della Circolare Ministeriale del 21 gennaio 2019, n. 7 C.S.LL.PP, con cui è possibile aumentare la rigidezza e la duttilità del pilastro, attraverso un incremento della sezione resistente dell’elemento stesso. La sezione originaria viene avvolta con una nuova porzione di calcestruzzo armato che collabora con quella originale, andando a migliorare il comportamento complessivo dell’elemento.

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