Costruzioni in calcestruzzo armato e Sismabonus: i criteri per la scelta degli interventi

A seguito del terremoto che nel 2016 ha colpito un’ampia area dell'Italia centrale e in considerazione degli eventi sismici più recenti che nell’ultimo ventennio hanno causato più di 670 vittime, circa 150.000 sfollati e danni per circa 565 miliardi di euro, è stato approvato il primo piano nazionale di prevenzione sismica, noto anche con il nome di “Sismabonus”.

Successivamente l'emergenza epidemiologica da Covid-19 e la conseguente necessità di varare un pacchetto di iniziative legislative finalizzate al rilancio economico, ha quindi portato all’approvazione del decreto legge 19 maggio 2020, n. 34 (il c.d. “decreto rilancio”) che ha previsto l’innalzamento al 110% l’aliquota delle spese soggette a detrazione, noto anche come “Superbonus”, rendendo più appetibile l’attuazione del piano di prevenzione.

In considerazione dell’ampia platea delle costruzioni potenzialmente interessate, nei paragrafi che seguono è illustrato un percorso a supporto dell’attività di progettazione degli interventi di miglioramento sismico finalizzato ad individuare la strategia di intervento sulle costruzioni in calcestruzzo armato elaborato sulla scorta delle esperienze dei terremoti passati.

Riferimenti normativi e metodologia proposta

Il riferimento tecnico del Sismabonus è costituito dalle "Linee Guida per la classificazione del rischio sismico delle costruzioni" (di seguito Linee Guida) approvate con decreto n. 58 del 28 febbraio 2017 che si aggiungono alle Norme Tecniche delle Costruzioni D.M. del 17 gennaio 2018 (di seguito NTC 2018).

Relativamente alle sole strutture in muratura le Linee Guida definiscono per ciascuna tipologia strutturale un intervallo di classi di vulnerabilità sismica, meglio definite in funzione delle “peculiarità” strutturali che caratterizzano, in senso positivo o negativo, il comportamento della costruzione. Le “peculiarità” / carenze costruttive costituiscono una guida per il progettista al fine di individuare i meccanismi di collasso rispetto ai quali definire la strategia di intervento ed elaborare i modelli numerici per la valutazione del livello di sicurezza globale, come richiesto dal metodo convenzionale.

Non forniscono invece indicazioni in merito ai meccanismi di collasso di strutture in calcestruzzo armato. A questo scopo è quindi possibile far riferimento agli studi basati sulle osservazioni degli effetti dei terremoti passati che hanno trovato una loro formalizzazione in codici di pratica e provvedimenti normativi adottati dagli Enti coinvolti nelle ricostruzioni post sisma. Seguendo il percorso già tracciato dalle Linee Guida, anche per le strutture in calcestruzzo armato è possibile individuare un set base di carenze costruttive che, associate ad un indice che ne stima la gravità potenziale, può dare un supporto per l’individuazione dei meccanismi di collasso più probabili. Il set di carenze, perfezionato negli anni, costituisce un modello finalizzato a descrivere in maniera semplificata e sintetica la vulnerabilità sismica di edifici in calcestruzzo armato. Il set può essere integrato dal progettista qualora ne ravvisi la necessità, in funzione dei rilievi di dettaglio eseguiti sulla costruzione.

Modello semplificato per la valutazione della vulnerabilità sismica

Seguendo il criterio utilizzato dalle Linee Guida per gli edifici in muratura, anche per le strutture in calcestruzzo armato si valuta la vulnerabilità sulla base della classificazione prevista dalla Scala Macrosismica Europea (EMS 98) che, a seconda del livello di progettazione della costruzione, attribuisce un intervallo di vulnerabilità minima e massima, come indicato nella Figura 1.

Figura 1: è riportata la classificazione usata dalla Scala Macrosismica Europea (EMS 98) delle costruzioni in calcestruzzo armato a telaio e a setti a seconda del livello di progettazione antisismica. La classe V6 è quella a maggiore vulnerabilità, la classe V1 caratterizza le costruzioni meno vulnerabili. Il pallino indica la classe di vulnerabilità sismica media. La linea continua contrassegna l’intervallo di vulnerabilità più probabile, quella tratteggiata quello relativo a casi eccezionali o comunque poco ricorrenti.

L'individuazione della classe di vulnerabilità avviene in due passi distinti:

• passo 1: si individua la tipologia strutturale in ragione dei criteri di progettazione e realizzazione della costruzione quindi, in base allo schema in Figura 1, è definito l’intervallo di vulnerabilità più probabile,

• passo 2: nell’ambito dell’intervallo definito al passo 1, occorre individuare la classe di vulnerabilità specifica della costruzione.

Sulla base delle esperienze fatte a seguito dei terremoti passati, è possibile definire un elenco delle carenze costruttive che hanno trovato la loro formalizzazione nei provvedimenti ufficiali delle strutture post sisma. Facendo particolare riferimento al sisma del 2009, che ha colpito l’Abruzzo e l’importante tessuto storico della citta di L’Aquila, e del 2016-2017, che ha interessato quattro regioni del centro Italia, si elencano le carenze costruttive ritenute maggiormente significative per la definizione della classe di vulnerabilità:
 

Tabella 1: quadro riepilogativo delle carenze rilevate e la valutazione per ogni voce. Per avere un quadro generale dello stato del fabbricato su cui intervenire, accanto ad ogni carenza costruttiva è consigliabile inserire una breve descrizione dei motivi che hanno determinato il giudizio sulle possibili conseguenze.

Il fabbricato nella sua globalità è quindi caratterizzato da carenze costruttive:

• Gravi qualora risultano due o più carenze gravi,

• Di media gravità qualora risultano almeno sei carenze gravi o di media gravità,

• Non gravi qualora risultano meno di sei carenze gravi o di media gravità.

Individuata la tipologia strutturale (criterio di progettazione antisismico) e valutato il numero e l’entità delle carenze costruttive, l’attribuzione della classe di vulnerabilità si illustra con l’ausilio di un esempio rappresentato in Figura 2: un edificio realizzato con struttura a telaio progettata con “moderati” criteri antisismici (freccia blu) ha una classe di vulnerabilità che può variare da V2 a V5.

La classe risultante è:

• V3 se il fabbricato ha carenze strutturali di media gravità (classe evidenziata con il pallino blu in Figura 2);

• V4 o V5 qualora ha carenze strutturali gravi (freccia rossa);

• V2 qualora ha carenze strutturali non gravi (freccia verde).

Figura 2: esempio di edificio realizzato con struttura a telaio progettata con “moderati” criteri antisismici. In ragione della vulnerabilità rilevata è possibile “spostarsi” dalla classe più probabile V3 verso la V2 in caso di vulnerabilità bassa (freccia verde) o V4 / V5 in caso di vulnerabilità alta (freccia rossa).

Strategia nella scelta degli interventi

Il rilievo delle carenze costruttive e la possibilità di attivazione nei meccanismi ad esse associati è condizionato dal livello di progettazione antisismica utilizzata all’epoca della costruzione dell’edificio. Anche per fabbricati realizzati secondo i più moderni criteri antisismici, che dovrebbero essere meno interessati da problemi di scarsa resistenza/duttilità, è importante accertarsi che la realizzazione abbia seguito le indicazioni normative senza dare per scontata la corretta esecuzione di quanto previsto in progetto. E’ quindi essenziale, anche per i fabbricati di recente costruzione, seguire le indicazioni riportate nel paragrafo C8.5 della Circolare n. 7/2019.

Per definire la strategia di intervento è prioritario ridurre le carenze gravi rilevate, ove possibile, quindi occuparsi di quelle le cui conseguenze sono di minor conto. Procedendo secondo un criterio di ottimizzazione del rapporto tra i benefici ottenuti in termini di riduzione di vulnerabilità e i costi di progetto, si arriva a definire l’intervento che, considerati i tetti di spesa deducibili, consente di conseguire il massimo livello di protezione sismica sia per gli occupanti che per il fabbricato. 

L’individuazione corretta delle carenze fornisce un valido supporto anche nell’elaborazione del modello di calcolo che deve tener conto dei meccanismi effettivamente attivabili e delle possibili conseguenze. Nel caso di vulnerabilità dovute all’interazione tra tamponatura e struttura, per esempio, è necessario prevedere una schematizzazione che, anche in via semplificata, riesca a coglierne gli effetti: la rottura per taglio di pilastri dovuta alla presenza di finestre “a nastro” oppure a tamponature particolarmente resistenti è infatti uno dei motivi di rotture fragili in prossimità dei nodi trave-pilastro.

Allo stesso modo, qualora si ravvisino carenze dovute alla presenza di elementi non strutturali non adeguatamente collegati alla struttura, è necessario elaborare un modello numerico predittivo con la finalità di stimare l’accelerazione massima che produce l’attivazione di meccanismi locali, come nel caso di tamponature ubicate su elementi a sbalzo oppure cornicioni o comignoli non ancorati.

Seguendo la normale pratica professionale che prevede la schematizzazione delle tamponature e gli elementi non strutturali semplicemente come pesi o masse aggiunte, si rischia di sovrastimare la capacità resistente delle costruzioni. I piani pilotis presenti in corrispondenza dei porticati al piano terra, le finestre a nastro realizzate nel piano dei garage e le tamponature mal connesse alla struttura e/o realizzate in aggetto per ampliare la superficie dei piani abitati, rientrano nella pratica costruttiva degli anni del “boom economico” che ha portato alla realizzazione della maggior parte del tessuto edilizio in calcestruzzo armato e all’espansione delle aree periferiche delle città. Il rischio di sovrastimare la capacità resistente è quindi una possibilità concreta e ricorrente.

Figura 3: è riportato un esempio di collasso dovuto alla distribuzione irregolare delle tamponature in elevazione per la presenza del piano terra “soffice” le cui conseguenze non sono colte dai modelli di calcolo elaborati nella pratica professionale usuale. Fotografie scattate dagli autori a seguito del sisma del 2009 a L’Aquila.

Le stime della vulnerabilità dell’edificio devono basarsi sull’esperienza derivata dall’osservazione critica degli effetti di terremoti passati e devono essere supportate da modelli numerici elaborati in maniera consapevole sulla base delle effettive criticità della costruzione. Il software di calcolo è uno strumento utile per valutare approssimativamente la gravità della carenza strutturali, per stimare la bontà delle scelte fatte ma non deve essere utilizzato per definire “in maniera automatica” la strategia di intervento.

I modelli semplificati di vulnerabilità, strumenti più che collaudati, costituiscono un utile base per la scelta progettuale e consentono una prima valutazione degli obiettivi di sicurezza che possono essere conseguiti.

Lo schema riportato in Tabella 1, con il supporto conoscitivo del rilievo del fabbricato e dei risultati della campagna indagini, aiuta ad individuare le carenze costruttive e fare una prima stima della loro gravità. Il quadro di insieme che ne deriva costituisce un supporto per definire il livello e la strategia di intervento. L’elaborazione del progetto è quindi condizionata dalla vulnerabilità iniziale del fabbricato, dagli obiettivi di sicurezza che si intendono raggiungere e, diversamente dagli interventi realizzati nelle fasi post sisma, da vincoli operativi imposti dalla committenza. La tempistica necessaria per l’ultimazione dei lavori e la difficoltà a lasciare la propria abitazione influiscono infatti sulla disponibilità da parte dei proprietari a deliberare positivamente per la loro esecuzione.

Edifici con livello di progettazione non antisismico: caratteristiche e possibili interventi

Gli edifici ricadenti in questa fattispecie sono normalmente caratterizzati dal sistema resistente costituito da telai monodirezionali, costruiti prima del 1974-75, hanno le armature lisce e caratterizzate da calcestruzzo non sempre confezionato in una centrale di betonaggio, con scarse caratteristiche meccaniche che risultano spesso non omogenee tra le parti del fabbricato. Tenuto conto delle pratiche costruttive dell’epoca, si aggiungono solitamente le criticità legate a irregolarità in pianta ed in elevazione, alla disposizione irregolare delle murature fuori dal piano dei pilastri ed alla presenza di travi e pilastri tozzi non armate a sufficienza.

In questo caso la scelta ottimale è la realizzazione di interventi diffusi per ottenere un buon livello di sicurezza per gli occupanti, rendendo quindi necessario il rinforzo di tutti gli elementi strutturali che in alcuni casi sono inadeguati anche per i soli carichi verticali. Nei casi peggiori la qualità scadente del calcestruzzo porterebbe a considerare l’opportunità di prevedere la sostituzione edilizia in luogo del miglioramento dell’esistente.

E’ auspicabile che il rinforzo preveda soluzioni che migliorino anche la capacità per i carichi verticali (aumento della sezione in cemento, calastrelli in acciaio, ….). E’ da valutare la necessità di intervenire sugli orizzontamenti in particolare se realizzati in opera e con armature lisce. In questo caso è possibile prevedere il rinforzo intradossale con materiali compositi o in acciaio e il rinforzo estradossale sempre con materiali compositi, in acciaio e in calcestruzzo. Qualora necessario, gli interventi sul sistema strutturale vanno integrati con strategie volte ad eliminare le altre carenze costruttive come, per esempio, la presenza di tamponature disposte in maniera irregolare, come nel caso di piani “pilotis”, ed il cattivo collegamento degli elementi non strutturali.

Nel caso la committenza non sia disposta a sopportare il disaggio arrecato da interventi che interessano in maniera estesa l’interno delle abitazioni, si potrebbe optare per un intervento eseguito dall’esterno eventualmente integrato da rinforzi interni solo nei casi di particolare gravità come ad esempio, pilastri di dimensioni particolarmente ridotte, o caso di elementi strutturali fortemente ammalorati. In questa casistica ricadono interventi come il confinamento di nodi esterni, la regolarizzazione della disposizione delle tamponature per eliminare criticità gravi quali finestre a nastro o su elementi a sbalzo, piani pilotis, risanamento del calcestruzzo interessato da fenomeni di carbonatazione per spessori importanti, distacco diffuso dei copriferri, ossidazione delle armature.

Edifici con livello di progettazione “moderatamente” antisismica: caratteristiche e possibili interventi

Le costruzioni sono caratterizzate da un sistema resistente costituito da telai nelle due direzioni spesso con travi interne realizzate a spessore di solaio. Questi edifici, solitamente costruiti nel periodo compreso tra il 1974 e il 2000, hanno armature ad aderenza migliorata e il calcestruzzo è normalmente di qualità discreta anche se non mancano eccezioni, soprattutto riferite negli anni ‘70 e ‘80, costituite da strutture non dotate né di resistenza elevata né di buona omogeneità delle caratteristiche meccaniche. A ciò, in alcuni casi, si aggiunge una certa irregolarità in pianta ed in elevazione e una disposizione delle murature fuori dal piano dei pilastri, presenza di travi e pilastri tozzi non armate a sufficienza.

Per costruzioni con livello di progettazione “moderatamente” antisismica, soprattutto se risultano essere regolari e articolate su un limitato numero di piani, si può conseguire un buon livello di sicurezza sismica anche con interventi locali mirati e non invasivi.

Nel caso si riscontri una vulnerabilità alta della costruzione, il miglioramento sismico può far riferimento ad una strategia con interventi diffusi prevedendo il rinforzo di tutti gli elementi strutturali che in alcuni casi possono essere inadeguati anche per i soli carichi verticali. Qualora le indagini sul calcestruzzo abbiano evidenziato una bassa resistenza e/o una disomogenea distribuzione statistica, si può valutare la possibilità di prevedere la sostituzione edilizia che, oltre al miglioramento dei livelli di sicurezza, porterebbe un miglioramento anche in ambito energetico. Sempre nell’ambito della progettazione, per limitare il disagio degli occupanti, si può prendere comunque in considerazione la realizzazione di un sistema di isolamento alla base, che evita o limita molto la necessità di intervenire all’interno delle abitazioni, ovvero di una parete esterna in calcestruzzo armato collegata alle tamponature e alla struttura resistente: può essere considerata in abbinamento con il rinforzo dei pilastri e delle travi ai carichi verticali con cerchiaggio in acciaio o calcestruzzo armato. Da valutare sul singolo caso la necessità di intervenire sugli orizzontamenti. L’intervento può essere mediamente invasivo con costi che possono essere elevati.

Analogamente al caso di strutture con livello di progettazione non antisismico, qualora la committenza voglia limitare al minimo il proprio disaggio e/o non sia disposta a lasciare la propria abitazione per consentire l’esecuzione di lavori interni neanche per il periodo di tempo strettamente necessario, risulta comunque utile eliminare il più possibile le carenze costruttive più gravi che, in caso di sisma, sono quelle che arrecano maggiori danni a persone e cose.

Edifici con livello di progettazione antisismica

Le costruzioni sono caratterizzate dal sistema resistente costituito da telai nelle due direzioni progettate dopo il 2000 in applicazione delle più recenti normative sismiche che hanno introdotto nella pratica progettuale il principio della gerarchia delle resistenze nel dimensionamento degli elementi strutturali. Le armature sono ad aderenza migliorata, il calcestruzzo è stato confezionato in una centrale di betonaggio e dotato normalmente di una buona resistenza e omogeneità nella distribuzione statistica della resistenza. A causa delle pratiche professionali correnti che non prevedono nei modelli di calcolo la schematizzazione del contributo delle tamponature, è possibile riscontrare delle irregolarità nella disposizione delle stesse e, in alcuni casi, la presenza di piani “pilotis” a cui, a meno di riscontrare evidenti errori progettuali o in fase di esecuzione, è possibile porre rimedio con interventi minimi e normalmente localizzati.

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Circa la metà del patrimonio edilizio italiano è costituito da edifici in calcestruzzo armato perlopiù realizzati durante il boom economico per far fronte all’esigenza di dare un alloggio alla popolazione che in quegli anni è aumentata in maniera significativa, spostandosi dai territori rurali alle periferie dei centri urbani più attrattivi. La rapidità del processo, la scarsa regolamentazione e una norma sismica che è arrivata solo negli anni settanta, hanno portato alla realizzazione di buona parte degli edifici dimensionati per sopportare i soli carichi verticali.

Il percorso descritto nei paragrafi precedenti propone un approccio alla problematica progettuale facendo riferimento alle esperienze dei terremoti passati, alle buone pratiche attuate nelle gestioni post sisma ed a procedure che negli anni sono state perfezionate.

Sulla base dei modelli semplificati per la valutazione della vulnerabilità sismica utilizzati per il recupero dei centri urbani minori del centro Italia, delle aree industriali, come l’Emilia-Romagna, e di città di particolare pregio storico come L’Aquila, è stato individuato un insieme di indicatori che si sono rivelati significativi per la tutela della vita umana e dell’integrità delle costruzioni.

Seguendo l’approccio dato dalle "Linee Guida per la classificazione del rischio sismico delle costruzioni", è stato elaborato un percorso con la finalità di supportare il professionista nella definizione della strategia di intervento. A partire dal rilievo e dai risultati della campagna delle indagini, si propongono i criteri di valutazione delle carenze costruttive più ricorrenti, con l’obiettivo di massimizzare i benefici in termini di salvaguardia della vita umana e della tutela del patrimonio edilizio rispetto alle risorse economiche disponibili.

L’approccio, basato su indicatori di vulnerabilità, offre un supporto per individuare i meccanismi di collasso più probabili e gli interventi progettuali più efficaci ed economici. Viene in questo modo enfatizzata la professionalità del tecnico che, sulla base di un attento rilievo e dello studio delle pratiche costruttive passate, interpreta il comportamento della struttura e delle sue maggiori criticità, ricorrendo solo in una fase successiva alla valutazione della sicurezza attraverso i modelli numerici.

In allegato viene riportato, come esempio applicativo, una relazione sintetica redatta per un edificio realizzato negli anni ottanta elaborata a seguito del reperimento della documentazione progettuale architettonica e di una ispezione sul fabbricato. Nella relazione, oltre alla valutazione delle criticità strutturali, vengono individuati gli interventi necessari a migliorare il comportamento della costruzione e viene fatta una prima stima del livello di sicurezza atteso.

IN ALLEGATO IL PDF DELL'ARTICOLO INTEGRALE CON TUTTI I DETTAGLI