Il ruolo delle prove dinamiche nella valutazione speditiva di vulnerabilità sismica di edifici strategici in c.a.

Una larga parte del patrimonio costruito italiano consiste in edifici in cemento armato costruiti nel secolo scorso. Molti di questi edifici sono stati progettati sulla base di norme sismiche obsolete o addirittura senza portare in conto le azioni sismiche, anche per via dell’evoluzione nel tempo delle conoscenze sulla pericolosità sismica del territorio italiano e la conseguente evoluzione dei documenti normativi. Molte di quelle strutture, pertanto, risultano vulnerabili sismicamente.

Il presente articolo descrive una procedura speditiva per la valutazione di vulnerabilità sismica in grado di ridurre la soggettività della valutazione attraverso l’integrazione nel processo dei risultati di prove dinamiche in condizioni operative. L’approccio proposto è stato applicato ad un campione di strutture strategiche in cemento armato costruite nel corso di varie decadi nel territorio della regione Molise. Particolare attenzione è stata dedicata alle strutture progettate in assenza di azioni sismiche ma che sono state assoggettate ad azioni sismiche nel corso della loro vita. I risultati ottenuti sono discussi evidenziando come la procedura proposta possa trarre vantaggio dai risultati delle prove dinamiche per migliorare l’accuratezza della valutazione speditiva di vulnerabilità sismica.

Procedura speditiva per valutare la vulnerabilità sismica di edifici strategici in cemento armato inserendo i risultati di prove dinamiche in condizioni operative

La valutazione speditiva della vulnerabilità sismica, cioè della propensione di una data struttura a subire un certo danno per effetto di un evento sismico di fissata intensità, è tradizionalmente argomento di grande interesse per la possibilità di effettuare analisi su larga scala. Nel presente articolo particolare attenzione viene prestata alla valutazione di vulnerabilità sismica a scala regionale di edifici strategici in cemento armato con finalità di protezione civile. Nel secolo scorso la maggior parte di questi edifici è stata realizzata in assenza di un’adeguata considerazione delle azioni sismiche e con dettagli costruttivi spesso carenti. Molto spesso, infatti, tali strutture sono state progettate e realizzate in assenza di una normativa sismica a causa della tardiva classificazione sismica del sito di appartenenza.

Le tecniche e i dettagli costruttivi di questi fabbricati, seppur adeguati e conformi alle normative vigenti all’epoca della realizzazione, risultano essere insufficienti alla luce delle attuali norme e tali da poter condizionare la capacità della struttura nei confronti dell’azione sismica.

Prima di procedere ad una impegnativa valutazione della sicurezza secondo il capitolo 8 delle NTC 2018, può essere opportuno effettuare uno screening speditivo per individuare, tra diverse strutture, quelle che presentano le maggiori criticità. Identificare le carenze strutturali consente di pianificare gli interventi di rafforzamento locale, miglioramento o adeguamento sismico, magari associandoli ad interventi di recupero già programmati o, al limite, modificando la destinazione d'uso della struttura al fine di renderla compatibile con le risorse di resistenza e duttilità che essa può esplicare in caso di evento sismico.

Nel corso dell’ultimo cinquantennio si è assistito allo sviluppo di diverse metodologie speditive per stimare la vulnerabilità del costruito. Alcuni Autori hanno evidenziato come queste metodologie possano essere classificate in funzione della scala (dal singolo edifico al territoriale), dei risultati (metodi diretti, indiretti, convenzionali, ibridi), del metodo con cui viene valutato l’edificio (meccanico, empirico, o basato sul giudizio degli esperti) o della misura (metodi quantitativi o qualitativi) (Dolce et al., 2005). Tra i metodi più diffusi vi è sicuramente la nota procedura di analisi (Benedetti e Petrini, 1984) dalla quale sono derivate le schede di vulnerabilità del Gruppo Nazionale per la Difesa dai Terremoti (GNDT), mutate nelle attuali schede AeDES di valutazione dell’agibilità di un fabbricato (DPCM 8/7/2014, 2014). Altre metodologie sono quelle basate sulle matrici di probabilità del danno per tipologia costruttiva (Bernardini et al., 2007), sulla scala macrosismica europea EMS98 (Grünthal, 1998) o su analisi più dettagliate tramite modellazioni semplificate e simulazioni del comportamento dell’edifico (Lagomarsino e Giovinazzi, 2006). All’interno di questo variegato panorama si colloca il seguente lavoro.

L’approccio semplificato e speditivo realizzato opera in maniera essenzialmente qualitativa, sulla base di informazioni raccolte a vista e/o fornite dai proprietari/gestori dell’immobile, senza indagini sui materiali, sullo schema strutturale e sui dettagli costruttivi. Non si basa, quindi, sulla costruzione di un modello di calcolo e relative verifiche di sicurezza, ma su punteggi di vulnerabilità assegnati su base tipologica, in cui è molto importante il giudizio «esperto» del tecnico che esegue la visita. Tuttavia, l’integrazione nella metodologia dei risultati delle prove dinamiche consente di caratterizzare la risposta dell’edificio in maniera più oggettiva attraverso i modi di vibrare fondamentali e le relative frequenze naturali.

Obiettivo finale della procedura è rilevare palesi lacune di impostazione della struttura in termini di comportamento sismico in base all’età di progettazione e a fattori di vulnerabilità aggiuntivi che determinano l’opportunità - più o meno urgente - di eseguire una valutazione della sicurezza secondo norma. Questa metodologia, rapida e di facile applicazione, risulta scalabile e trasferibile in differenti contesti, salvo adattamenti all’evoluzione del quadro normativo nazionale e/o locale, e consente di fornire, su base speditiva, informazioni rilevanti ai fini della gestione e manutenzione del patrimonio costruttivo strategico. 

Metodologia e ruolo delle prove dinamiche

La Scheda di Rilievo Base (RB)

La definizione del protocollo speditivo di rilievo è stata eseguita facendo riferimento alla letteratura scientifica riguardante le metodologie speditive di identificazione delle maggiori criticità del costruito.
Nell’ambito del presente studio, sono state elaborate e validate delle schede di rilievo speditivo, definite di Livello Base (LB), riferite alle sole costruzioni in cemento armato, essendo questa la tipologia costruttiva ricorrente per gli edifici strategici  della Regione Molise. E’ stato in particolare impostato uno screening basato su indagini visive della compagine strutturale.

La scheda LB consta di dieci sezioni finalizzate alla raccolta di dati relativi all’esposizione e alla vulnerabilità sismica di edifici in calcestruzzo armato con funzioni strategiche ai fini della protezione civile. Le prime due sezioni riportano i dati identificativi della squadra dei rilevatori e dell’edificio, in termini di localizzazione e disponibilità di accessi/vie di fuga. Le sezioni 3 e 4 raccolgono i principali dati metrici e d’uso, utili anche a una quantificazione dell’esposizione in caso di evento sismico. La sezione 5 consente di definire la classe di età della costruzione e, dunque, la normativa vigente all’epoca della costruzione o, comunque, dell’ultimo intervento significativo. Questa informazione assume rilevanza fondamentale ai fini della valutazione dell'indice di prestazione, come meglio chiarito nel prosieguo. La sezione 6 consente una valutazione sommaria dello stato di conservazione di finiture e impianti. La sezione 7 è finalizzata alla raccolta delle principali informazioni di carattere strutturale con riferimento all’edificio in esame: tipo di struttura verticale (a telaio, a pareti, mista…), tipo di orizzontamenti, tipologia di scale (soletta rampante, trave a ginocchio…), distribuzione delle tamponature, presenza o meno di giunti efficaci dal punto di vista sismico, etc. La sezione 8 mira a raccogliere informazioni di base sul sottosuolo e sulle fondazioni.

Tali informazioni sono tipicamente reperibili da documenti progettuali o da studi di microzonazione sismica condotti sul territorio regionale. La sezione 9 consente di rilevare eventuali danni già presenti sulla struttura al momento del rilievo. Essi potrebbero essere indice di sofferenze strutturali sia in campo statico, sia a seguito di eventi sismici che potrebbero aver interessato la struttura nel corso della sua vita. La sezione 10 raccoglie informazioni rilevanti ai fini della valutazione della risposta sismica quali quelle relative alla regolarità in pianta e in elevazione, alla forma della struttura e, quindi, indirettamente alle distribuzioni di massa e rigidezza, alla presenza di piani pilotis ed elementi tozzi. La sezione 11, infine, riporta i risultati della caratterizzazione dinamica della struttura in termini di frequenza di vibrazione, rapporto di smorzamento e tipologia della forma modale, desunte da prove sperimentali condotte sulla struttura. I dati raccolti attraverso la scheda di rilievo vengono poi elaborati in uno alle principali risultanze dell’identificazione dei parametri modali.

Identificazione parametri modali

Dopo aver condotto una ricognizione dell'edificio oggetto di analisi ed aver identificato i caratteri strutturali che lo contraddistinguono si procede alla stima sperimentale dei parametri modali rilevanti per mezzo della registrazione ed elaborazione delle misure di vibrazione ambientale. L'architettura del sistema di misura è schematizzata in Figura 1. Esso si compone di una serie di sensori accelerometrici installati sulla struttura che ne registrano la risposta alle vibrazioni ambientali. Questi sono collegati ad una centralina di acquisizione ed un PC si occupa della gestione del sistema.

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Articolo tratto dagli atti del XVIII Convegno ANIDIS - Ascoli Piceno 2019