L'intervento di "cappotto sismico" con Aedes.PCM

"Cappotto sismico": la schematizzazione dell'intervento con il software Aedes.PCM

Il cappotto sismico è una moderna tecnica di consolidamento di edifici esistenti, finalizzata ad implementare le capacità antisismiche intervenendo solo sull'esterno senza disturbare lo stato di esercizio e quindi l'agibilità degli ambienti. Questo approfondimento illustra le potenzialità di Aedes.PCM in merito all’analisi e la verifica di sistemi di rinforzo come il 'cappotto sismico' attraverso un semplice esempio. 

Esempio applicativo di edificio regolare

Il modello di esempio consiste in una unità strutturale di forma rettangolare (7.5 x 5 m) costituita da pareti perimetrali in muratura di mattoni pieni e malta di calce e spessore pari a 25 cm. L’altezza dell’edifico è pari a 4 m. Sono presenti due aperture sulla facciata Nord e due aperture sulla facciata Sud di dimensioni 1.5 x 2.5 m. 

Tutto il perimetro esterno viene rinforzato con il sistema del 'cappotto sismico' con uno spessore della parete in c.a. pari a 15 cm. Le pareti in c.a. sono state modellate effettuando una copia della parete in muratura esistente e modificando successivamente materiale e spessore del muro. La distanza tra le due pareti parallele è pari a 5 cm.

In fase di modellazione strutturale, il collegamento tra le pareti in muratura e le rispettive pareti in c.a. è assicurato dalla relazione master-slave, avendo definito il livello come infinitamente rigido. 

In questa configurazione le azioni verticali statiche (carico distribuito del solaio) rimangono affidate alla struttura esistente, mentre le azioni orizzontali vengono ripartite in funzione della rigidezza tra la nuova struttura e quella esistente. 

Qualora non sia possibile contare sull’infinita rigidezza degli impalcati nel piano orizzontale, il collegamento può essere realizzato per mezzo di link rigidi tra i nodi di sommità dei maschi murari e dei setti in c.a. inserendo opportuni svincolamenti (traslazione verticale) per evitare che il setto in c.a. collabori con la parete esistente nella resistenza ai carichi statici verticali.

Le tecniche di modellazione e di analisi sono descritte in dettaglio nel documento allegato e scaricabile in fondo all'articolo.

Intervento di "cappotto sismico": considerazioni applicative

Nello stesso documento, ampio spazio viene riservato successivamente alle configurazioni degli edifici reali, frequentemente irregolari o con piante non compatte, caratterizzate da murature 'interne' variamente organizzate.

Esempio applicativo di edificio irregolare

Un esempio è illustrato in figura seguente, dove la pianta dell'edificio presenta forma irregolare, con una parte "allungata".

Sul cappotto sismico esteso a tutto il perimetro sorgono alcune importanti considerazioni.

(a) Capacità dei solai di trasmettere le azioni inerziali prodotte dalle masse 'interne' dell'edificio (carichi di impalcato e muri portanti non perimetrali) alle pareti perimetrali e quindi alle lastre in c.a. del cappotto.

Su una pianta irregolare, estesa o comunque caratterizzata da masse 'interne' significative, la valutazione con analisi globale (pushover) dell'intervento perimetrale - la cui origine concettuale risiede nell'implementazione delle capacità sismoresistenti dell'edificio senza intervenire dall'interno e quindi senza interrompere la condizione di esercizio, ossia l'agibilità degli ambienti - deve essere necessariamente integrata dalla verifica sulla capacità dei solai di trasmettere le azioni inerziali prodotte da tali masse 'interne' alle strutture perimetrali.

Le azioni sui solai complanari al proprio piano si possono ricavare rilevando le forze sismiche, p.es. in corrispondenza del punto di funzionamento per lo stato limite SLV, e la loro distribuzione fra gli elementi strutturali, considerando la differenza fra il caso dei solai deformabili e quello dei solai rigidi. 

Ad es. per un muro interno questa differenza è l'azione inerziale che il solaio deve sopportare per farla migrare verso le pareti perimetrali (nota: questi comportamenti sarebbero sempre da sottoporre a verifica nel caso di ipotesi di impalcati rigidi; a maggior ragione è necessario un controllo se nel perimetro si realizzano lastre in c.a., più o meno spesse, con lo scopo di affidare principalmente a loro la resistenza sismica).

La possibile crisi dei solai, dovuta a limitate rigidezza e resistenza e a fenomeni di instabilità nel proprio piano, implica, oltre al danneggiamento dell'impalcato, che le pareti murarie interne siano sottoposte a tagli e flessioni di origine sismica che non possono essere sostenuti dalle lastre in c.a.

L'intervento sul solo perimetro esterno rischia quindi l'inefficacia nei confronti delle strutture interne.

(b) Comportamento delle connessioni fra solai e pareti murarie perimetrali collegate alle lastre in c.a.

La crisi dei solai potrebbe non solo manifestarsi nella superficie di sviluppo del solaio stesso, ma anche nei collegamenti solaio-pareti che recentissime Ricerche (Mariani e Pugi, 2020: Jerk: effetti delle azioni sismiche impulsive e crisi locali nelle strutture in muratura) hanno identificato come possibili punti critici nei confronti dei contenuti impulsivi dell'azione sismica. Maggiore è la massa che afferisce a tali connessioni, maggiore è l'effetto impulsivo. Occorrerà quindi particolare cura per gli elementi di collegamento muratura-c.a., ma non solo: anche dal lato interno, il collegamento esistente fra solaio e muratura potrebbe richiedere un rafforzamento.

(c) Modifica del centro delle rigidezze con possibile magnificazione di effetti torsionali.

Le lastre in c.a. perimetrali possono produrre uno sbilanciamento del centro delle rigidezze laddove in pianta si rilevi una presenza importante di pareti murarie interne. L'elevata nuova rigidezza solo perimetrale potrebbe originare torsioni elevate, con aggravamento dello stato di sollecitazione delle murature interne.

Cappotto sismico e analisi strutturale: sintesi operativa

La riuscita ottimale dell'intervento di 'cappotto sismico' deve pertanto essere calibrata con un'adeguata analisi strutturale tenendo presente, oltre alle modalità di schematizzazione degli elementi resistenti verticali (es.: beam, con modello a telaio equivalente), una serie di altri aspetti di primaria importanza, che vengono sintetizzati nel documento allegato.