Metodologia per la progettazione di campagne diagnostiche su strutture esistenti in muratura e c.a

L'importanza della mitigazione del danno strutturale nella progettazione delle indagini sperimentali ai fini della verifica delle costruzioni esistenti

Nel seguente lavoro viene individuato un percorso metodologico da utilizzare nella diagnostica degli edifici esistenti in muratura ed in c.a. finalizzato alla riduzione delle incertezze aleatorie ed epistemiche delle grandezze che governano la verifica sismica ed avente quale obiettivo la mitigazione del danno strutturale.

Le campagne diagnostiche non possono essere definite a priori in maniera esaustiva ma devono essere organizzate in step. Le prime operazioni dovranno fornire un modello preliminare sulla base del quale predisporre un piano delle indagini e saggi. Con l’ausilio di tecniche statistiche appropriate verranno pesate i risultati delle prove non distruttive e distruttive. 

La verifica sismica delle costruzioni esistenti segue un percorso riassumibile come segue:

• Vengono definiti degli stati limite (SLO, SLE, SLV, SLC) ad ognuno dei quali viene associato, in termini probabilistici, un valore dell’intensità sismica caratterizzato da un periodo di ritorno
• Vengono fornite indicazioni per conseguire differenti livelli di conoscenza (LC) a ciascuno dei quali viene associato un fattore di confidenza (FC);
• Vengono indicati metodi di analisi e fornite le condizioni di applicabilità;
• Vengono indicati i meccanismi cui riferire le verifiche con i relativi modelli di capacità.

Infine viene determinata la Capacità (C) e la Domanda (D) con riferimento allo Stato Limite d’interesse. Le verifiche sono soddisfatte se il rapporto C/D è uguale o superiore a uno.

Il procedimento descritto non consente di conoscere l’effettivo livello di protezione della struttura misurato in termini di probabilità di superamento di ogni stato limite, giacché alla sua determinazione concorrono fonti di incertezze che non sono esplicitamente modellate (l’unico elemento compiutamente caratterizzato in termini probabilistici è l’azione sismica di verifica).

In particolare si evidenzia l’assenza di una definizione univoca degli stati limite atteso che la soggettività introduce incertezza nell’esito della valutazione. Inoltre la conoscenza approfondita e completa di una struttura non è di fatto conseguibile, essa risente dell’introduzione di valutazioni di natura soggettiva. A parità di livello di conoscenza e di ipotesi sulla struttura, l’assunzione del modello di calcolo e la scelta del metodo di analisi dipendono dall’esperienza e competenze dell’ingegnere strutturista.

Il § C8.5 – Definizione del modello di riferimento per le analisi – sottolinea in maniera chiara le criticità appena esposte:  

“La definizione di modelli di riferimento che descrivano il comportamento dell’edificio costituisce certamente una delle fasi più complesse dell’intera procedura di analisi. Infatti, considerando la grande varietà di costruzioni esistenti, non è possibile indicare procedure di modellazione. Tali problematiche diventano, poi, particolarmente rilevanti per le costruzioni in muratura, anche a causa delle numerose incertezze relative agli stati di sollecitazione in atto, ai tipi di materiale impiegati e al loro comportamento meccanico, al grado di connessione tra gli elementi strutturali e alla loro morfologia interna, oltre che agli eventuali interventi di trasformazione, riparazione o consolidamento già attuati in passato”.

In un quadro siffatto, la varietà delle scelte possibili conduce a risultati fortemente variabili nell’esito della verifica. 

Dalle suddette considerazioni discende che la trattazione delle strutture esistenti debba porsi quale obiettivo la messa a punto di procedure idonee a valutare il riflesso sul risultato finale di tutte le incertezze a valle dell’azione sismica di verifica, in termini di probabilità di superamento dello stato limite. Ciò richiede che le indagini strutturali siano progettate e condotte in modo da produrre risultati rappresentativi, con un elevato livello di probabilità, dei vari campi investigati (resistenza, dettagli costruttivi, ecc.).

Secondo la Circolare 21 gennaio 2019, n. 7 “L’adeguata conoscenza del manufatto è presupposto fondamentale e fase imprescindibile per la comprensione di singole criticità e del comportamento strutturale; l’attendibilità dei risultati, dunque, è strettamente legata al livello di conoscenza”.

Gli elementi di conoscenza di una struttura

Gli elementi di conoscenza necessari alla valutazione riguardano: 

• Geometria dell’organismo strutturale;
• Dettagli costruttivi;
• Proprietà meccaniche dei materiali;

Essi posso essere attinti da:

1. Analisi storico-critica finalizzata alla ricostruzione del processo di realizzazione dell’edificio; essa dovrà svolgersi in modo da cogliere le modificazioni subite nel tempo dal manufatto, nonché gli eventi che lo hanno interessato; 
2. Analisi dei documenti di progetto ove disponibili;
3. Esecuzione del rilievo strutturale (geometria, vincoli e carichi). Esso dovrà riguardare l’esame dei quadri fessurativi e lo stato di conservazione dei materiali e degli elementi costitutivi. Inoltre nelle fasi di rilievo dell’edificio dovranno essere riportate le interferenze con l’edificato circostante al fine di valutare eventuali fenomeni di martellamento;
4. Le indagini sperimentali, andranno motivate per qualità e quantità. In presenza di dati disponibili sulle proprietà meccaniche esse dovranno, in base al loro effettivo uso nelle verifiche, completare il quadro informativo relativo alle proprietà meccaniche dei materiali.

Gli elementi di incertezza delle indagini diagnostiche

Le incertezze riscontrabili nei processi diagnostici sugli edifici esistenti sono riconducibili ai seguenti fattori: 

• Deterministico, tipicamente grandezze che presentano un margine di incertezza del tutto trascurabile;
• Aleatorio, generalmente associati alla variabilità intrinseca di proprietà della struttura con riferimento ai materiali (resistenza a compressione o a taglio della muratura, resistenza a compressione del calcestruzzo, resistenza allo snervamento dell’acciaio, ecc.)
• Epistemico, queste incertezze sono legate alla inadeguata conoscenza dell’organismo strutturale (ad esempio, l’efficacia o meno dell’ammorsamento tra le pareti, la capacità dei solai di ripartire le azioni tra le pareti o la variabilità delle tipologie murarie per le costruzioni in muratura, oppure quantitativi e dettagli di armatura o dimensioni della carpenteria per le costruzioni in cemento armato), ecc.

nsioni della carpenteria per le costruzioni in cemento armato), ecc.

Il Piano delle Indagini e Saggi (PIS)

La conoscenza del manufatto, finalizzata alla valutazione della sicurezza sismica, richiede accurati rilievi ed indagini diagnostiche che in genere comportano costi piuttosto sostenuti ed un impatto invasivo sulla costruzione. Giova rilevare che le fasi della conoscenza e della verifica non sono sequenziali ma strettamente connesse.

Occorre pertanto procedere per fasi interattive. Un primo livello di conoscenza può essere ottenuto svolgendo le necessarie attività per l’acquisizione delle caratteristiche geometriche dell’organismo strutturale cui è affidata la resistenza sismica, corredato delle eventuali parti non strutturali la cui presenza può influenzare significativamente la risposta della struttura.

In buona sostanza è utile formulare un modello preliminare in grado di cogliere le caratteristiche principali della risposta sismica della struttura e del regime statico della stessa sotto carichi statici, al fine di trarre indicazioni su quali elementi concentrare indagini e prove. I risultati saranno utili al fine di redigere un piano delle indagini e saggi a complemento delle informazioni già disponibili ed in grado di ridurre i costi e mitigare il danno strutturale.

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Il presente articolo fa parte degli ATTI DEL CONGRESSO NAZIONALE 2019 DELL’ASSOCIAZIONE MASTER