Miglioramento sismico degli edifici esistenti in muratura: una panoramica degli interventi più comuni ed esperienze innovative

In questi ultimi anni il nostro Paese è stato colpito duramente da diversi terremoti, il cui esito ci ha sconvolti profondamente sia per le perdite umane sia per gli ingenti danni procurati al nostro patrimonio storico-culturale, che ad ogni scossa è sembrato uscirne distrutto o comunque irrimediabilmente lacerato.

Per lo Studio Marco Peroni Ingegneria, dove l'attività di progettazione si concentra in maniera quasi esclusiva sull'ambito strutturale, avvenimenti del genere hanno portato di volta in volta negli anni a riflettere sul proprio lavoro e su come possa essere migliorato e costantemente innovato, ma soprattutto in che modo sia possibile informare e formare la committenza al fine di renderla più consapevole del fenomeno e dei suoi effetti sul costruito.

Terremoto: prima di tutto va informato il committente per renderlo consapevole del rischio

Facendo riferimento all’esperienza dello Studio Marco Peroni Ingegneria, si è notato che spesso il cliente “medio” non possiede le conoscenze per comprendere pienamente come possa comportarsi un edificio in caso di terremoto, il che può a volte portarlo a richiedere interventi in realtà peggiorativi o non realizzabili proprio per motivazioni sismiche, oppure a considerare determinati suggerimenti ricevuti dall'ingegnere come eccessivi e troppo costosi.

Per questo motivo all'inizio del 2017, dopo che al tempo erano passati ormai 25 anni di attività, ci siamo posti come obiettivo l'organizzazione di una piccola esposizione (organizzata nei locali dello studio) per informare le persone al di fuori dell'ambito architettonico-ingegneristico sulle caratteristiche fisiche del terremoto e soprattutto su come le tecnologie e la conoscenza delle regole della buona progettazione antisismica possano contribuire a migliorare la sicurezza del costruito storico e delle abitazioni private.

La mostra, patrocinata dall'associazione Ingegneria Sismica Italiana (ISI) e dal Comune di Faenza, è stata inaugurata nel mese di Aprile del 2017.

Focus dell'esposizione sono state le costruzioni in muratura (principale patrimonio culturale dei nostri centri storici) e le strutture realizzate prima dell'entrata in vigore delle attuali norme sismiche del 2010, la cui adozione in seguito al terremoto dell'Aquila e poi in seguito con gli aggiornamenti degli ultimi anni, ha avuto un impatto profondo sul modus operandi degli ingegneri.

Insieme alla mostra è rimasto un catalogo (che è stato chiamato Terremoto!) che ripercorre per struttura ed esposizione dei contenuti lo stesso filo conduttore adottato all'interno della esposizione e si propone come uno strumento di aiuto per la committenza nella comprensione delle problematiche sismiche in campo edilizio e nella scelta degli interventi più efficaci a seconda dello specifico caso.

 

 

Partendo da una serie di domande generali sul terremoto (che cos'è, come si misura, quanto è distruttivo) nel catalogo – come in parte ripercorreremo in questo articolo, sono stati descritti e identificati i danni che possono verificarsi negli edifici in muratura, nonché le regole principali da adottare in fase di progettazione.

Abbiamo quindi evidenziato gli interventi di messa in sicurezza tipici (dai più economici ai più costosi), portando ad esempio alcuni progetti realizzati dal nostro Studio su complessi esistenti che in parte ripercorreremo in questo articolo.

La mostra voleva fornire al visitatore/cliente alcuni stimoli e suggestioni (anche fantasiosi) per approcciare la progettazione antisismica in modo trasversale e innovativo, piuttosto che soffermarsi unicamente su problematiche progettuali tipiche (da noi in Romagna, per esempio, si tende a costruire con la tecnologia del c.a. o della muratura).

 

Rendere più sicuro un edificio in muratura

Per rendere un edificio in muratura esistente più solido e robusto in previsione dei terremoti è possibile intervenire con diverse modalità. La scelta progettuale dipenderà da molti fattori, tra cui:

• lo stato di conservazione della costruzione;
• il grado di resistenza antisismica voluto;
• la disponibilità economica: quest'ultimo costituisce infatti un aspetto determinante e da non sottovalutare.

Esistono comunque soluzioni relativamente a basso costo e con tempi di realizzazione brevi che consentono di continuare ad abitare nell'edificio anche durante il cantiere, opzione in alcuni casi imprescindibile.

Se tuttavia si vuole raggiungere un grado di resistenza elevato risulterà necessario lasciare temporaneamente liberi gli ambienti, in quanto il cantiere coinvolgerà anche i solai di piano e il coperto risultando inevitabilmente più “invasivo”.

Nel seguito riportiamo alcuni degli interventi più comuni realizzabili nell'ambito di una ristrutturazione, soprattutto sulla base dell'esperienza maturata dal nostro Studio in questi anni.

 

Interventi con l'uso dei Tiranti

L'installazione di tiranti costituisce di base l'intervento più economico possibile ma allo stesso tempo rappresenta una soluzione molto efficace ai fini di un miglioramento antisismico.

Il tirante è composto dal tondo d'acciaio (il tirante vero e proprio) e dalla piastra di ancoraggio.

Questo tipo di elemento permette un migliore collegamento fra le parti portanti dell'edificio e scongiura la formazione dei meccanismi di primo modo della muratura che, come già spiegato precedentemente, rappresentano la principale tipologia di danni da evitare.

I tiranti possono rivelarsi particolarmente utili nel caso siano possibili ribaltamenti semplici, del cantonale oppure flessioni verticali: in mancanza di questo intervento si verificherebbe un crollo parziale (che potrebbe degenerare in totale) dell'edificio.

Il costo medio di un tirante montato si attesta (sarebbe meglio dire “si attestava” prima del drogaggio dei prezzi di questi ultimi anni dovuti al Superbonus) in media tra i 1000-1500 euro circa.

 

  

Cordoli di copertura

Un altro intervento utile a scongiurare i meccanismi di primo modo (in particolare il ribaltamento del cantonale e la flessione orizzontale) è l'installazione di cordoli al livello del coperto dell'edificio.

I cordoli possono essere una soluzione di collegamento efficace delle pareti nelle parti dove la muratura risulti meno coesa per via del limitato livello di compressione: si va quindi a migliorare l'interazione con la copertura oltre che a creare l'effetto cerchiante auspicabile in una zona sismica.

DA EVITARE
È da evitare l'esecuzione di cordolature in conglomerato cementizio armato ai livelli intermedi realizzate nello spessore della parte (soprattutto se si tratta di muratura in pietrame), visti gli effetti negativi che le aperture in breccia producono nella distribuzione delle sollecitazioni sui paramenti murari – questo lo sappiamo ormai da anni.

I cordoli in piatto di acciaio (i piatti hanno una larghezza di 20 centimetri e spessore di 8-10 millimetri, e sono collegati alla muratura sottostante con barre filettate ogni 50 centimetri infisse per almeno 60-80 centimetri) risultano convenienti a livello di copertura in quanto oltre ad essere leggeri e resistenti sono anche reversibili.

La reversibilità dell'intervento è infatti uno dei motivi per cui le soprintendenze obbligano ad utilizzare questo tipo di cordolatura, invece che il cemento armato negli edifici storici; a seguito del terremoto tra Umbria e Marche del 1997 si è inoltre osservato come le coperture pesanti con grossi cordoli in cemento possano essere coinvolte da vere e proprie traslazioni nella loro interezza sui muri di appoggio.

Il costo dell'installazione di un cordolo in acciaio (piatto e barre filettate innestate con resine nella muratura) si attesta sugli 80 euro per metro di lunghezza, esclusi i ponteggi.

   

Micropali di fondazione sul cordolo esterno

A fronte di un miglioramento dal punto di vista sismico occorre di frequente intervenire anche a livello delle fondazioni: molto spesso ciò si rende necessario al fine di limitare i cedimenti fondali generati da infiltrazioni d'acqua nel terreno o per la scarsità delle dimensioni dell'apparato fondale già presente.

Gli interventi possibili sono molteplici ed esulano dallo scopo della presente trattazione; il più comune e meno invasivo (e che può essere effettuato con una spesa limitata) consiste nella realizzazione di una serie di micropali lungo la parete esterna da integrarsi con il nuovo marciapiede che, soprattutto nelle abitazioni di campagna, spesso necessita di essere ricostruito.

Il costo di un intervento sulle fondazioni con innesti e marciapiede esterno si attesta sui 350 euro circa per metro lineare di sviluppo lungo il perimetro.

Il costo dei micropali (escluso il cordolo di collegamento) è di circa 100 euro al metro di profondità: data una profondità media di circa 10-12 metri, il costo per ciascun micropalo si attesta sui 1000-1200 euro circa.

   

Fasciature in FRP o con fibre in acciaio inox

Le fasce FRP (Fiber Reinforced Polymer o Fiber Reinforced Plastic) sono delle fasce in fibra di carbonio o di vetro ad altissima resistenza meccanica che vengono “incollate” alla struttura in modo da trasferire gli sforzi alla fascia stessa, “aiutando” così la muratura nelle zone di maggiore sollecitazione. I tempi di esecuzione di questo tipo di intervento sono generalmente molto rapidi e poco invasivi.

Per fare un esempio, lo studio ha eseguito una serie di fasciature sia verticali che orizzontali sulla parete esterna di una palazzina nel centro storico di Faenza senza andare a interessare in nessun modo gli ambienti interni dell'abitazione.

In questo particolare caso, sono state utilizzate delle fasciature in fibra di acciaio inox con una matrice in geocalce, una malta ad alta resistenza con caratteristiche di traspirabilità e per tale motivo molto adatta a interventi sul costruito esistente.

Questo tipo di fasciature/cerchiature permette di scongiurare i meccanismi di collasso più pericolosi per le pareti esterne dell'edificio.

Il costo di un intervento di fasciatura con fasce in acciaio inox si attesta su circa 80-100 euro per metro lineare, considerando una fascia di 30 centimetri di larghezza, compresa la demolizione dell’intonaco e la rasatura con la geocalce esterna a filo dell’intonaco preesistente a lato.

 

   

Cerchiature metalliche per le nuove aperture

Spesso, nelle ristrutturazioni, si effettuano delle variazioni della distribuzione interna degli spazi, che necessitano di chiusure e aperture di nuove porte o finestre.

Negli edifici in muratura queste modifiche riguardano le pareti portanti che, come sappiamo, hanno un ruolo determinante per la stabilità del fabbricato: creare dei nuovi vuoti nelle pareti portanti perciò ad alterare la resistenza e la rigidezza dell’edificio e soprattutto genera delle concentrazioni di sforzi nelle porzioni rimaste di muratura.

Per permettere di poter effettuare queste variazioni, senza però compromettere la sicurezza, si devono realizzare delle cerchiature metalliche (spesso realizzati in doppi profili) che vadano a compensare la diminuzione di resistenza e rigidezza data dalla nuova apertura, soprattutto in senso orizzontale. In base alle dimensioni delle porte o finestre che si desidera realizzare vengono valutati dal tecnico diversi tipi di profili in acciaio. È importante ricordare che maggiore sarà l’apertura, maggiore sarà la dimensione del profilo e il costo dell’intervento.

   

Consolidamento dei solai

Elemento fondamentale per conferire scatolarità a un edificio è il solaio, in quanto oltre a distribuire i carichi verticali sugli elementi sottostanti collega e unisce le pareti portanti ai vari piani: per questo motivo uno degli interventi tipici realizzati nelle ristrutturazioni è il consolidamento degli orizzontamenti.

Il tipo di solaio più diffuso nell'edilizia storica e agricola è quello in legno, il quale presenta quasi sempre una deformabilità e vibrazioni eccessive rispetto alle esigenze attuali.

L'intervento ottimale da eseguire e ormai collaudato consiste nel sovrapporre al solaio una soletta in calcestruzzo armato di spessore il più possibile limitato, ma comunque non inferiore ai 5-6 centimetri, collegata alle travi sottostanti attraverso una serie di pioli connettori infissi con resina in modo da far collaborare le due parti come un tutt'uno.

A completamento vengono quindi innestate delle armature a coda di rondine oppure, ancor meglio, mediante fori a resina inclinati nelle pareti di perimetro al contorno in modo da solidarizzare la soletta alle pareti stesse ed evitare il distaccamento di queste ultime in caso di sisma (a causa del meccanismo di flessione verticale del primo modo di danno).

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In questo articolo una raccolta dettagliata dei vari metodi di rinforzo e irrigidimento dei solai in legno esistenti, con specifiche sulle modalità d’intervento e indicazioni su vantaggi e limiti di ogni singola soluzione. Leggi l'articolo

Nel caso di edifici vincolati (è per esempio il caso del Palazzo Comunale di Forlì di cui parleremo più approfonditamente nel seguito) o dove il solaio non ha problemi di vibrazioni o di portata statica, ma è necessario solo garantire il cosiddetto piano rigido di piano, abbiamo spesso introdotto dei piatti in acciaio a croce di Sant’Andrea collegati al perimetro con angolari solidarizzati alle pareti mediante riscontri esterni con capo-chiavi metallici.

Il costo del consolidamento del solaio con connettori e soletta armata con rete e relativi innesti è nell’ordine dei 120-150 Euro/mq.

   

  

Rinforzo delle fondazioni con cordoli in c.a.

Nel caso sia necessario prendere provvedimenti importanti a livello strutturale (non limitandosi perciò solo alle parti esterne), un intervento che spesso si esegue a livello di fondazione è quello di realizzare un cordolo in calcestruzzo armato di circa 50×40 centimetri ai lati della parete con innesti passanti nella muratura ogni circa 1,5 metri.

Per fare sì che questi cordoli collaborino assieme è buona norma creare una soletta armata da 10 centimetri di spessore, al di sotto della quale si possano posizionare degli igloo (in questo caso la soletta sopra la testa degli igloo basta solo di 5cm di spessore) in plastica o un opportuno strato di ghiaia in modo da conferire aerazione allo strato fondale.

 

  

Approfondiamo nei capitoli che seguono alcune soluzioni antisismiche adottate nel caso di ristrutturazioni di edifici esistenti vincolati e non - prima descrivendo due temi generali riguardanti gli edifici religiosi e i casolari agricoli e poi addentrandoci in qualche caso specifico degno di particolare nota - con, sullo sfondo, l’adozione di tecniche innovative e di ricerca che come abbiamo detto all’inizio sono sempre “nelle corde” del nostro operare.

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