Presidio antisismico per la protezione e la mitigazione del danno di elementi non strutturali

SOMMARIO
Una parte significativa dei danni rilevati sugli edifici colpiti da sisma sono riferibili ad elementi non strutturali quali tamponature, tramezzature e controsoffittature.
Questi danni, oltre a contribuire in maniera cospicua alla determinazione del danno economico provocato dal sisma, possono comportare la perdita di vite umane.
Caso emblematico è il danneggiamento con conseguente crollo/ribaltamento di tramezzature in edifici scolastici laddove, a causa del particolare affollamento, possono verificarsi danni anche rilevanti in termini di danni fisici fino alla perdita di vite umane.
Non è da trascurare inoltre che il crollo delle tramezzature in corrispondenza delle zone utilizzate come vie di fuga, può creare notevoli impedimenti e ritardi condizionando negativamente il tempo di evacuazione, incrementando così significativamente la soglia di pericolo.
La mitigazione del rischio sismico di un edificio deve, pertanto, necessariamente contemplare la possibilità di intervenire in modo efficace anche sugli elementi non strutturali, ovviamente a completamento degli obbligatori interventi sugli elementi strutturali portanti.
La campagna di prove illustrata nel presente lavoro descrive i primi test eseguiti su un sistema innovativo di rinforzo antisismico per pareti in laterizio (partizioni) in grado di ridurre sensibilmente i danni derivanti dal sisma impedendone nel contempo il crollo e/o l’espulsione di parti di distacco.
Il sistema di rinforzo antisismico testato può essere utilizzato per la protezione sia per edifici nuovi che di edifici esistenti.
Il sistema di rinforzo testato è realizzato con l’applicazione di una rete in fibra di vetro del peso di 286 gr/mq e di un adesivo poliuretanico in grado di formare un “sistema” composito in grado di offrire ottime prestazione anche nel caso di applicazione sull’intonaco esistente.
Nel corso della campagna sperimentale alcuni pannelli in laterizio, di spessore variabile, sono stati confezionati e testati nella configurazione rinforzata e non rinforzata.
Le prove condotte in controllo di spostamento hanno dimostrato l’efficacia di tale tipo di rinforzo sia in termini di resistenza che di deformazione.

INTRODUZIONE
La crescente attenzione verso le problematiche della mitigazione del rischio sismico, unitamente ad un crescente interesse per gli studi dei danni complessivi provocati dal sisma sulla costruzione, ha dato maggiore risalto al problema del rinforzo degli elementi non strutturali identificati come elementi il cui danneggiamento totale o parziale, pur non recando danni alla capacità portante della struttura, può tuttavia creare considerevoli problemi per la salvaguardia della vita e più generalmente per l’incolumità fisica delle persone [1], [2]. Si valuti ad esempio la pericolosità degli effetti del crollo delle controsoffittature [3] oppure del ribaltamento/crollo di pareti divisorie e di tamponatura negli edifici in cemento armato. Il crollo di tali elementi, che negli edifici scolastici possono raggiungere considerevoli dimensioni (aule, corridoi), può provocare danni agli occupanti dell’edificio indipendentemente dal danneggiamento dell’organismo strutturale (vedi figura 1). Infatti accade non di rado che in edifici con lievi danni strutturali tuttavia si verificano vittime a causa del danneggiamento degli elementi non strutturali [4].

                                                  (a)                                                                      (b)
Figura 1. Esempio di crollo di tramezzature in una scuola in seguito al sisma dell’Aquila, (a) Aula (b) via di fuga

Le considerazioni svolte comportano la necessità che un completo e corretto progetto di rinforzo sismico delle costruzioni deve prevedere un approccio globale con interventi mirati al rinforzo sia degli elementi strutturali che non strutturali [5].
La campagna sperimentale di seguito illustrata e condotta presso il Laboratorio del Dipartimento di Strutture per l’Ingegneria e l’Architettura dell’Università di Napoli “Federico II”, ha testato l’efficacia di un nuovo tipo di presidio antisismico finalizzato alla mitigazione dei danni prodotti dal sisma sugli elementi non strutturali con riferimento alle pareti in laterizio (partizioni).
L’efficacia di tale tipo di intervento è stata valutata in relazione a pannelli di laterizio di 80 mm e 120 mm di spessore di dimensioni 1280x1280 mm testati con prove di flessione.
Il confronto tra il comportamento dei pannelli rinforzati e non, esposto nel presente lavoro, è utile per determinare l’efficacia dell’intervento proposto.

PROGRAMMA SPERIMENTALE
Per i test sono stati confezionati 6 pannelli di laterizio di dimensione 1280x1280 mm, ciascuno con 25 blocchi di laterizio di dimensione 250x250 mm. Per il confezionamento di 4 pannelli sono stati utilizzati blocchi di spessore 80 mm, mentre per i restanti 2 pannelli sono stati utilizzati blocchi di spessore 120 m. Il laterizio utilizzato per il confezionamento ha un peso per unità di volume di 6.50 kN/m³ ed una resistenza a compressione pari a 5.6 Mpa. Per l’allettamento è stata utilizzata una malta a base di cemento, inerti e resine speciali con un peso per unità di volume pari a 18.30 kN/m² in grado di raggiungere a 28 gg una resistenza a compressione di 8.5 Mpa ed una resistenza a flessione di 3.00 MPa [6],[7].
Poichè il sistema di rinforzo testato ha il significativo vantaggio strategico di essere applicabile senza rimuovere preventivamente l’intonaco esistente (si pensi alla semplicità applicativa ed al ridotto costo nel caso di applicazione per edifici esistenti), i pannelli sono stati intonacati su entrambi i lati con uno spessore di circa 15 mm della stessa malta usata per l’allettamento.
I pannelli hanno stagionato per 46 gg alla temperatura di circa 26° C prima dell’applicazione del rinforzo avvenuta successivamente alla temperatura di 23° C.
Il sistema di rinforzo è realizzato con rete in fibra di vetro¹ tipo E, pre-aprettata del peso di 286 gr/mq e resistenza a trazione non inferiore a 1600 MPa applicata con adesivo poliuretanico² di viscosità Brooksfield pari a 200000 MPa·s e resistenza a trazione pari a 5.25 Mpa [8]. L’intero sistema, composto da rete più adesivo, ha un peso non superiore a 900 gr/m² ed un’aderenza superficiale sul laterizio, conferitogli dall’adesivo, pari a 1.1 N/mm [9].

Setup di Prova
Le prove sono state condotte in controllo di spostamento alla velocità di 0.001 mm/sec. con la configurazione del three point bending utilizzando un telaio di prova universale ed un martinetto idraulico con capacità di carico massimo pari a 3000 kN. La configurazione di prova, riportata in Figura 1, prevede l’applicazione del carico attraverso una cerniera cilindrica collegata inferiormente ad una traversa in acciaio in grado di applicare il carico lungo una striscia continua nella mezzeria del pannello. Quest’ultimo è appoggiato su due blocchi rigidi di calcestruzzo su quali è a contatto attraverso una coppia di cerniere cilindriche poste ad una distanza mutua di 1150 mm.

                                Vista frontale                                                      Vista laterale
Figura 2. Dimensioni del Setup di Prova

Durante la prova è stato monitorato il valore del carico applicato, attraverso una cella di carico nonché l’abbassamento in mezzeria attraverso un trasduttore di spostamento.

Figura 3. Setup di Prova

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