Retrofit sismico strutturale di un fabbricato: dagli isolatori al sistema di monitoraggio integrato

Quadro generale relativo al patrimonio costruito

La salvaguardia del patrimonio costruito è, per addetti ai lavori, gestori, decisori e per la stessa popolazione, un dovere che va oltre il mero concetto di manutenzione. I luoghi in cui viviamo, siano essi di lavoro, di vita o infrastrutture, troppo spesso vengono attenzionati per le componenti estetiche e di “qualità degli ambienti”, lasciando in secondo piano un aspetto tutt’altro che secondario, che è quello della sicurezza.

Nel panorama Italiano, vetusto sotto il profilo temporale delle costruzioni ed in cui gli interventi di manutenzione rimangono spesso in attesa di raggiungere il livello ultimo di rischio, il monitoraggio riveste oggi un ruolo determinante sia per la gestione ed il coordinamento degli interventi immediati di messa in sicurezza o sgombero, sia per la pianificazione delle prime operazioni di ripristino e/o di consolidamento delle strutture danneggiate.

In controtendenza con quanto sopra, il tema del monitoraggio strutturale mediante sistemi innovativi ha ricevuto nell’ultimo ventennio un crescente interesse sia in ambito accademico, sia da quello dei professionisti; ne è testimonianza il crescente numero di sistemi implementati, così come il proliferare nella letteratura scientifica di casi applicativi in differenti scenari.

Le principali motivazioni di questo sviluppo sono riconducibili principalmente a due cause: in primo luogo, i metodi tradizionali di monitoraggio erano frequentemente basati sulle sole ispezioni visive, e quindi affidate all’esperienza soggettiva dell'operatore.

Con l'innovazione legata alle soluzioni IoT (Internet delle Cose), con nuovi protocolli e sistemi di rilevazione automatica dei dati, si è prodotto una significativa riduzione dei costi, e la consolidata possibilità di avere dati di
misurazione affidabili e oggettivi.

Le strutture, come noto, sono soggette ad un deterioramento dovuto tanto dall’ invecchiamento “naturale” delle stesse, quanto ad una manutenzione inadeguata. Con l'impiego dei nuovi sistemi di monitoraggio (continuo e/o puntuale) si può tenere sotto osservazione l'intera opera, ed evitare che il grado di risposta della struttura vada oltre i limiti di sicurezza. Un modo di investire sul presente, per evitare in futuro costi eccessivi, e incidere quindi sull’intero life cycle dell'opera.

La situazione italiana, soprattutto dopo la lunga sequela di eventi sismici che l'hanno colpita nell’ultimo ventennio – dal sisma umbro-marchigiano degli anni ’90 fino al recentissimo sisma del Centro-Italia – hanno posto l’attenzione sulla vulnerabilità degli edifici esistenti per il pesante bilancio che essi hanno registrato non solo in termini di impatto economico del danno ricevuto, ma soprattutto in termini di esposizione sismica.

Molti di questi manufatti sono stati realizzati nel dopoguerra: il 60% tra il 1945 ed il 1980, con un particolare impulso negli anni ’60 e ‘70, in un’epoca in cui lo Stato aveva risorse adeguate per finanziarne la costruzione in maniera estesa e diffusa, e sono giunti fino ai giorni nostri sostanzialmente senza aver subito negli anni alcun intervento di consolidamento, e molto spesso purtroppo anche con evidenti carenze manutentive.

Poter intervenire garantendo la sicurezza in caso di sisma è doveroso; risulta inoltre necessario, prima di realizzare qualsivoglia intervento, procedere con una profonda ed adeguata conoscenza del manufatto, per poter poi procedere ad una modellazione del sistema strutturale in fase di calcolo.

Il lavoro che viene discusso, è dunque centrato su un caso studio ad hoc e sugli aspetti appena menzionati: un edificio residenziale realizzato negli anni '60 è stato adeguato sismicamente mediante sistema di isolamento alla base.

Tale intervento è stato monitorato durante l’intera durata del retrofit strutturale attraverso differenti tecniche e tipologie e sarà tenuto sotto controllo durante l’intera vita utile al fine di valutare in "tempo reale" le condizioni di salute a seguito di eventi calamitosi, sollecitazioni di altra natura come piccoli sciami sismici, o cedimenti del terreno, etc..

Intervento di adeguamento sismico di un edificio in cemento armato

L’edificio interessato dall’intervento è situato in zona centrale della città di Ancona, a ridosso dell'area residenziale del Passetto. Realizzato nel 1961, l’edificio si presenta come una struttura regolare in pianta ed anche in elevazione con dimensioni di circa 13,80 x 13,00 m, mentre in altezza si sviluppa per 13,00 m.

L’analisi del comportamento strutturale dell’edificio allo stato attuale in relazione alle azioni sismiche ha evidenziato la necessità di sottoporre la struttura ad interventi di adeguamento sismico attraverso una tecnica di intervento innovativa basata sull’ introduzione di isolatori sismici in testa ai pilastri del piano terra.

La scelta degli isolatori

L’idea dell’isolamento alla base nasce da una semplice considerazione. Le strutture tradizionali, a base fissa, hanno periodi vibrazione principali abbastanza bassi, che in genere ricadono nell’intervallo in cui l’accelerazione del sisma viene notevolmente amplificata. Se alla base si interpone un sistema di isolamento, costituito da elementi molto deformabili in senso orizzontale, il periodo cresce notevolmente e l’accelerazione si riduce a valori molto più bassi.

La scelta di proporre tale tipologia di intervento è motivata dal fatto che, con un unico intervento localizzato sui soli elementi strutturali del piano terra è possibile adeguare l’edificio nonostante le scarse caratteristiche meccaniche dei materiali e raggiungere un livello di protezione al sisma caratterizzato da assenza di danneggiamenti, garantendo protezione anche agli elementi non strutturali.

Monitoraggio digitale integrato per il retrofit sismico
Il lavoro descritto in questo articolo ha presentato soluzioni innovative e tradizionali a supporto della sicurezza sismica e del monitoraggio strutturale. In particolare, le soluzioni proposte riguardano da un lato l'istallazione di isolatori sismici in un edificio urbano, dall'altro un sistema complesso ed integrato di tecniche di monitoraggio al fine di garantire sicurezza strutturale sia in fase di cantiere che per l'intero life cycle dell'edificio stesso.
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L’alternativa di migliorare la risposta sismica dell’edificio attraverso interventi di rinforzo (incamiciature) degli elementi strutturali della sovrastruttura risulterebbe meno efficace e altamente invasiva in quanto prevede interventi di demolizione all’interno degli appartamenti. Ciò avvalora la scelta degli isolatori.

Nel progetto sono stati dimensionati i dispositivi di isolamento necessari per adeguare la struttura. La sovrastruttura dovrà essere verificata allo stato limite di salvaguardia della vita (SLV), mentre il sistema di isolamento dovrà essere dimensionato e progettato allo stato limite di collasso (SLC).

Il dimensionamento dei dispositivi di isolamento si basa sulla determinazione del periodo del moto fondamentale. Si impone, cioè, il periodo fondamentale di oscillazione alla struttura, al quale corrisponde un valore dell’accelerazione sullo spettro di risposta inferiore rispetto a quello della stessa struttura a base fissa, ma al contempo cui corrisponde un valore dello spostamento maggiore.

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L'articolo continua fornendo una dettagliata descrizione delle procedure di installazione degli isolatori sismici e della specifica tipologia di sistema di monitoraggio strutturale implementato.