Strategie di intervento per il rinforzo di strutture in c.a.

Introduzione
In Italia un elevato numero di edifici sono stati realizzati in assenza di adeguate regole normative in materia di progettazione alle azioni sismiche. Come sappiamo gli edifici realizzati ai giorni nostri sono progettati basandosi sul superamento di prefissati livelli prestazionali (Performance Based Design), soddisfatti principalmente mediante il principio di gerarchia delle resistenze. Gli edifici esistenti, invece, sono il frutto di una progettazione basata sulla verifica della massima resistenza (in termini puntuali) dei singoli elementi strutturali, relative alle varie azioni di carico. In pratica, anche se l’azione sismica è stata introdotta sin dalle disposizioni pubblicate dopo il terremoto di Reggio Calabria e Messina del 1908, la progettazione basata sullo sfruttamento delle capacità dissipative della struttura è un concetto recente per la nostra nazione (Circolare n. 65 del 10 aprile 1997 e OPCM 3274/2003 in poi).

Il comportamento sismico ottimale delle strutture intelaiate in c.a. è legato alla formazione di meccanismi di collasso di tipo globale che coinvolgono l’intera struttura. In particolare la gran parte dell’energia sismica in gioco viene dissipata durante la formazione di “cerniere plastiche” alle estremità degli elementi.

Figura 1 - Collasso per meccanismo di piano

Inoltre, la sequenza di formazione di tali cerniere si deve manifestare con un preciso ordine di formazione (gerarchia), la quale richiede un’accurata progettazione antisismica soprattutto evitando i collassi locali delle zone critiche di tipo “fragile”. Per gli edifici esistenti, invece, è più probabile che si verifichi un meccanismo di “collasso di piano” (b). Tale meccanismo è caratterizzato dallo schema “travi forti – colonne deboli”, in cui vengono coinvolti prevalentemente i pilastri di un solo piano.

Figura 2 - Ordine di plasticizzazione ottimale

A parità di energia sismica da dissipare, il coinvolgimento di un numero ridotto di elementi strutturali di un solo piano, comporta un notevole aggravio di deformazione sugli elementi interessati e una bassa capacità dissipativa. Spesso il piano coinvolto è il piano terra in quanto alti valori di compressione non favoriscono il comportamento duttile dei pilastri, e determinano rotture fragili che potrebbero coinvolgere la stabilità di tutta la struttura.

Figura 3 – Effetti del collasso duttile          Figura 4 – Effetti del collasso fragile

La formazione di collassi di tipo duttile (ad esempio rottura a flessione che precede la rottura a taglio) consente agli elementi di mantenere residue capacità portanti ai carichi verticali (figura 3). Viceversa, rotture di tipo fragile innescano possibili sequenze di collasso di altri elementi adiacenti con conseguente perdita di portanza nei riguardi dei carichi verticali (figura 4). Come evidenziato sinteticamente dalle figure questa modalità di collasso porta è frequentemente causa della perdita di vite umane, in quanto spesso le rotture fragili si manifestano senza fenomeni di preavviso.

Le strutture in c.a. esistenti, spesso progettate per i soli carichi verticali, sono caratterizzate da bassi quantitativi di armatura longitudinale nei pilastri rispetto alle armature a taglio. Inoltre essendo la discriminante principale il carico verticale, anche le travi risultano abbondantemente armate in direzione longitudinale e a taglio rispetto ai pilastri. Queste condizioni descritte si identificano in modo chiaro nel meccanismo di collasso “travi forti – colonne deboli”.

In questo articolo, dopo aver messo in evidenza i fattori principali che influenzano la duttilità, affronteremo i possibili criteri di intervento e una casistica di rinforzi selezionati ad esempio di approccio al consolidamento degli edifici esistenti in c.a. Gli interventi sono affrontati principalmente dal punto di vista teorico, concentrandosi particolarmente sugli effetti che hanno nel contesto strutturale ed alla strategia da seguire per ottenere un comportamento antisismico.

Software utilizzato
Elaborazioni numeriche effettuate mediante il software FaTA-E prodotto da Stacec.

Maggiori info
Stacec s.r.l. –www.stacec.com

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