Valutazione del comportamento dei solai: applicazione a edifici in muratura sia in pre che in post sisma

L’articolo presenta una procedura inversa, sviluppata dagli Autori, finalizzata ad indirizzare le ipotesi di modellazione sull’eventuale comportamento rigido dei solai nella risposta globale di edifici esistenti. Tale procedura è basata sulla stima delle rotazioni rigide e delle deformazioni angolari dei solai da misure di vibrazione ambientale. Quando applicata in condizioni pre e post-sismiche, essa può fornire utili indicazioni relative a variazioni nel comportamento dinamico dei solai, potenzialmente sintomatiche di una riduzione di rigidezza causata dal danneggiamento sismico. 

La procedura è testata attraverso simulazioni numeriche della risposta dinamica ambientale, eseguite al variare di diverse ipotesi sulla rigidezza degli orizzontamenti con l’obiettivo di simulare livelli crescenti di danno nei solai. Il modello computazionale adottato opera nell’ambito dell’approccio a telaio equivalente e si ispira alla geometria e alla configurazione strutturale del caso studio della scuola “Pietro Capuzi” di Visso, edificio monitorato dall’Osservatorio Sismico delle Strutture del Dipartimento della Protezione Civile e gravemente danneggiato dalla sequenza sismica del Centro Italia 2016-2017, tanto da essere stato demolito. 

L’applicazione della procedura alle misure pseudo-sperimentali di vibrazione ha mostrato una alterazione dei valori relativi tra rotazioni rigide e deformazioni angolari esibite dai solai, evidenziando l’effettiva possibilità di riconoscerne una variazione nel comportamento dinamico dovuta al danneggiamento sismico.

Sisma 2016: Analisi dei danni subiti dalla scuola di Visso (MC)

Il danno strutturale causato dall’azione sismica può determinare apprezzabili riduzioni della rigidezza globale della struttura. Negli edifici in muratura, in particolare, il danno sismico può interessare – oltre che gli elementi verticali sismo- resistenti – i diaframmi orizzontali, manife- standosi in un degrado della rigidezza dei solai nel proprio piano e/o in una riduzione dell’efficacia delle connessioni con le pareti. Il fenomeno può compromettere progressivamente la risposta “scatolare” che garantisce la redistribuzione delle azioni sismiche fra elementi solidali, tipica di edifici in muratura dotati di solai di sufficiente rigidezza ed efficace collegamento alle pareti.

Queste problematiche possono essere acuite dal fenomeno dell’accumulo del danno sismico, ancora scarsamente documentato in letteratura su casi reali sebbene su di esso sia crescente l’attenzione scientifica (si veda ad esempio Iervolino et al. 2016, D’Aragona et al. 2017, Jalayer & Hebrahimian 2017). Interessanti considerazioni sulle potenziali ricadute di tale fenomeno sulla risposta strutturale, valutata globalmente in termini di classe di agibilità (secondo la scheda AeDES Baggio et al. 2007), sono illustrate in Di Ludovico et al. (2019) su un campione di scuole  in muratura e calcestruzzo armato danneggiate dall’evento sismico del Centro Italia del 2016-2017.

E’ chiaro che per fornire considerazioni più puntuali alla scala del singolo edificio sono necessarie informazioni molto più accurate e di dettaglio. Al riguardo, nell’ultimo decennio, crescente è l’attenzione sull’impiego dell’analisi modale sperimentale, anche nell’ambi- to del monitoraggio permanente e a supporto di valutazioni di sicurezza sismica (come illustrato in Guéguen et al. 2014, Michel et al. 2008, Modena et al. 2016, Bindi et al. 2016, Ubertini et al. 2018). 

In questo quadro generale, la scuola “Pietro Capuzi” di Visso (MC) costituisce un unicum nel suo genere, essendo stata oggetto di monitoraggio permanente da parte dell’Osservatorio Sismico delle Strutture (OSS) (Dolce et al. 2017) e avendo subito danni molto severi a seguito della sequenza sismica che ha colpito il Centro Italia del 2016- 2017, che si sono progressivamente aggravati fino ad una condizione di incipiente collasso (oggi la struttura risulta demolita).

Della struttura sono disponibili molte informazioni relative: alle misure sperimentali di risposta dinamica (ambientale e sismica) derivanti dal monitoraggio operato dall’OSS, messe a disposizione nell’ambito del Progetto ReLUIS 2017/2018 Linea Muratura Task 4.1 (ReLUIS Workgroup 4.1 2018, Cattari et al. 2019a); ai materiali e ai dettagli costruttivi; al quadro del danno occorso, dapprima rilevato da S. Cattari e D. Sivori nell’ambito dell’attività promossa nel mese di Dicembre 2016 dal Commissario Straordinario alla Ricostruzione Vasco Errani tramite il consorzio ReLUIS e il DPC (Di Ludovico et al. 2017) e successivamente nell’ambito del succitato progetto ReLUIS anche in relazione alle diverse scosse (ReLUIS Workgroup 4.1 2018).

La vasta documentazione fotografica attesta l’evoluzione del danneggiamento strutturale in seguito a ciascuna scossa e l’aggravamento del danno subito dai solai (come meglio descritto al §3). E’ per queste ragioni che questa struttura costituisce un prezioso caso studio, oggetto di interesse da parte di svariati gruppi di ricerca (Ferrero et al. 2018, Argiento et al. 2019, De Silva et al. 2019, Graziotti et al. 2019, Ceravolo et al. 2019). Il gravissimo livello di danno esibito dalla scuola, prossimo al limite di collasso, è testimoniato, oltre che dai rilievi in situ, dal decremento delle frequenze naturali e da un significativo cambiamento delle forme modali identificabili sperimentalmente (ReLUIS Workgroup 4.1 2018, Cattari et al. 2019a).

E’ la parte retrostante dell’edificio ad aver subito il danno più evidente ed esteso, già a seguito della scossa del 24 Agosto 2016. In quest’area è stato rilevato, oltre ad un ingente danno agli elementi murari anche il collasso di vari campi di solaio (§3). Si tenga presente tuttavia che, nonostante la ricchezza e varietà di informazioni acquisite, la significativa influenza dell’interazione suolo- struttura ha notevolmente complicato l’inter- pretazione della risposta strutturale (Lorenzoni et al. 2019, Cattari et al. 2019b).

Ispirandosi al caso studio in esame, l’obiettivo del lavoro è quello di verificare le potenzialità di una procedura inversa recentemente sviluppata dagli Autori (Sivori et al. 2019, descritta al §2) finalizzata ad indirizzare le ipotesi di modellazione sull’eventuale comportamento rigido dei solai nella risposta d’assieme di edifici esistenti. Quando applicata in condizioni pre e post- sismiche, eventuali variazioni nel comportamento dinamico dei solai possono essere interpretabili come indicatori del danno derivante da una riduzione o perdita di rigidezza dei solai.

Le potenzialità della procedura (Sivori et al. 2019), già parzialmente validata mediante l’impiego di alcuni dati sperimentali (Gattulli et al. 2009), sono esplorate nell’articolo attraverso simulazioni numeriche della risposta dinamica ambientale di un modello che si ispira alla geometria e configurazione strutturale della scuola “Pietro Capuzi” di Visso (§4). Per questo specifico obiettivo è stato impiegato un modello computazionale a telaio equivalente della scuola, già sviluppato nell’ambito di altre ricerche (Cattari et al. 2019b).

In particolare sono state svolte analisi parametriche considerando la struttura in condizioni integre e – successivamente – in condizioni danneggiate. La modellazione com- putazionale ha consentito di riprodurre idealmente diversi livelli e differenti localizzazioni del danno, concentrando quest’ultimo esclusivamente nei solai (assumendo quindi proprietà invariate per i sistemi sismo-resistenti verticali). Sebbene questa ipotesi sia meno plausibile nella realtà, essa è tuttavia funzionale ai fini preliminari della ricerca, mirati a verificare l’efficacia della procedura nel cogliere ripercussioni sulla risposta strutturale conseguenti alle variazioni nel comportamento dinamico dei solai.

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Articolo tratto dagli atti del XVIII Convegno ANIDIS