Verifica di strutture esistenti per carichi statici

La valutazione della sicurezza degli edifici esistenti

Il § 8.3 delle NTC 2018 contiene una definizione della procedura di valutazione della sicurezza, le situazioni nelle quali è obbligatoria la valutazione e gli stati limite ai quali fare riferimento.

La valutazione della sicurezza degli edifici esistenti, per quanto possibile, deve essere effettuata in rapporto a quella richiesta per gli edifici nuovi.

A tale scopo, le NTC introducono due nuovi parametri che costituiscono fattori indicativi per un rapido confronto tra l’azione sopportabile da una struttura esistente e quella richiesta per il nuovo:

• ζE, definito come il rapporto tra l’azione sismica massima sopportabile dalla struttura e l’azione sismica massima che si utilizzerebbe nel progetto di una nuova costruzione.
  
• ζv,i, definito come il rapporto tra il valore massimo del sovraccarico verticale variabile sopportabile dalla parte i-esima della costruzione e il valore del sovraccarico verticale variabile che si utilizzerebbe nel progetto di una nuova costruzione.

ζE è il consueto parametro che siamo abituati a calcolare quando facciamo le verifiche sismiche di un edificio esistente, quello – per intenderci – che ci dice che nello stato di fatto una struttura può sopportare ad esempio il 30% dell’azione sismica di progetto per un edificio nuovo. Questo parametro è utilizzato frequentemente nell’applicazione del sismabonus.

ζv,i è invece il parametro su cui ci concentreremo in questo articolo.

Le verifiche per carichi statici

Può capitare che quando si verifica una struttura esistente le verifiche per carichi statici non risultino soddisfatte, anche se dall’osservazione della struttura non emergono lesioni evidenti. 

Perché? Innanzi tutto ricordiamoci che si tratta di verifiche convenzionali, inoltre è importante sottolineare che ci sono incertezze legate sia alla caratterizzazione dei materiali che alla caratterizzazione dei carichi. Infine i sovraccarichi variabili previsti dalla normativa non sono necessariamente applicati alla struttura.

Le incertezze su materiali e carichi vengono “convertite” in coefficienti di sicurezza. 

• Coefficienti di sicurezza sui materiali: oltre ai consueti gammaM previsti per le strutture nuove, per le strutture esistenti sono previsti anche dei Fattori di Confidenza, che possono arrivare fino a 1.35
  
• Coefficienti parziali sui carichi: per tenere conto dell’incertezza sui carichi amplificano sia i carichi permanenti che i variabili.

Per quanto riguarda i Fattori di Confidenza, l’unica strategia per non penalizzare le verifiche è fare più prove in situ.

Relativamente ai carichi invece ci viene incontro il paragrafo 8.5.5. AZIONI che dice: “Per i carichi permanenti, un accurato rilievo geometrico-strutturale e dei materiali potrà consentire di adottare coefficienti parziali modificati, assegnando a γG valori esplicitamente motivati. I valori di progetto delle altre azioni saranno quelli previsti dalla presente norma”. 

I carichi permanenti possono quindi essere moltiplicati per un coefficiente minore del consueto 1.3 a patto di motivare esplicitamente la scelta e di fare un accurato rilievo geometrico-strutturale.

In PRO_SAP le combinazioni dei carichi sono automatiche, ma i coefficienti di combinazione sono personalizzabili, è possibile agire attraverso le “impostazioni generali” delle combinazioni per ottenere le combinazioni personalizzate, nella immagine seguente ad esempio si è assegnato il valore 1.2 anziché 1.3.

Una volta generate le combinazioni con i coefficienti personalizzati è possibile eseguire la verifica dell’edificio esistente.

Se le verifiche ancora non risultano soddisfatte, cosa fare?

“Nel caso in cui l’inadeguatezza di un’opera si manifesti nei confronti delle azioni non sismiche, quali carichi permanenti e altre azioni di servizio combinate per gli stati limite ultimi secondo i criteri esposti nel § 2.5.3 delle NTC (eventualmente ridotte in accordo con quanto specificato al § 8.5.5 delle NTC come abbiamo già visto), è necessario adottare gli opportuni provvedimenti, quali ad esempio:

• limitazione dei carichi consentiti
• restrizioni all’uso 
• e/o esecuzione di interventi volti ad aumentare la sicurezza, che consentano l’uso della costruzione con i livelli di sicurezza richiesti dalle NTC.”

È quindi necessario capire il rapporto tra il valore massimo del sovraccarico verticale variabile sopportabile dalla parte i-esima della costruzione e il valore del sovraccarico verticale variabile che si utilizzerebbe nel progetto di una nuova costruzione.

È importante notare che se si eseguono analisi lineari, vale il principio di sovrapposizione degli effetti, quindi è sufficiente agire attraverso le combinazioni di carico riducendo i carichi variabili fino a soddisfare le verifiche.

In PRO_SAP è possibile definire il “valore di riferimento” dei carichi variabili, che consente di generare le combinazioni in automatico secondo quanto previsto dalla norma, ma con coefficienti personalizzati per i carichi variabili.

Nella immagine seguente ad esempio si è assegnato il valore 0.5 come moltiplicatore dei carichi variabili, che comporterà un coefficiente moltiplicativo dei carichi variabili non più di 1.5, ma di 0.5*1.5=0.75.

È possibile, con una procedura iterativa, ottenere il moltiplicatore del carico variabile con il quale tutte le verifiche sono soddisfatte, che è esattamente il valore v,i, richiesto dalla normativa.

In questo videocorso è illustrata una applicazione PRO_SAP.

Chi è 2SI

2SI sviluppa e distribuisce il software a elementi finiti PRO_SAP; è attiva da più di 20 anni ed ha molteplici collaborazioni con istituti universitari ed enti di ricerca come EUCENTRE e NAFEMS, ISI. PRO_SAP progetta cemento armato, acciaio, muratura ordinaria e armata, legno, XLAM, travi reticolari miste, pareti estese debolmente armate, rinforzi in FRP per muratura e c.a.

Verifica anche edifici esistenti, isolatori, interazione terreno-struttura, resistenza al fuoco, cinematismi di collasso nelle murature. PRO_SAM è il plugin di PRO_SAP che si collega al motore di calc olo SAM II.

Promosso da Confindustria Ceramica Raggruppamento Laterizi e sviluppato dal Professor Magenes e dagli Ingg. Manzini e Morandi, PRO_SAM esegue analisi mediante una modellazione a telaio equivalente. Calcola di edifici in cemento armato, muratura ordinaria, muratura armata o mista.