Ricerca e sviluppo

Nella maggior parte dei casi, quando il progettista si trova ad affrontare il miglioramento o l’adeguamento sismico di edifici esistenti, si trova ad analizzare solai che non sono concepiti per far fronte ad elevate azioni orizzontali. Infatti, risulta frequente trovare solai con solette che presentano spessore e armature non adeguate a garantire un’affidabile trasmissione delle forze orizzontali a livello di impalcato. In certi casi, come quello che ci siamo trovati ad affrontare noi di SMStrutture, la soletta risulta del tutto assente. Conseguentemente, per evitare di sovrastimare gli interventi necessari e per mettere in conto la rigidezza e la resistenza che il solaio riesce ad offrire, abbiamo deciso di ricorrere ad una modellazione non lineare. Poiché introdurre le non linearità direttamente nel modello globale sarebbe stato eccessivamente oneroso in termini computazionali abbiamo deciso di creare dei modelli di impalcato locali non lineari (NL) sulla base dei quali sono state tarate le bielle equivalenti (LIN) da inserire nel modello globale. Per il modello locale non lineare i travetti sono stati considerati come elementi resistenti sia a trazione che a compressione mentre gli elementi in laterizio sono stati assunti resistenti solo a compressione. Come risultato finale abbiamo ottenuto una modello globale capace di mettere in conto le caratteristiche degli impalcati di piano che ha permesso in primo luogo di stimare la sicurezza nei confronti delle azioni sismiche del fabbricato allo Stato di Fatto e successivamente di ottimizzare gi interventi di rinforzo.

La progettazione di sistemi di intervento su edifici esistenti non solo deve soddisfare i principi di verifica tipici della scienza e tecnica delle costruzioni, compatibilmente alle normative vigenti, ma deve essere guidata anche da valutazioni ed accorgimenti tali da semplificare ed ottimizzare le attività di realizzazione degli stessi, ponendo grande attenzione al contesto in cui l’impresa dovrà operare. Molto spesso, infatti, ci si scontra con vincoli ed elementi limitanti le aree di cantiere, con accessi e spazi di applicazione poco agevoli, presenza di elementi di ingombro non sempre pienamente asportabili od eliminabili, necessità da parte della Committenza di non interrompere le attività e l’esercizio delle strutture su cui si deve intervenire. È questo il caso dell’edificio scolastico IPSIA Fascetti di Pisa, in cui noi di SM-Strutture ci siamo cimentati nella progettazione e direzione lavori riguardanti interventi di recupero e rinforzo delle strutture del piano interrato e dei solai ad esso soprastanti, operando parzialmente in situazione di scuola in esercizio. Le condizioni ambientali particolarmente aggressive cui sono state soggette nel corso degli anni le strutture degli ambienti interrati hanno fatto sì che si sviluppassero e propagassero evidenti fenomeni di degrado strutturale, specialmente legati a espulsione di copriferri di elementi in c.a. e distacchi di elementi laterizi di solaio.

Approccio all’analisi numerica di solette di impalcati di forma complessa Nella maggior parte dei casi il progettista si trova a dover verificare il funzionamento di piano rigido di fabbricati di forma regolare, per i quali è possibile approcciarsi con sottomodelli di calcolo semplificati, oppure direttamente nel modello globale con modellazione esplicita della soletta di impalcato. Tuttavia, in alcune situazioni si ha a che fare con impalcati di forma molto irregolare per i quali può essere eccessivamente oneroso modellare esplicitamente la soletta all’interno del modello di calcolo globale, soprattutto nel caso di analisi impegnative come quelle Time History. Noi di SM-Strutture abbiamo affrontato il problema del dimensionamento del rinforzo con piatti diagonali in acciaio di un impalcato con soletta non armata di una struttura esistente in c.a. mediante un sottomodello composto da elementi finiti di tipo bidimensionale a comportamento meccanico non lineare non resistente a trazione. Alla mesh della soletta sono stati sovrapposti elementi biella resistenti a sola trazione. Per verificare il comportamento composto soletta + rinforzo, sono stati realizzati due modelli semplificati di raffronto, uno non lineare (NL) l’altro lineare (LIN) a cui sono state applicate le medesime forze trasversali Dalle analisi comparative condotte si vede come il modello non lineare NL colga l’evolvere della fessurazione nella soletta che riduce man mano la sua rigidezza con conseguente trasferimento del carico al diagonale teso di rinforzo, che risulta più sollecitato rispetto alla soluzione lineare LIN. Tarato il modello meccanico si è passati alla modellazione dell’intero impalcato a cui sono stati assegnati i vincoli dettati dagli elementi verticali sismo resistenti e le forze di piano dedotte dalle accelerazioni di piano del modello globale. Come risultato abbiamo ottenuto le mappe cromatiche delle max/min tensioni principali nella soletta e gli sforzi nei piatti in acciaio con cui dimensionare l’intervento di rinforzo.

Per affrontare la vulnerabilità sismica di un edificio storico è indispensabile ricostruire il modello strutturale per effettuare le verifiche. Per l’edificio in esame sono andati perduti tutti i disegni storici del progetto strutturale ma grazie al rilievo dell’esistente con metodologia laser-scanner, che ha consentito di ricostruire un modello BIM dettagliato, accompagnato dalle prove in situ e dal modello di calcolo simulato, siamo riusciti a ricostruire l’intera struttura. Una volta individuata la tipologia strutturale dell’edificio, il modello BIM ci ha permesso di ricostruire la maglia strutturale e di definire gli ingombri massimi che potevano assumere gli elementi strutturali, in questo caso pilastri e travi. Le dimensioni e le caratteristiche degli elementi sono state poi tarati con le indagini in situ e con il progetto simulato. (rif. Figura 1)

Quante volte ci troviamo di fronte al progetto di un intervento di consolidamento statico di solai esistenti sottoposti a variazioni di destinazione d’uso? Vogliamo condividere alcune nostre considerazioni. Tutte le strutture esistenti sono sottoposte ad uno stato tensionale funzione dei carichi permanenti. Un’ ipotetico intervento di consolidamento, se non prevede la messa in forza del solaio, deve tenere conto di questo. Allora come dimensionare correttamente l’intervento? Quello che siamo soliti proporre è un’analisi per fasi, progettare l’intervento, che sia esso l’installazione di un rompitratta o la realizzazione di una nuova fascia piena su di un solaio in latero-cemento, a partire da una condizione deformata della struttura esistente. L’intervento, per tale motivo, non dovrà essere dimensionato esclusivamente in funzione dei nuovi carichi aggiuntivi, quanto in termini di rigidezza. Tanto più grande sarà l’inerzia del profilo inserito tanto maggiore sarà il vantaggio risentito dalle strutture esistenti. Perché tutto questo? Progettare trascurando la congruenza delle deformazioni e solo secondo valutazioni di equilibrio statico potrebbe portare a sottostimare l’intervento.