Consolidamento delle strutture

Guida ai criteri, ai materiali e alle tecniche più utilizzati

Marco Andrea Pisani, Sara Cattaneo

• Publisher: Hoepli
• Year: 2020
• ISBN:
  9788836000784
• Topic: Technologie et ingénierie
• Subtopic: Ingénierie de la construction et de l'architecture

Il volume presenta un'analisi critica sia delle tecniche di intervento più tradizionali nel consolidamento delle strutture sia di quelle più recenti, rese possibili dall'utilizzo di materiali innovativi quali calcestruzzi speciali e materiali compositi. Questa terza edizione è stata aggiornata secondo il dettato delle ultime Norme Tecniche, delle Raccomandazioni del CNR e dei recenti documenti dell'Unione Europea. Sono stati inoltre affinati temi specifici, quali per esempio la verifica del punzonamento dei capochiave nei maschi murari o il tema dell'incollaggio delle tavole lignee, anche alla luce delle esperienze maturate in laboratorio durante il lavoro di ricerca svolto su questi temi. Concepito come supporto didattico per gli studenti di Ingegneria civile, il volume rappresenta anche una guida di primo orientamento per i professionisti (ingegneri e architetti) nella scelta delle tecniche di consolidamento più opportune. A tale scopo il testo riporta tabelle e formule di utile consultazione, tratte da opere di riferimento nonché da norme e raccomandazioni italiane ed europee, passate e recenti.

1 Introduzione

1.1Premessa

Qualsiasi struttura è sottoposta, durante il periodo che va dalla sua realizzazione alla demolizione, a un insieme di azioni, siano queste interne o esterne, statiche o ambientali, che portano a un progressivo degrado della stessa in modo più o meno visibile. Indipendentemente dallo stato di conservazione, succede poi frequentemente che nel corso della sua vita la struttura cambi destinazione d’uso, oppure cambino i livelli di sicurezza per essa previsti dalle norme. In entrambi i casi cambiano le prestazioni a essa richieste.

Scopo di questo lavoro è cercare di fornire un quadro ampio, per quanto possibile, dei problemi connessi al risanamento e all’adeguamento statico delle strutture. Ciò comporta necessariamente la comprensione dello schema resistente della struttura, l’analisi dello stato di danneggiamento sia in termini di livello di danno, sia in termini di cause che l’hanno prodotto, e infine la definizione delle modalità di intervento atte a riportare la struttura al livello di sicurezza previsto dalle norme vigenti.

1.2Tipologia delle strutture che possono essere interessate da un intervento di risanamento o adeguamento statico

Il problema del risanamento o adeguamento statico interessa praticamente tutte le tipologie strutturali. Esso interessa per esempio:

–edifici di civile abitazione

–edifici per uffici, scuole e in genere a uso pubblico

–edifici commerciali

–edifici monumentali

–capannoni industriali e agricoli

–parcheggi interrati o in elevazione

–ponti e viadotti

–muri di sostegno, gallerie, e altre opere legate alla viabilità.

Dal punto di vista strutturale ciascuna di queste tipologie differisce dalle altre per tipo e/o intensità del carico. Risulta quindi evidente che nel prosieguo non sarà possibile indagare tutti i tipi di strutture esistenti. La scelta effettuata consiste nel trattare prevalentemente il caso di edifici (di civile abitazione; per uffici, scuole e in genere edifici a uso pubblico), sia perché sono le strutture di gran lunga più frequenti, sia perché sono quelle per le quali più spesso si richiede il cambiamento di destinazione d’uso, oppure un incremento volumetrico.

1.3Cause che portano alla necessità di un intervento di adeguamento statico o risanamento

Le possibili cause che richiedono un intervento di adeguamento statico o risanamento si possono suddividere nei seguenti sottogruppi:

–variazione della destinazione d’uso, in quanto tale intervento crea sulle strutture portanti dei sovraccarichi non previsti nelle precedenti fasi di progettazione e realizzazione dell’opera (figura 1.1). Per esempio questo adeguamento risulta necessario nel caso in cui si decida di trasformare una caserma, con carico variabile pari a 3 kN/m² (da D.M. 16/1/1996), in una palestra che presenta un carico variabile di 5 kN/m²

–innalzamento dell’edificio nel caso si abbia la necessità di un aumento volumetrico che comporta un conseguente aumento degli sforzi che può risultare dannoso (figure 1.2-1.3)

–trasformazione dell’assetto statico dovuto a una scelta relativa a un cambiamento strutturale ma non a una variazione della destinazione d’uso (figura 1.5). Per esempio si può scegliere, per vari motivi, di aumentare lo spazio libero di un piano creando un ammezzato (figura 1.5) o eliminando uno o più pilastri

Figura 1.1 Capannoni industriali trasformati in unità residenziali.

Figura 1.2 Edificio innalzato di due piani.

Figura 1.3 Sopralzo del blocco delle aule Sud al Politecnico di Milano.

Figura 1.4 Politecnico di Milano, Dipartimento di Ingegneria Strutturale. Incremento della superficie calpestabile ottenuto creando un ammezzato appeso a travi in acciaio infisse nei maschi murari.

–adeguamento antisismico disciplinato da quanto previsto dall’O.P.C.M. 3274 del 2003 che ha reso tutto il territorio nazionale soggetto a rischio sismico e, di conseguenza, ha portato a progettare tutti i nuovi edifici secondo quanto indicato dall’ordinanza stessa e a definire le tipologie di intervento di adeguamento statico per quelli già esistenti

–danneggiamento della struttura che, come si vedrà nel paragrafo 1.4.4, può essere dovuto a molteplici fattori e prevede tecniche di risanamento adeguate che saranno affrontate nei capitoli successivi.

Figura 1.5 Politecnico di Milano. Collegamento tra la palazzina Lerici e il corpo di fabbrica centrale del Dipartimento di Ingegneria Strutturale.

1.4Valutazione dello stato di fatto

La valutazione dello stato dell’opera è il primo passo fondamentale per poter avere un approccio adeguato e giungere a corrette scelte progettuali. Successivamente, chiarito lo stato di fatto dell’edificio, si determinano i primi interventi di emergenza e, in seguito, il progetto finale di risanamento o adeguamento.

1.4.1Comportamento meccanico dei materiali costituenti la struttura

Gli edifici presenti sul territorio nazionale risultano costruiti con i seguenti materiali:

–muratura, che fornisce la struttura portante della maggior parte delle costruzioni antecedenti il 1950

–calcestruzzo armato, il quale costituisce l’ossatura portante della quasi totalità delle nuove costruzioni

–acciaio, che caratterizza alcuni edifici pubblici oppure adibiti a uffici, nonché grandi capannoni industriali

–legno, molto utilizzato in passato come ossatura portante di tetti e solai, ma attualmente utilizzato prevalentemente per la realizzazione di tetti o coperture di grande luce (per esempio di sale convegni, piscine, palestre).

È dunque evidente che pur riducendo il numero delle tipologie strutturali oggetto di analisi, la gamma dei materiali impiegati è molto ampia e variegata.

1.4.2Tecniche costruttive adottate nella realizzazione della struttura

Per poter valutare la gravità del dissesto (se esiste) e sviluppare un intervento adeguato è necessario individuare chiaramente e mettere a nudo la struttura portante dell’edificio. Se è vero che negli ultimi decenni la maggior parte delle costruzioni vengono realizzate con intelaiature in calcestruzzo armato o in acciaio, è altrettanto vero che quasi tutte quelle precedenti, indubbiamente più interessate da interventi di messa in sicurezza, sono state invece realizzate con strutture scatolari in muratura. Per quanto riguarda il calcestruzzo armato (c.a.) si possono distinguere due tipologie: le strutture a telai e le strutture a pareti.

Una classificazione più generale di queste strutture edilizie può essere basata sul tipo di elementi che ne costituiscono lo scheletro portante [38]. La distinzione fondamentale è riferita a tre tipi di sottostrutture piane che costituiscono l’organismo tridimensionale: telai, pareti, nuclei scale e/o ascensori. La combinazione dei diversi tipi di sottostrutture e le caratteristiche di ciascuna sottostruttura piana determinano la vulnerabilità dell’edificio e la sua propensione a danneggiarsi secondo precisi meccanismi. In Italia la tipologia strutturale largamente prevalente è quella costituita da telai in c.a., eventualmente combinati con nuclei ascensore. Le strutture intelaiate si caratterizzano, innanzitutto, per la presenza di telai in un’unica direzione o in entrambe le direzioni per il tipo di travi (a spessore o emergenti). È inoltre necessario valutare attentamente la presenza di elementi fortemente irrigidenti, quali nuclei per ascensore o corpi scala realizzati con robuste travi a ginocchio. La loro presenza in posizione eccentrica determina forti effetti torsionali, in presenza di azioni orizzontali, che incrementano sensibilmente la vulnerabilità dell’edificio. Nelle strutture intelaiate, le tamponature e le tramezzature in muratura, normalmente considerate elementi non strutturali, meritano una particolare attenzione per le loro forti interazioni che possono avere con la struttura in c.a., interazioni tali da determinare modifiche sostanziali del comportamento dell’edificio. Da un lato, esse possono significativamente accrescere la resistenza sismica della costruzione se robuste e ben disposte geometricamente, o, al contrario, favorire lo sviluppo di meccanismi di collasso se disposte irregolarmente; dall’altro esse rappresentano gli elementi costruttivi che per primi vengono danneggiati, determinando situazioni in cui è indispensabile intervenire.

Nelle strutture a pareti, invece, oltre alle caratteristiche geometriche delle singole pareti (spessore, presenza e regolarità delle aperture), la loro disposizione in pianta secondo una sola o entrambe le direzioni ortogonali possono influire sensibilmente sulla risposta sismica . Nelle strutture a pareti in c.a. il ruolo svolto dagli altri elementi strutturali non è di cruciale importanza, grazie alla rigidezza e resistenza intrinseche delle pareti che determinano una minore interazione con le parti non strutturali e una loro maggior protezione. Per quanto riguarda le murature portanti esse vengono contraddistinte in base alla qualità (riferita, in termini generali, alle caratteristiche della malta, soprattutto, e mattoni o pietre) e al tipo di apparecchio murario. Una particolare attenzione è rivolta alla presenza di catene, tiranti o cordoli, in grado di svolgere un’efficace azione di collegamento e contenimento del sistema murario e ridurne la vulnerabilità. Nelle foto successive si mostrano le fasi di realizza...