Le diverse strade adottate per la ricostruzione de L’Aquila colpita dal terremoto del 2009: dall’isolamento sismico alla dissipazione di energia, il miglioramento della vulnerabilità delle strutture e la riduzione del rischio per gli edifici.
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Il post terremoto all’Aquila è stato caratterizzato dalla necessità di riparazione-ricostruzione di edifici con struttura tradizionale in telai (piani o spaziali) in calcestruzzo armato, in cui si hanno evidenze sia di danni rilevanti agli elementi strutturali, con estese rotture per meccanismi fragili e duttili in travi e pilastri, sia di danni correlati negli elementi non strutturali.
Inoltre, vi sono edifici in muratura, sia pubblici che privati, in cui l’unica possibilità di mantenerli ancora in funzione è rappresentata dall’applicazione di tecnologie innovative, anche in funzione del rapporto di monumentalità e delle esigenze di conservazione storico architettonico, con particolare riferimento al centro di L’Aquila.
Le analisi effettuate sulle strutture evidenziano, inoltre, i vantaggi derivanti dall’applicazione delle tecniche di protezione sismica in edifici esistenti mediante l’isolamento sismico o la dissipazione di energia nei confronti di tecniche tradizionali, sia in termini di miglioramento della vulnerabilità sismica delle strutture, sia in termini di riduzione globale del rischio sismico sul tessuto urbano danneggiato dal terremoto.
Le condizioni di applicabilità si estendono anche al costruito del tessuto storico, maggiormente danneggiato dal sisma e con elementi diffusi di vulnerabilità sismica tali da rendere necessario il ripensare la protezione sismica integrata dei centri storici urbani.
Riparazione e ricostruzione di edifici esistenti a L’Aquila con tecnologie innovative
In queste pagine sono illustrati alcuni interventi di riparazione e ricostruzione di edifici esistenti danneggiati dal terremoto del 6 aprile 2009 a L’Aquila mediante l’utilizzo di tecnologie innovative.
L’analisi passa in rassegna alcuni interventi su edifici danneggiati, evidenziando la tipologia dell’intervento proposto in funzione del danneggiamento della struttura e delle caratteristiche tipologiche degli edifici.
Il riferimento è a differenti tipologie di interventi in retrofitting e miglioramento sismico, in corso di applicazione nell’inizio della ricostruzione dell’Aquila, interventi relativi a:
• Isolamento sismico alla base (intervento in fondazione) con isolatori elastomerici e con isolatori a pendolo scorrevole
• Isolamento sismico in testa alla struttura di piano con taglio dei pilastri / setti in cemento armato con isolatori elastomerici e a scorrimento
• Isolamento sismico di edifici monumentali con isolamento in profondità con isolatori elastomerici
• Inserimento di controventi dissipativi ad instabilità impedita in strutture in cemento armato esistenti
• Adozione combinata di interventi di protezione mediante isolamento sismico, rinforzo di elementi strutturali mediante tecnica Cam, con inserimento di controventi nelle strutture per limitarne la deformabilità alle azioni orizzontali ed effettuare il disaccoppiamento del sistema di isolamento-struttura
Gli interventi ora descritti evidenziano, inoltre, i vantaggi dell’adozione di ciascuna tecnica, e l’applicabilità della stessa a una abaco di casi possibili, simili anche in altre regioni italiane e non colpite recentemente da terremoti con effetti distruttivi.
Un confronto fra le diverse tecniche di protezione indicate viene analizzato, al fine di evidenziarne i relativi vantaggi, e le possibilità applicative. Il raffronto con tecniche di miglioramento sismico convenzionali, inoltre, ha evidenziato il vantaggio, sia in termini economici sia in termini di celerità degli interventi, delle tecniche indicate, e la facilità di applicabilità delle stesse nelle normali condizioni logistiche degli edifici nelle periferie delle aree colpite dal terremoto.
Centri storici
Ovviamente differenti sono i concetti da applicare nei centri storici, e in particolare nel centro storico dell’Aquila ma, laddove esistono le condizioni di applicabilità (con particolare riferimento alle tecniche di isolamento sismico), e cioè uno spazio di interfaccia rispetto a edifici contigui, la protezione dell’edificato storico risulta molto più elevata rispetto a tecniche tradizionali, consentendo la conservazione di elementi storici rilevanti, ed altrimenti destinati alla perdita o al degrado irrimediabile. È il caso di alcuni edifici monumentali, che costituiscono degli elementi bene identificati nel contesto urbano.
Laddove queste condizioni non consentono l’utilizzo dell’isolamento, la tecnica della dissipazione di energia consente comunque, con la sua applicazione, il raggiungimento di elevati livelli di protezione sismica, senza alterare né la natura dell’edificio né il suo comportamento nei confronti degli edifici adiacenti.
Viene inoltre evidenziata la differenziazione nell’utilizzo delle tecniche di isolamento sismico, anche in funzione della tipologia di isolatori e delle relative modalità di applicazione, proprio in funzione delle esigenze strutturali e della futura fruibilità dell’edificio stesso.
Vulnerabilità del patrimonio edilizio preesistente
Gli interventi stessi rappresentano, inoltre, un quadro generale delle più avanzate tecniche (e tecnologie) di protezione sismica di edifici esistenti, visti quale presidio per la protezione e il miglioramento del comportamento antisismico di edifici e opere strategiche in aree in cui la riclassificazione sismica ha evidenziato l’estrema vulnerabilità del patrimonio edilizio preesistente, e in cui la necessità di proteggere le persone, gli edifici e le opere di importanza strategica rappresenta una urgenza sicuramente non procrastinabile oltre.
Inoltre, a volte è necessaria una integrazione fra i differenti strumenti di protezione anti sismica al fine di raggiungere un elevato livello prestazionale della struttura stessa.
La valutazione dell’input sismico è stata necessaria per la calibrazione del sistema di isolamento in ogni struttura considerata, alla luce delle amplificazioni spettrali locali che la zona di L’Aquila ha evidenziato, con particolare riferimento a picchi secondari di risonanza posti intorno a 0,60 – 0,70 Hz, come mostrato dalle due figure in pagina.
Isolamento sismico in fondazione
Una prima tipologia di inserimento del sistema di isolamento in retrofitting è costituita dall’inserimento degli isolatori in corrispondenza del piano fondale degli edifici.
La condizione base per l’inserimento di questa tipologia di isolamento in retrofitting è che vi sia una sufficiente altezza fra piano di utilizzo (primo impalcato) e piano fondale. Normalmente, per soddisfare questa condizione è necessario avere a disposizione uno spazio di almeno 120 centimetri, per consentire sia l’inserimento del sistema di isolamento che la relativa ispezionabilità futura.
Le operazioni necessarie all’inserimento del sistema di isolamento prevedono preliminarmente il rinforzo della struttura di fondazione dell’edificio. La fase che riveste un ruolo di criticità durante le operazioni descritte è proprio la fase di taglio dei pilastri in cemento armato prima dell’inserimento degli isolatori elastomerici ed a scorrimento.
Infatti, in questa fase la struttura si trova con alcuni appoggi provvisori mediante i martinetti di spinta. L’installazione e il collaudo degli impianti devono consentire il movimento della sovrastruttura rispetto alla sottostruttura in maniera da evitare il danneggiamento durante il moto sismico, in particolar modo per quanto concerne l’impianto di adduzione del gas.
Inoltre, anche gli elementi di collegamento con il suolo (scale di ingresso, marciapiedi) devono essere disconnessi dal suolo e dalla sottostruttura.
Isolamento ai pilastri del piano terra
Una seconda tipologia di inserimento del sistema di isolamento in retrofitting è costituita dall’inserimento degli isolatori in testa a pilastri in corrispondenza di un piano interrato o del piano terra.
Le operazioni necessarie all’inserimento del sistema di isolamento prevedono preliminarmente il rinforzo della struttura di fondazione dell’edificio. A differenza della tipologia precedente, la necessità di posizionare il sistema di isolamento in corrispondenza della testa dei pilastri di un piano (generalmente il piano terra o il piano interrato dell’edificio), comporta normalmente sia il rinforzo dei pilastri stessi che il loro ringrosso o sostituzione, al fine di rendere il piano al di sotto del sistema di isolamento sufficientemente rigido per evitare movimenti differenziali nocivi per la sovrastruttura stessa.
Ciò viene realizzato mediante il controllo degli spostamenti, il controllo delle frequenze di vibrazione della sottostruttura, evitando qualsiasi forma di accoppiamento dinamico in frequenza fra elementi della sottostruttura, il sistema di isolamento e la sovrastruttura.
In corrispondenza della zona di taglio dei pilastri possono essere inseriti dei pulvini di appoggio degli isolatori, utili per le operazioni di sollevamento della struttura, e per tutte le operazioni future di manutenzione ed eventuale sostituzione degli isolatori, come illustrato nella figura sottostante e nelle fotografie seguenti.
L’irrigidimento della zona superiore può essere realizzato mediante baggioli di appoggio (che, se delle medesime dimensioni dei pulvini, assolvono anche alle operazioni di sollevamento della struttura), opportunamente rinforzati, collegati alla struttura esistente ed eventualmente controventati nel piano in funzione delle caratteristiche della sovrastruttura.
L’operazione di taglio dei pilastri è stata comunque effettuata con cautela, in quanto nei casi esposti le strutture sono generalmente state danneggiate dal sisma. In questa tipologia di intervento non sempre è necessario o possibile inserire i pulvini in cemento armato in testa ai pilastri del piano base, sia per motivi di fruibilità degli spazi che per esigenze funzionali.
In tali casi si è operato inserendo i puntelli di sostegno dei pilastri e della sovrastruttura durante la fase di taglio e di inserimento degli isolatori posizionando i puntelli ed i martinetti di spinta direttamente dalla base dei pilastri, come illustrato per quest’altro edificio, che ha anch’esso riportato danni rilevanti alla base della struttura, proprio in corrispondenza della zona di taglio dei pilastri per l’inserimento degli isolatori.
In questa tipologia di inserimento i martinetti di appoggio operano su un baggiolo in acciaio temporaneo, inghisato all’interno del ringrosso superiore del pilastro in corrispondenza del nodo, senza ingombro futuro se non quello provvisorio durante le operazioni di sostituzione degli isolatori stessi.
La tecnica del tunneling
Sono in corso di valutazione applicazioni in retrofitting della tecnica di isolamento sismico di edifici monumentali in muratura mediante l’applicazione del sistema di isolamento all’insieme struttura + terreno con la tecnica del tunnelling brevettata da Alessandro De Stefano del Politecnico di Torino e dall’ingegner Paolo Clemente dell’Enea.
La tecnica consiste nell’inserire il sistema di isolamento al di sotto della fondazione dell’edificio in muratura, in corrispondenza del diametro orizzontale di un sistema di tunnel in cemento armato ottenuti mediante l’infissione orizzontale nel terreno con la tecnica del tunnelling, come illustrato nell’immagine sottostante.
Questa tecnica consente la salvaguardia del contenuto, anche ipogeo, dell’edificio monumentale, e nel contempo l’adeguamento sismico dell’edificio stesso senza l’effettuazione di interventi in sovrastruttura invasivi e molto spesso non conservativi.
La tecnica così proposta è stata ipotizzata per alcuni edifici storici e monumentali del centro a L’Aquila, tra cui la scuola Edmondo De Amicis, storico edificio trecentesco pesantemente danneggiato dal sisma del 2009, al fine di consentirne l’utilizzo in completo adeguamento sismico.
di Antonello Salvatori – Professore Associato di Tecnica delle Costruzioni docente
di Costruzioni in Zona Sismica Università degli Studi dell’Aquila – e Gennaro Luciano – dottore di ricerca al Dipartimento di Ingegneria Civile, Edile Architettura ed Ambientale, Università degli Studi dell’Aquila (da YouTrade n. 129)
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