Intervento locale, miglioramento sismico o adeguamento sismico? La sicurezza delle costruzioni esistenti [NTC2018]

L’esecuzione di un qualsiasi intervento strutturale che riguardi una costruzione esistente richiede la valutazione del livello di sicurezza dell’edificio nello stato ante-operam e post-operam. Nel post di oggi ti parlo delle novità introdotte dalle NTC2018 per l’analisi delle costruzioni esistenti, della tipologia di interventi previsti dalla Normativa Tecnica e delle differenze con le prescrizioni delle precedenti NTC2008.

In quest’articolo vedremo perché nel caso di intervento di adeguamento la nuova Normativa richiede un livello di sicurezza inferiore di ben il 20% rispetto a quello richiesto dalle precedenti NTC2008. Alla fine del post potrai scaricare gratuitamente il Focus Normativo in formato PDF in cui troverai la raccolta di tutte le prescrizioni sull’argomento.

Costruzioni esistenti: la valutazione della sicurezza e il nuovo coefficiente ζ

La valutazione della sicurezza di una costruzione esistente ha lo scopo di quantificare l’entità delle azioni verticali e orizzontai a cui la struttura è in grado di resistere, garantendo i livelli minimi di sicurezza prescritti dalla Normativa.

Il risultato ottenuto dalla valutazione della sicurezza della struttura esistente, anche nota come analisi di vulnerabilità, permetterà di stabilire se l’uso della costruzione può continuare senza alcun intervento, se debba essere modificato tramite un cambio di destinazione d’uso o un declassamento della struttura o se siano necessari interventi di rinforzo per aumentare il livello di sicurezza.

Quando è richiesta la valutazione della sicurezza di una struttura esistente

La Normativa Tecnica prescrive di eseguire la valutazione della sicurezza quando si verifica anche una sola delle seguenti condizioni:

• esecuzione di intervento di miglioramento o adeguamento (vedremo fra poco in cosa consistono questi interventi);
• cambio di destinazione d’uso o passaggio ad una classe d’uso superiore, con conseguente aumento dei carichi variabili;
• eccessivo degrado o decadimento delle caratteristiche meccaniche dei materiali con conseguente riduzione della capacità di resistenza e deformazione della struttura; dissesti in fondazione; danneggiamenti prodotti da sisma, vento, neve o temperatura; danneggiamenti prodotti da urti, esplosioni, incendi;
• gravi errori di progetto o di costruzione;
• esecuzioni di interventi non strutturali che riducano la capacità della struttura e/o ne modifichino la rigidezza;
• opere realizzate in difformità alle norme tecniche vigenti al momento della costruzione oppure realizzate in assenza o difformità dal titolo abilitativo.

Come quantificare il livello di sicurezza: i coefficienti ζ_E e ζ_v,i

Le NTC2018 hanno introdotto due parametri, identificati mediante la lettera greca ζ (zeta), indicativi del livello di sicurezza delle costruzioni esistenti. Il parametro ζ_E viene utilizzato per l’indicazione della sicurezza nei confronti dell’azione sismica, il parametro ζ_v,i per l’indicazione della sicurezza nei confronti delle azioni verticali. I due parametri ζ sono così definiti:

• ζ_E è il rapporto fra l‘azione sismica massima sopportabile dalla costruzione esistente e l’azione sismica che si utilizzerebbe per il progetto di una nuova costruzione dotata delle stesse caratteristiche della costruzione esistente (periodo proprio di vibrazione, fattore di comportamento etc.) e realizzata sullo stesso suolo della costruzione esistente;
• ζ_v,i è il rapporto fra il sovraccarico massimo verticale variabile (ovvero il carico accidentale) sopportabile dall’i-esima parte della struttura (per esempio un determinato solaio, uno sbalzo etc.), e il valore del sovraccarico verticale variabile che si utilizzerebbe nel progetto di una nuova costruzione.

Il parametro ζ_E si riferirà pertanto alla sicurezza sismica globale della struttura, mentre il parametro ζ_v,i si riferirà alla sicurezza locale nei confronti dei carichi verticali di un singolo elemento strutturale dell’edificio.

Nel caso di intervento sulla costruzione, il parametro ζ_E va stimato nello scenario dello stato di fatto della costruzione e nello scenario post-intervento, simulando nel modello di calcolo l’effetto degli interventi di rinforzo. In tal modo è possibile valutare l’incremento di tale parametro in seguito agli interventi di rinforzo che si intendono realizzare.

Fondazioni di costruzioni esistenti: vanno verificate oppure no?

Una volta noto il livello di sicurezza della struttura esistente ottenuto dall’analisi di vulnerabilità, la verifica delle fondazioni va eseguita solo se sussiste il pericolo di instabilità globale del complesso fondazione-terreno o se si verifica una delle seguenti condizioni:

• dissesti dovuti a cedimenti in fondazione;
• pericolo di ribaltamento e/o scorrimento per effetto dell’azione sismica o di modifiche apportate al profilo del terreno;
• possibile fenomeno di liquefazione del terreno di fondazione per effetto dell’azione sismica.

Verifiche SLE, SLU e dettagli costruttivi

Per le costruzioni esistenti la Normativa richiede il rispetto delle verifiche ai soli Stati Limite Ultimi (SLU). Vanno in deroga invece gli Stati Limite di Esercizio (SLE). Le verifiche agli Stati Limite di Esercizio dovranno essere soddisfatte solo per le costruzioni esistenti in classe d’uso IV, ovvero costruzioni con funzioni pubbliche o strategiche importanti, industrie con attività pericolose per l’ambiente, reti viarie, ponti e reti ferroviarie di importanza critica, dighe.

Lo stesso vale per i dettagli costruttivi. Le costruzioni esistenti non devono rispettare le limitazioni sui dettagli costruttivi validi per le nuove costruzioni, come per esempio le limitazioni sull’armatura minima e passo massimo delle staffe valide per le strutture in cemento armato.

Classificazione degli interventi sulle costruzioni esistenti

La Normativa Tecnica definisce tre tipologie di  possibili interventi sulle costruzioni esistenti:

• Riparazione o intervento locale: riguarda singoli elementi strutturali (per esempio un solaio, una parete, una trave);
• Intervento di miglioramento: ha lo scopo di aumentare il livello di sicurezza della struttura senza necessariamente raggiungere un valore minimo per il parametro ζ_E;
• Intervento di adeguamento: ha lo scopo di aumentare la sicurezza strutturale con l’obiettivo di raggiungere un valore minimo del parametro ζ_E pari a 1 o a 0.8 (vedremo dopo quale valore assumere come minimo).

Solo per gli interventi di miglioramento e adeguamento è richiesto il collaudo statico. Pertanto in caso di riparazione o intervento locale non sarà necessaria la figura del collaudatore statico (par. 8.4 NTC2018, troverai questa prescrizione evidenziata nel Focus Normativo PDF che potrai scaricare alla fine del post).

Riparazione o intervento locale

Rientrano in questa categoria gli interventi che non alterano il comportamento globale della struttura come quelli elencati di seguito:

• apertura di un vano in una parete portante, accompagnata da interventi di rinforzo come per esempio la messa in opera di un telaio di cerchiatura; l’intervento di apertura vano rientrerà nella categoria degli interventi locali a patto che si dimostri che tale intervento non modifichi significativamente la rigidezza, resistenza e capacità di deformazione della parete. (Ti ricordo che puoi analizzare la fattibilità dell’intervento di apertura vano utilizzando l’app Wally);
• sostituzione, rinforzo o ripristino di architravi, travi, coperture, impalcati, pilastri, pannelli murari;
• ripristino o rinforzo dei collegamenti fra elementi strutturali esistenti: per esempio tra pareti murarie in assenza di ammorsatura, tra pareti e solai, tra pareti e travi, messa in opera di catene o tiranti.

Per l’intervento di apertura vano c’è una novità rispetto alla precedente Circolare del 2009 la quale prescriveva che la resistenza e la capacità di deformazione non dovessero peggiorare. La nuova Circolare prescrive invece che questi parametri non si modifichino significativamente.

L’importanza degli interventi locali

La nuova NTC2018 sottolinea la priorità che dovrebbero avere gli interventi locali rispetto agli interventi sull’intera struttura. Lo scopo è eliminare le criticità di singoli elementi strutturali. Solo dopo aver eliminato le criticità locali si può pensare di intervenire sulla struttura nel suo complesso, al fine di migliorare il comportamento globale nei confronti delle azioni sismiche.

A scopo di esempio basti pensare al caso di una costruzione esistente in muratura portante. Che senso avrebbe migliorare la resistenza dei maschi murari per azioni nel piano, magari tramite iniezioni di leganti, se poi le pareti presentano delle vulnerabilità nei confronti del ribaltamento fuori piano? Il nostro software di calcolo probabilmente ci fornirà un esito positivo per la verifica sismica globale, ma in realtà in presenza di sisma ci sarebbe comunque un pericolo per l’incolumità delle persone dovuto al ribaltamento fuori piano della parete.

Intervento di miglioramento

L’intervento di miglioramento prevede che, in combinazione sismica, il parametro ζ_E calcolato nello scenario post-intervento possa essere minore dell’unità e che venga incrementato di un valore almeno pari a 0,1 per le costruzioni di classe II e III in seguito agli interventi di rinforzo previsti. Per le costruzioni di classe III ad uso scolastico e per le costruzioni di classe IV il coefficiente ζ_E non può essere inferiore al valore 0.60. Nel caso in cui l’intervento di miglioramento preveda l’utilizzo di un sistema di isolamento sismico, il valore ζ_E non può essere inferiore ad 1.

Intervento di adeguamento

L’intervento di adeguamento prevede due possibili valori minimi per il parametro ζ_E pari ad 1 oppure a 0.8 a seconda del tipo di intervento o di costruzione.

Casi che richiedono ζ_E ≥ 1

Nei tre casi elencati di seguito il coefficiente ζ_E, valutato nello scenario post-intervento, dovrà essere maggiore o uguale a 1:

• sopraelevazione della costruzione;
• ampliamento della costruzione mediante opere strutturalmente connesse alla costruzione esistente. In pratica in assenza di giunto sismico;
• esecuzioni di interventi strutturali che modifichino la costruzione portandola ad un sistema strutturale diverso dal precedente.

L’intervento di adeguamento è obbligatorio nei casi appena elencati.

Casi che richiedono ζ_E ≥ 0.8

Nei seguenti altri casi il valore ζ_E valutato nello scenario post-intervento deve essere maggiore o uguale a 0.80:

• variazioni di destinazioni d’uso che determino un aumento dei carichi globali in fondazione superiore al 10%;
• modifiche della classe d’uso che portino a costruzioni di classe III ad uso scolastico o di classe IV;
• adeguamento sismico deciso dal proprietario del fabbricato in seguito ad inadeguatezza riscontrata dall’analisi di vulnerabilità.

Miglioramento e adeguamento: quali elaborati inserire nel progetto

La Normativa Tecnica riporta un elenco di elaborati di cui deve essere composto il progetto dell’intervento di miglioramento o di adeguamento. Te li riporto di seguito:

a) l’analisi e la verifica della struttura prima dell’intervento, con identificazione delle carenze e del livello di azione sismica per la quale viene raggiunto lo SLU (e SLE se richiesto);
b) la scelta, esplicitamente motivata, del tipo di intervento;
c) la scelta, esplicitamente motivata, delle tecniche e/o dei materiali;
d) il dimensionamento preliminare dei rinforzi e degli eventuali elementi strutturali aggiuntivi;
e) l’analisi strutturale della struttura post-intervento;
f) la verifica della struttura post-intervento, con determinazione del livello di azione sismica per la quale viene raggiunto lo SLU (e SLE se richiesto).

par. 8.7.5 – NTC2018

Per gli interventi di riparazione o interventi locali vale lo stesso elenco degli elaborati con esclusione però di quelli relativi all’analisi sismica globale della struttura e alle verifiche di sicurezza della struttura ante e post-operam, ovvero gli elaborati elencati ai precedenti punti a), e) ed f).

Scarica il Focus Normativo PDF sull’analisi delle costruzioni esistenti

Ho raccolto tutte le prescrizioni della Normativa Tecnica NTC2018 e della Circolare 2019 riguardanti la valutazione della sicurezza delle costruzioni esistenti in unico documento PDF scaricabile gratuitamente. Compila i campi qui sotto, riceverai all’istante un’email contenente il link per eseguire il download.

Migliorarli meno, migliorarli tutti: la nuova logica delle NTC2018

Come sicuramente avrai notato, per le costruzioni che subiscono un cambio di destinazione d’uso con incremento dei carichi in fondazione superiore al 10% o per modifiche di classe della costruzione che conducano a classe III ad uso scolastico o classe IV la Normativa consente di considerare come interventi di adeguamento quegli interventi che portano a valori del coefficiente di sicurezza sismico ζ_E maggiori o uguali a 0.8 e non ad 1 come ci si aspetterebbe.

Quando il parametro ζ_E  risulta essere inferiore all’unità vuol dire che la struttura non avrà la capacità necessaria di resistere all’azione sismica di progetto prevista per le nuove costruzioni. A primo impatto questa prescrizione può sembrare insensata, in particolar modo se si considera che gli interventi di adeguamento dovrebbero adeguare la sicurezza della struttura esistente ai livelli richiesti per le nuove costruzioni e che rientrano in tale prescrizione anche gli edifici ad uso scolastico. Ma in realtà c’è un obiettivo ben preciso dietro questa scelta. Lo spiega la Circolare nel paragrafo dedicato alla Logica della Norma. Ti riporto l’estratto di seguito:

La diversità di trattamento tra nuovo ed esistente è motivata dalla volontà di perseguire, in un regime di risorse limitate, la massima riduzione possibile del rischio sismico medio. Così facendo si interviene, a parità di risorse pubbliche impiegate, su un numero di costruzioni esistenti molto maggiore di quello che si avrebbe allineando la sicurezza minima dell’esistente a quella del nuovo. Il vantaggio che la collettività ne consegue in termini di riduzione di morti, feriti e danni è evidente.

par. C.1.1 – Circolare 2019

Vista la ridotta disponibilità di risorse pubbliche destinate ad intervenire sulle costruzioni esistenti, è preferibile accettare un livello di sicurezza più basso, potendo in tal modo intervenire su un numero molto maggiore di edifici, innalzandone il livello di sicurezza.

L’articolo di oggi finisce qui. Spero ti sarà utile quando ti troverai ad affrontare l’analisi di vulnerabilità di costruzioni esistenti. Se ti è piaciuto puoi suggerirlo ad un tuo collega su Linkedin o ad un tuo amico su Facebook cliccando sui tasti di condivisione social qui sotto.

Al prossimo articolo.

Marco