Aspetti integrati di adeguamento sismico ed efficientamento energetico – Parte II

L’intervento su edifici esistenti risulta sicuramente la sfida più interessante per un progettista. Confrontarsi con tecniche costruttive dei nostri predecessori, con vincoli urbanistici, architettonici e in alcuni casi monumentali, richiede una particolare sensibilità, conoscenza tecnica e spesso fantasia progettuale per trovare il giusto equilibrio tra prestazione (sia termica che strutturale), qualità, semplicità esecutiva e costi.

Un’adeguata conoscenza della struttura, delle tecniche adottate nella sua realizzazione ed eventuale trasformazione in passato, nonché della consistenza geometrica e meccanica di tutte le componenti dell’edificio, è fondamentale per procedere con una valutazione della sicurezza sismica attuale e progettare un intervento di adeguamento o miglioramento sismico.

La progettazione attraverso lo studio dei punti critici

Risulta quindi indispensabile valutare sia globalmente che localmente la staticità del fabbricato individuando, grazie ai rilievi effettuati, i meccanismi di comportamento locale e globale della struttura ipotizzata e attraverso le simulazioni numeriche svolte, i punti critici e deboli necessari di interventi dal punto di vista strutturale. Questo procedimento consente anche di avere informazioni utili alla progettazione di efficientamento energetico del fabbricato che completa il processo di riqualificazione. La composizione delle murature perimetrali, la presenza di stratigrafie più o meno portanti e prestanti dal punto di vista termico, la posizione di pilastri o setti in c.a. che definiscono l’ossatura portante ma anche possibili ponti termici, sono aspetti fondamentali per un corretta progettazione integrata strutturale-energetica.

La necessità, infatti, di interrompere dei flussi di calore (ponti termici) non sempre è possibile in maniera diretta se attraverso gli stessi percorsi passano anche le forze verticali o sismiche della struttura. È quindi compito del progetto integrato trovare le corrette soluzioni che garantiscano entrambi gli aspetti.

I terremoti hanno da sempre fornito informazioni agli addetti ai lavori. Da un lato l’intensità sismica e la frequenza di accadimento dell’evento tellurico, portano a definire una mappa di pericolosità sismica del territorio nazionale, con conseguente definizione per ogni coordinata geografica delle accelerazioni di progetto da applicare al fabbricato. Dall’altro i danneggiamenti dei fabbricati o il loro crollo parziale o totale, forniscono ulteriori informazioni sul reale comportamento di edifici con differenti caratteristiche e tecniche costruttive: dall’edificio storico in muratura di pietra o mattone fino al condominio anni ’70 a telaio in c.a. con tamponamento perimetrale.

Un tecnico, analizzando le tipologie di danno, la distribuzione delle fessure ed i crolli, sia parziali che globali, riesce a determinare le carenze che la struttura aveva e ne hanno determinato il danneggiamento o il collasso. Queste teorie quindi vengono applicate sulle costruzioni esistenti per rinforzarle e renderle antisismiche ovvero adeguarle o semplicemente migliorarle sismicamente nel rispetto della normativa ma soprattutto della vita umana.

Aspetti di una corretta progettazione integrata strutturale-energetica:

composizione delle murature perimetrali
presenza di stratigrafie più o meno portanti e prestanti dal punto di vista termico
posizione di pilastri o setti in c.a. che definiscono l’ossatura portante
possibili ponti termici.

Edifici in muratura portante antisismica

Muratura in pietra irregolare e con malta di qualità scadente

Negli edifici storici con muratura in pietrame, due sono gli aspetti che maggiormente determinano il collasso:

carenza della muratura: in particolare se realizzata con pietrame non squadrato e legante scadente quale malta non strutturale mista a sabbia o terra spesso deteriorata dagli agenti atmosferici (in mancanza di intonaco protettivo);
mancanza di incatenamenti: tiranti e catene, spesso presenti originariamente negli edifici vengono purtroppo in molti casi rimossi in fase di ristrutturazione con modificazione degli orizzontamenti. In alcuni casi gli elementi in ferro risultano corrosi o scollegati. Ad esempio i tiranti chiodati alle travature di solaio e annegate nella muratura, vengono scollegati in fase di rinnovo degli impalcati e non più ripristinati.

Mancanza di ammorsamento tra le due porzioni di edificio adiacenti

Gli edifici murari hanno la necessità di comportarsi in maniera scatolare ovvero di costituire una scatola rigida collegando murature portanti agli orizzontamenti e alla copertura in modo da rispondere “per forma” alle sollecitazioni esterne sia verticali che orizzontali (sisma e vento). Ammorsamenti, catene e tirantature sono quindi fondamentali assieme ad una consistenza muraria adeguata.

Muratura in pietra e ciottoli con legante di scarsa qualità gravata da una copertura in c.a.

L’analisi dei crolli, avvenuti nei recenti terremoti, hanno evidenziato che alcune tecniche costruttive di rinforzo, utilizzate negli anni passati, quali ad esempio il dilagare di rinforzi pesanti in c.a. sulle sommità di edifici in muratura, possono essere di danno alla staticità del fabbricato. In presenza infatti di murature non molto performanti, l’aumento di peso in sommità dovuto agli elementi in c.a., ha amplificato l’effetto del sisma con ulteriore aumento del peso gravante sugli elementi murari causandone il crollo. Per avere una muratura portante antisimica, si prediligono quindi interventi più leggeri, mediante cerchiature in acciaio o in legno e contemporaneo rinforzo delle murature mediante placcaggio con reti, iniezioni, ristilatura dei giunti o operazioni di scuci-cuci. Sono tutte tecniche efficaci che però non hanno validità generale ma devono essere scelte e applicate in base alla precisa situazione costruttiva rilevata. Utilizzarle indipendentemente dalla tipologia e consistenza muraria potrebbe portare ad interventi costosi e di nessuna efficacia se non addirittura con effetto contrario.

Edifici con struttura a telaio

Edificio irregolare in pianta ed elevazione con crollo totale del piano terra a livello strada

Per quanto riguarda gli edifici cosiddetti “moderni” ovvero a struttura a telaio in c.a. vi possono essere carenze di tipo puntuale (resistenza a taglio o flessione di travi, pilastri, scarsa resistenza dei nodi trave-pilastro, criticità della resistenza fuori piano dei tamponamenti) oppure globale. Sicuramente quest’ultimo aspetto ritrova analogie con gli edifici a struttura muraria. La regolarità in pianta ed elevazione dei fabbricati è sicuramente, come evidenziato in normativa, una qualità del fabbricato che lo preserva da comportamenti “rischiosi”. Effetti torsionali e di piano debole (crollo di un intero piano per rottura di tutti i pilastri) sono quelli che generano il maggior numero di crolli e sono figli di una errata progettazione e valutazione del comportamento globale del fabbricato sotto effetto dell’azione sismica. Negli interventi sugli edifici esistenti è necessario quindi preoccuparsi di migliorare la risposta globale del fabbricato riducendo o eliminando questi comportamenti critici.

La modellazione eseguita quindi dal professionista per valutare la risposta globale e locale della struttura serve ad individuare le deformazioni dell’edificio e valutare i punti critici e deboli sui quali intervenire in modo da ottimizzare costi-benefici dell’intervento di riqualificazione.

In conclusione si può affermare che una riqualificazione energetica e strutturale di un edificio esistente passa obbligatoriamente attraverso un’attenta analisi e conoscenza dei materiali e della consistenza e conformazione dell’esistente, per poter poi progettare e proporre soluzioni tecniche, tradizionali o innovative, rispettose ed in “simbiosi” con l’esistente e di elevata efficacia a costi adeguati. La capacità del team integrato di progettisti architettonici, energetici e strutturali con la competenza degli esecutori, ovvero delle imprese e degli artigiani, svolge un ruolo fondamentale per il raggiungimento dell’obbiettivo prefissato. Non vi devono essere aspetti prioritari, ma esclusivamente valutazione attenta di tutte le problematiche e studio integrato e coordinato delle soluzioni.

RINFORZO PILASTRI IN C.A.

Il rinforzo di strutture in c.a. può essere eseguito con tecniche differenti in base alla dimensione dei pilastri, alla cantieristica (accessibilità della zona necessaria all’intervento) e alle carenze strutturali rilevate.

Molto spesso si riscontrano staffature insufficienti soprattutto in prossimità dei nodi o resistenze a pressoflessione inferiori a quelle richieste da azioni orizzontali più elevate previste dalla nuova normativa. Si opta quindi per un confinamento del calcestruzzo mediante l’applicazione di rinforzi localizzati (nei nodi o nei tratti critici) o diffusi su tutta l’altezza del pilastro.

Le tecniche con fibre di carbonio e resine epossidiche sono quelle maggiormente utilizzate in un passato recente ed hanno il grande vantaggio di essere applicate con spessori ridotti (di qualche millimetro), consentendo quindi poi di integrare la risoluzione del ponte termico con l’applicazione di apposita coibentazione. Di contro la resina richiede una particolare attenzione in fase di posa in quanto non gradisce situazioni umide e temperature troppo basse o troppo alte. Inoltre la assoluta impermeabilità al vapore deve essere considerata in fase di progettazione.

La soluzione con gabbia metallica e betoncino di rinforzo è invece la soluzione più invasiva per quanto riguarda gli spessori (servono generalmente circa 5-6 cm di “corona” esterna), ma meno costosa e più facile da gestire in cantiere. Dopo aver portato a nudo il pilastro scrostando l’eventuale intonaco presente, si posizionano dei connettori (barre ad aderenza migliorata ancorati con resina) con la funzione di rendere solidale la nuova “camicia” esterna al pilastro esistente. Successivamente si posa la gabbia di armatura corredata da ferri longitudinali, adeguatamente dimensionati e collegati alla fondazione ed in sommità alla trave o al pilastro superiore, e da staffatura con funzione di confinamento e miglioramento della duttilità della struttura. È possibile poi realizzare il getto o mediante casseratura e colatura di calcestruzzo oppure con l’applicazione con tecnologia spritz-beton. La prima soluzione risulta di difficile applicazione in corrispondenza di pilastri che attraversano solai in quanto la fase di getto risulterebbe problematica, mentre la spruzzatura del cemento strutturale deve essere fatta con cura per ricoprire adeguatamente le armature ed impedire la formazioni di vuoti all’interno dello strato applicato.