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Lo studio condotto in questa tesi è stato mirato alla valutazione del comportamento sismico di tre edifici situati nel comune di Rosignano Marittimo. In particolare, i tre casi studio sono stati:
- Scuola materna Modì, di via V.Veneto a di Rosignano Solvay, costruzione monopiano in muratura (1974);
- Scuola materna Bruno Ciari, di via XX Giugno 1944 a Vada, costruzione monopiano in muratura (1974);
- Asilo nido Nghè, di Via Pietro Gigli a Rosignano Solvay, costruzione monopiano in c.a. e prefabbricato costruita all’inizio degli anni ’70, ampliata nel 2000 e oggetto di un intervento di miglioramento sismico nel 2003.
Le fasi iniziali della tesi hanno riguardato un lavoro di indagine storica e ricerca di archivio volto al raggiungimento del miglior livello di conoscenza possibile delle strutture in esame; questa fase è stata coadiuvata da un’attività di rilievo geometrico e fotografico in loco. Per l’asilo Nghè si è reso necessario un progetto simulato delle strutture.
Per le scuole materne Modì e Bruno Ciari, costituite da una struttura resistente in muratura, si è eseguita un’analisi non lineare statica (pushover) mediante il software 3DMacro. Per l’asilo nido Nghè si è invece ricorso ad un’analisi di tipo dinamico modale e al software SAP2000. Le analisi sismiche sono state eseguite sia allo Stato Limite di Salvaguardia della Vita (SLV) o di collasso (SLC), che allo Stato Limite di Operatività (SLO) e di Danno (SLD), al fine di garantire il controllo del danneggiamento anche sugli elementi non strutturali.
La sostanziale somiglianza tra i due edifici in muratura oggetto della tesi, che sono opera dello stesso progettista e sono stati costruiti con le stesse modalità e dalla stessa impresa edile, si riscontra anche nei risultati delle analisi: l’indice di rischio allo SLC ricavato mediante pushover è infatti il medesimo, e pari a 0.30.
Poiché lo sviluppo in pianta delle due scuole è molto eterogeneo, si è ritenuto opportuno considerare più punti di controllo, ed eseguire anche una scansione angolare: le sedici combinazioni di carico necessarie per un’analisi pushover sono state ripetute 24 volte, variando la direzione di provenienza dell’azione sismica con un incremento angolare progressivo di 15°. Si sono così ottenuti un dominio di spostamento 2D e un dominio di capacità 3D.
Lo studio dei domini di spostamento e di capacità ha evidenziato, in entrambe le scuole, un cono di ampiezza pari a circa 30° che racchiude tutte le direzioni di provenienza dell’azione sismica che risultano più probanti per le strutture.
Uno dei vantaggi dell’analisi pushover è dato dalla possibilità di monitorare il comportamento della struttura per ogni step di carico durante il percorso che porta alla definizione della curva di capacità, e di seguire l’evoluzione del danneggiamento negli elementi strutturali dalla prima applicazione del carico fino al punto finale della curva stessa. Nella Relazione di tesi si è sfruttata questa opportunità, riportando per mezzo di immagini lo stato di danno delle strutture in corrispondenza di ogni stato limite, e redigendo una cronologia di apertura delle fessure, danneggiamento e collasso dei pannelli.
Infine, per validare l’indice di rischio ottenuto dall’analisi globale delle strutture, si sono eseguite anche analisi locali, indagando il comportamento di alcune pareti selezionate sulla base dei risultati dell’analisi modale. Secondo l’approccio cinematico, è stato scelto il meccanismo locale di collasso ed individuato il moltiplicatore orizzontale di attivazione del meccanismo stesso. Una volta valutata l’evoluzione del moltiplicatore orizzontale dei carichi al crescere dello spostamento di un punto di controllo della catena cinematica, si è ottenuta la curva di capacità del meccanismo che, opportunamente ridotta e linearizzata, ha consentito il confronto tra la capacità e la domanda relative al meccanismo stesso. Si è così valutato l’indice di rischio associato al possibile instaurarsi di meccanismi locali che interessano i singoli pannelli murari impegnati prevalentemente fuori dal loro piano medio.
Riassumendo, i risultati delle analisi sulle scuole Modì e Bruno Ciari hanno evidenziato una sostanziale carenza nei confronti delle azioni sismiche (indice di rischio minimo pari a 0.30), ed hanno permesso di determinare un range ristretto di direzione dell’azione sismica al quale è associato un minor rapporto tra capacità della struttura e domanda sismica.
Per l’asilo Nghè, in c.a. e prefabbricato, si sono creati due modelli di calcolo, afferenti rispettivamente al nucleo originario della scuola e all’ampliamento degli anni 2000. La presenza di un giunto tecnico ha permesso di analizzare separatamente i due modelli. Si è potuto quindi verificare che il nucleo originario della scuola è incapace di resistere alle azioni sismiche di progetto, a causa soprattutto di una sostanziale carenza di armatura nei pilastri. L’ampliamento, di più recente progettazione e costruzione, manifesta invece un comportamento molto migliore nei confronti delle azioni orizzontali. Per meglio analizzare come può reagire al sisma questa parte della struttura si sono eseguite più analisi, variando il fattore di comportamento utilizzato nel procedimento di calcolo, e variando anche il grado di connessione trave-colonna. Dall'analisi è emersa la citicità del comportamento strutturale dei pilastri, soprattutto afferenti al nucleo originario della scuola, che non riescono a superare le verifiche, siano esse allo SLO o allo SLV, sia con un fattore q pari a 1.5, sia con un fattore q pari a 2.4 per le verifiche PMM (in questo caso solo allo SLO i pilastri interni della parte "vecchia" della scuola riescono a superare le verifiche).
L’indice di rischio dell’asilo Nghè, espresso come rapporto tra l’accelerazione di picco dell’azione sismica che porta al raggiungimento del generico stato limite e l’accelerazione di picco di riferimento del generico stato limite, è pari a 0.27.
Sulla base dei risultati ottenuti si sono quindi avanzate alcune proposte di intervento.
Per le due scuole in muratura si è suggerito di intervenire sulle strutture con tecniche a livello globale, al fine di migliorare il comportamento d’insieme. L’intervento più invasivo, ma allo stesso tempo più efficace, è l’inserimento di un cordolo di coronamento a livello della copertura, e con essa solidale, che potrà migliorare il comportamento scatolare dell’edificio. L’azione sismica potrà quindi ripartirsi in modo più efficace tra le strutture esistenti, e si migliorerà anche il comportamento locale delle singole pareti, riducendo il rischio di ribaltamento fuori piano.
Per la scuola in c.a. l’intervento di consolidamento si può focalizzare sulle colonne. Si può prevedere un’incamiciatura in c.a. di tutti i pilastri del nucleo originale, aumentandone la sezione e l’armatura longitudinale e trasversale. Se a causa della presenza di vincoli dimensionali un’incamiciatura in c.a. non fosse possibile, si potrebbe ricorrere ad un’incamiciatura in acciaio, oppure ad un rinforzo in FRP. In via estrema, un intervento di inserimento di controventi esterni appositamente studiati per il caso andrebbe a sgravare i pilastri esistenti eccessivamente snelli dalle azioni orizzontali indotte dalla pesante copertura.
Una volta progettato l’intervento è opportuno eseguire di nuovo le analisi, al fine di verificare l’entità della variazione degli indici di rischio, sia a livello globale che locale. Se dovessero rendersi necessari ulteriori interventi si potrebbe operare:
- Per le scuole in muratura ricorrendo a cerchiature delle aperture o a telai metallici controventati con il compito di supportare la muratura durante l’azione sismica, quando questa proviene dalla direzione critica individuata dalla scansione angolare;
- Per la parte “vecchia” della scuola in c.a. si potrebbero inserire dei setti in c.a. oppure dei controventi metallici disposti sul perimetro della struttura ai quali affidare la gran parte dell’azione sismica.
Prima di progettare gli interventi si raccomanda, in ogni caso, di eseguire una campagna di indagini sulle strutture e prove sui materiali: incrementando il livello di conoscenza delle strutture si otterrà un miglioramento dell’esito delle analisi e, soprattutto, si otterranno le informazioni necessarie a progettare al meglio gli interventi di miglioramento o adeguamento sismico.