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TECNOLOGIA LA PREVENZIONE DEI DANNI CAUSATI DAI TERREMOTI
VALUTAZIONE DEL RISCHIO SISMICO DEI LUOGHI DI CULTO
Le nuove norme tecniche per le costruzioni (Opcm 3274 e s.m.i, D.M. 14/01/’08) hanno fornito ai progettisti alcuni strumenti per la valutazione e riduzione del rischio sismico dei luoghi di culto. Il percorso progettuale comincia con la conoscenza del manufatto; in particolare, rilievo geometrico e caratterizzazione dei materiali costruttivi hanno assunto maggiore importanza e definiscono i Livelli di Conoscenza (LC) e Fattori di Confidenza (FC), parametri che, al variare del livello di approfondimento delle indagini, consentono di graduare l’attendibilità del modello di analisi strutturale. I passi successivi del percorso progettuale sono la realizzazione del modello strutturale ad elementi finiti, l’esecuzione delle analisi e la verifica dell’edificio.
REALIZZAZIONE DEL MODELLO STRUTTURALE
La realizzazione del modello strutturale via elementi finiti può essere eseguita attraverso modelli a “telaio equivalente”: setti e fasce murarie sono sostituiti con elementi monodimensionali (travi) oppure modelli costituiti da elementi piani di lastra-piastra. Nelle immagini sono mostrati modelli ad elementi finiti realizzati attraverso elementi D3 (lastra-piastra), realizzati con il software PRO_SAP. Nel primo caso, i setti murari sono schematizzati con pilastri equivalenti e elementi trave (fasce murarie) dotati di tratti rigidi in prossimità degli estremi. Tale schematizzazione permette di analizzare interi edifici anche in campo non lineare con un onere computazionale relativamente basso. Tuttavia presenta alcune limitazioni non trascurabili. In particolare, la modellazione attraverso telaio equivalente poco
si adatta alla schematizzazione di edifici monumentali o di culto, o in genere di strutture con archi, volte, speroni. Inoltre, risulta problematica la modellazione dell’incrocio dei setti nei quali esiste in realtà una complessa interazione tra sollecitazioni membranali (nel piano del setto) e flessionali (ortogonali al piano del setto).
Complessa risulta infine la valutazione della resistenza ultima delle fasce di piano nel caso di soletta collaborante.
L’analisi attraverso elementi di lastra-piastra (D3), consente una modellazione numerica più attinente al comportamento reale dell’edificio. Tale approccio risulta però più complesso rispetto al precedente dal punto di vista operativo e richiede un onere computazionale maggiore.
ESECUZIONE DELLE ANALISI
Una volta realizzato il modello è possibile procedere alle analisi della struttura; la nuova normativa prevede analisi lineari (statica o dinamica) ed analisi non lineari (pushover o dinamica non lineare).
L’analisi statica lineare consiste nell’applicazione di un sistema di forze distribuite lungo l’altezza dell’edificio assumendo una distribuzione lineare degli spostamenti.
VERIFICA DELL’EDIFICIO
Nel caso di analisi lineari la verifica consiste nel confronto tra le sollecitazioni ottenute su ciascun macro-setto e le resistenze ultime per pressoflessione e taglio definite dalle norme per ciascun elemento strutturale.
Per ciascun meccanismo di collasso, è possibile determinare il moltiplicatore dell’azione sismica che comporta il soddisfacimento della verifica (domanda minore della capacità) e quindi l’accelerazione sismica di riferimento (PGA) corrispondente. Nel caso di analisi non lineari, la valutazione della sicurezza avviene in termini globali e consiste nel confronto della capacità di spostamento della struttura con la domanda di spostamento, che dipende all’accelerazione sismica di riferimento.
Per salvaguardarsi da possibili collassi locali, quali ad esempio i ribaltamenti parziali fuori dal piano (che negli edifici storici avvengono frequentemente anche per valori piccoli delle azioni orizzontali), è necessario analizzare singole pareti o porzioni limitate della struttura attraverso opportune analisi cinematiche. Tali analisi si basano sui teoremi classici dell’analisi limite e consentono, una volta ipotizzato un meccanismo di collasso, di ottenere il moltiplicatore
orizzontale dei carichi associato ad esso e la corrispondente accelerazione al suolo. Per la verifica, l’accelerazione che innesca il meccanismo di collasso viene confrontata con l’accelerazione sismica di riferimento.
CRITERI PER IL MIGLIORAMENTO SISMICO
Gli interventi volti a ridurre la vulnerabilità sismica dei luoghi di culto devono essere valutati nel quadro generale della conservazione della costruzione.
Le strategie di intervento vanno dal rinforzo degli elementi resistenti, all’inserimento di nuovi elementi resistenti, fino all’introduzione di sistemi di isolamento alla base.
La valutazione del miglioramento può avvenire confrontando le verifiche effettuate nel modello dello stato di fatto con quelle del modello con lo stato di progetto.
A cura di: Ing. Gabriele Milani (Dip. Ingegneria Strutturale, Politecnico di Milano), Ing. Gennj Venturini (2S.I. Srl). Per le immagini si ringraziano: Ing. Gino di Ruzza e Geom. Alessandro Previati (2S.I. Srl).
Gli approfondimenti del servizio sull’analisi dinamica lineare, l’analisi pushover a telaio equivalente e il decremento di capacità portante, si trovano nel sito <www.chiesaoggi.it>.
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