Il sismabonus in pratica

Esempio di classificazione sismica con metodo convenzionale

Il decreto-legge numero 34 del 19 maggio 2020, meglio noto come “decreto rilancio” ha fatto tornare di attualità il tema del sismabonus.

Già prima dell’emergenza era stato dato nuovo slancio alla misura del sismabonus con il decreto 24 del 9 gennaio 2020. Con questa legge era stata fatta una revisione del decreto del 2017, come spiegato in un nostro articolo dell’epoca.

È già stato discusso in molte sedi dell’aspetto “burocratico” della questione e dei possibili risvolti economici sul settore dell’edilizia. Ora è il momento di mettere in pratica lo strumento. Vediamo come fare con un esempio.

IL CASO STUDIO

Nel nostro esempio lo strumento del sismabonus viene applicato ad una struttura esistente in muratura, l’ex-chiesa di San Martino, a Ferrara, che ora ha una diversa destinazione.
In attesa dei decreti attuativi lo scopo di questo articolo è mostrare in generale come ridurre il rischio sismico, abbiamo scelto un modello un po’ diverso dai soliti telai regolari per mostrare una applicazione interessante. Come ulteriore applicazione è stata effettuata la classificazione sismica.

Ex-chiesa di San Martino Ferrara

Ex-chiesa di San Martino Ferrara (immagine Google)

Ex-chiesa di San Martino, Ferrara - Rilievo dello stato di fatto

Ex-chiesa di San Martino, Ferrara – Rilievo dello stato di fatto

Si tratta di una struttura molto antica. Ha assunto la forma attuale nel XVI secolo, quando apparteneva ai monaci benedettini.

La struttura portante è costituita da pareti realizzate in mattoni pieni e malta di calce. Nella navata centrale sono presenti degli archi sostenuti da colonne, anche questi elementi sono in mattoni pieni e malta di calce.

La copertura è sostenuta da delle capriate in legno di conifera.

Oggi questo edificio non ha più funzione di luogo di culto, è di proprietà privata.

Per l’analisi sono stati considerati i carichi permanenti del solaio di copertura, un carico da neve calcolato in accordo con il D.M.2018 e l’azione sismica, sempre conforme al D.M.2018.

Le indagini effettuate sulla struttura hanno consentito di raggiungere il livello di conoscenza 2.

Il modello di calcolo è stato realizzato con elementi shell. Invece le colonne della navata centrale sono state modellate con elementi beam:

Vista 3D modello di calcolo struttura in muratura

Vista solida modello di calcolo

Vista solida modello di calcolo ex-chiesa di San Martino

L’ANALISI DELLO STATO DI FATTO – MECCANISMI DI PRIMO MODO

La struttura ha delle caratteristiche che suggeriscono di fare particolare attenzione ai cinematismi. In caso di sisma potrebbero innescarsi dei meccanismi di ribaltamento della facciata o dell’abside.

I cinematismi in questione sono stati investigati con il modulo PRO_CINEM.

Nelle immagini seguenti si riportano i risultati più significativi:

Verifica cinematismi - Timpano

Verifica cinematismi – Timpano dell’abside

Verifica cinematismi - Abside

Verifica cinematismi – Abside

Come si nota dalle immagini non sono emersi dei problemi nelle verifiche a ribaltamento dell’abside o in quelle del timpano.

L’ANALISI DELLO STATO DI FATTO – ANALISI GLOBALE

Data la particolarità della struttura è stato scelto di eseguire per prima cosa un’analisi ai carichi statici.

Anche considerando solamente i carichi verticali è emerso che alcuni elementi strutturali hanno dei problemi. Si tratta delle colonne in muratura della navata centrale.

Tramite le analisi sono stati calcolati i seguenti valori dello sforzo normale sulle colonne:

Risultati verifica a compressione colonne in muratura

Risultati verifica a compressione colonne in muratura

Questo significa che la tensione di compressione è:

σc = N/A = 38770/(65×65) = 9.17 daN/cm2

Mentre la resistenza a compressione muratura:

fd = fm/(γMxFC) = 32/(3×1.20) = 8.88 daN/cm2

fd < σc

Tutti gli altri elementi strutturali invece hanno dimostrato di avere la capacità di portare i carichi verticali di progetto. Per questo motivo, tenendo presente che saranno necessari degli interventi sulle colonne della navata centrale, siamo passati a valutare la resistenza della struttura nei confronti dell’azione sismica.

Per le verifiche sismiche è stato scelto di studiare la struttura mediante un’analisi statica lineare.

Dall’analisi sono emersi dei problemi a taglio sulle pareti dell’abside:

Verifica a taglio muratura

Verifica a taglio muratura – Pareti dell’abside

L’insorgere di questi problemi a taglio ci ha portato alla conclusione che la struttura è in grado di resistere solo ad un’azione pari al 20% di quella prevista dalla norma per un edificio nuovo.

L’IPOTESI DI INTERVENTO

Per correggere le carenze della struttura individuate con il modello dello stato di fatto è stato ipotizzato di intervenire con dei rinforzi in FRP. In particolare vengono previsti:

  • Cerchiatura delle colonne della navata
  • Applicazione di fasce orizzontali sulle pareti dell’abside.
Rinforzo in FRP su colonna in muratura

Rinforzo in FRP su colonna in muratura

Poiché gli FRP non vanno a modificare la rigidezza degli elementi strutturali è stato possibile applicare i rinforzi sullo stesso modello di calcolo utilizzato per l’analisi dello stato di fatto.

PRO_SAP disegna un tratteggio sugli elementi rinforzati per consentire di individuarli nel modello di calcolo:

Rinforzi con FRP su muratura

Elementi rinforzati con FRP

Il programma presenta separatamente i risultati senza rinforzo da quelli con rinforzo in modo da rendere facile il confronto.

In seguito al rinforzo i problemi ai carichi statici sono stati risolti e la struttura ha dimostrato una capacità di resistere ad un’azione sismica pari al 50% di quella prevista per un edificio nuovo.

Verifica colonne in muratura rinforzate con FRP

Risultato verifica a compressione colonne in muratura

Verifiche a taglio elementi in muratura rinforzati con FRP

Verifica a taglio post-operam elementi in muratura rinforzati con FRP

CONFRONTO DEI RISULTATI OTTENUTI

In questa tabella sono riassunti i risultati delle verifiche dello stato di fatto e dello stato di progetto:

SISMA

Risultato Tr PGA ζE
Stato di fatto 15 0.039 0.20
Stato di progetto 104 0.099 0.50

Note:

  • La PGA prevista per una struttura nuova nel caso in esame (località Ferrara, categoria solo C e categoria topografica T1) è 0.197
  • ζE coincide con il parametro “livello di sicurezza per esistenti” che si legge in PRO_SAP all’interno della pericolosità sismica (per esempio per il caso in esame allo stato di progetto 0.099/0.197 = 0.502)
  • Secondo la norma non si possono considerare periodi di ritorno inferiori al 30 anni:Periodi di ritorno DM2018      Tuttavia secondo l’allegato A al DM del sismabonus il minimo periodo di ritorno è di 10 anni. Per questo motivo è stata ignorata la prescrizione del DM ed allo stato di fatto è stato considerato un Tr = 15 anni.

CLASSIFICAZIONE SISMICA CON METODO CONVENZIONALE

A questo punto abbiamo tutti i dati relativi allo stato di fatto ed allo stato di progetto. Possiamo procedere con il sismabonus.

È utile puntualizzare che il fatto di voler usufruire del sismabonus non ha modificato in nessun modo il nostro approccio all’analisi della struttura, la scelta del tipo di analisi e la scelta del tipo di intervento. Finora ci siamo comportati come avremmo fatto per una “normale” analisi di un edificio esistente.

Questo metodo di procedere è suggerito anche dal DM del sismabonus:

Allegato A sismabonus

Sismabonus (allegato A) – Metodo convenzionale

Avendo progettato un intervento di miglioramento al momento di applicare il sismabonus la scelta del metodo di analisi è caduta sul metodo convenzionale. Il metodo convenzionale consente il miglioramento di una o più classi di rischio. Se invece fosse stato applicato il metodo semplificato sarebbe stato possibile il miglioramento di una sola classe.

Il metodo convenzionale assegna alla costruzione una classe di rischio in funzione del parametro economico PAM e dell’indice di sicurezza della struttura IS-V.

L’indice di sicurezza della struttura IS-V non è altro che il parametro ζE definito dal D.M.2018. Al §8.3 le NTC definiscono ζE come il rapporto tra l’azione sismica massima sopportabile dalla struttura e l’azione sismica massima che si utilizzerebbe nel progetto di una nuova costruzione.

Il PAM invece è un parametro che esprime il costo della riparazione dei danni subiti dalla struttura durante gli eventi sismici a cui sarà sottoposta durante la sua vita. Viene espresso come una percentuale del costo di ricostruzione.

La classe di rischio è data dal risultato peggiore tra i due parametri.

Per la struttura in oggetto non siamo tenuti ad eseguire verifiche in esercizio, lo stabilisce il DM2018 al §8.3:

Paragrafo 8.3 DM2018

Paragrafo 8.3 DM2018

Tuttavia per la valutazione del parametro economico PAM e dell’indice IS-V del sismabonus è necessario avere anche le verifiche allo stato limite di danno, come riportato sull’allegato A:

Per questa ragione, è stato necessario considerare nel modello di calcolo anche gli SLD. Tuttavia non sono emersi problemi dalle verifiche degli elementi strutturali allo stato limite di danno:

Verifiche SLD elementi in muratura

Verifiche SLD elementi in muratura

(il limite stabilito dal §7.3.6.1 del DM2018 per gli spostamenti delle strutture in muratura portante è 0.002*H).

Per il calcolo degli indici è stato utilizzato il modulo PRO_SMB. PRO_SMB è collegato a PRO_SAP e consente l’importazione dei dati dal modello di calcolo, tuttavia è anche possibile utilizzarlo in “modalità indipendente” assegnando manualmente i dati nel caso non si abbia a disposizione un modello di calcolo di PRO_SAP.

Allo stato di fatto, per la struttura in esame, il peggiore dei due indici è il PAM che ha portato ad una classe di rischio F.

Gli interventi di rinforzo hanno permesso un salto di tre classi con il passaggio alla classe di rischio C. In questo caso i due parametri hanno dato lo stesso risultato:

Classificazione sismica: classe di rischio sismico metodo convenzionale

Classificazione sismica: classe di rischio sismico metodo convenzionale

Bisogna notare che nella curva ante operam il primo tratto è verticale. Non è un’anomalia.

Per il caso in esame non sono stati rilevati problemi nelle verifiche in SLD. Quelle in SLO invece non sono state eseguite perché non sono richieste né dal DM2018 né dal sismabonus. Tuttavia si assume convenzionalmente che una struttura non può aver raggiunto un determinato stato limite se non ha raggiunto anche tutti quelli precedenti. Visto che nel caso in esame all’SLV il periodo di ritorno dell’azione sismica che la struttura è in grado di portare è molto basso, appena 15 anni, si assume che al periodo di ritorno in questione sono stati raggiunti anche gli stati limite precedenti cioè l’SLD e l’SLO anche se le verifiche non hanno evidenziato problemi. Questo è il motivo per cui il primo tratto della curva ante operam è una retta verticale.

Una volta eseguita la classificazione si può stampare la relazione con i risultati e soprattutto l’asseverazione (l’allegato B del DM del sismabonus) che è indispensabile per accedere al contributo:

Relazione di calcolo sismabonus

Relazione di calcolo PRO_SMB

Allegato B sismabonus (asseverazione)

Allegato B sismabonus (asseverazione)

RIASSUMENDO:

⇒ Se si vuole applicare il metodo convenzionale non occorre fare nulla di diverso rispetto alle “normali” verifiche di un edificio esistente e progetto di interventi di rinforzo

⇒ Le uniche due differenze con il DM sono:

  • Tr minimo = 10 anni anziché Tr = 30 anni come stabilito dal DM.
  • Sono richieste anche verifiche in SLD, mentre in alcuni casi secondo il DM potrebbero non essere necessarie.

⇒ Il metodo convenzionale attribuisce una classe di rischio in funzione di un parametro economico, detto PAM, e dell’indice di sicurezza

⇒ Il PAM esprime il costo della riparazione dei danni subiti dalla struttura durante gli eventi sismici a cui sarà sottoposta durante la sua vita

⇒ L’indice di sicurezza della struttura IS-V non è altro che il parametro ζE definito dal D.M.2018

⇒ Il modulo PRO_SMB di 2si consente di eseguire automaticamente il calcolo della classe di rischio di una struttura esistente

⇒ Il modulo è utilizzabile anche nel caso in cui il modello di calcolo non sia stato fatto con PRO_SAP

⇒ Stampa automaticamente la relazione di calcolo e l’allegato B

Ing. Alberto Marin (marin@2si.it)

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