Ristrutturazione edifici storici, tecnologie per la sicurezza strutturale

Nel corso delle settimane passate abbiamo affrontato il rischio sismico in alcune analisi particolari, focalizzando l’attenzione su aspetti differenti e coinvolgenti fattori di valutazione su più piani di lavoro. Così con Rischio sismico, prevenzione e restauro del patrimonio storico si presentava il problema generale illustrando la formulazione delle “Linee Guida per la valutazione e riduzione del rischio sismico del patrimonio” grazie alle quali l’approccio allo studio per l’elaborazione di strumenti per affrontare il rischio sismico è diventato fortunatamente più scientifico e metodologico.

Poi l’articolo Restauro edifici storici, il giusto approccio per evitare interventi dannosi si è occupato di analizzare alcuni errori compiuti nell’affrontare interventi di consolidamento di edifici storici.
Infine, Messa in sicurezza degli edifici storici: gli apparati interni del 3 Luglio, ha trattato delle procedure disponibili per porre in sicurezza il contenuto artistico di edifici storici.

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Proprio in questa ultima trattazione abbiamo capito che la risposta per l’ adeguamento sismico edifici esistenti è trattare la vulnerabilità sismica dell’edificio stesso, facendo in modo che sia lo stesso contenitore a resistere al meglio alle sollecitazioni imposte dagli eventi sismici.

È quindi giunto il momento di analizzare con maggiore dettaglio quali sono le tecnologie disponibili o proposte, per prevenire i danni da sisma. In questo le “Linee Guida per la valutazione e riduzione del rischio sismico del patrimonio”  vengono in ausilio.

Gli interventi di salvaguardia dei beni culturali si collocano in un settore innovativo, importante ma anche complesso e delicato; si interviene su numerose tipologie di beni, ognuna di esse con le sue specificità. Un intervento di messa in sicurezza errato può provocare più danni dell’evento calamitoso stesso o comunque aggravarne gli effetti.

Di frequente, nell’ambito della tutela del patrimonio culturale, sono costretti a operare soggetti non sempre abituati ad una collaborazione, oppure autorità diverse a seconda della tipologia di bene storico artistico, non abituate ai linguaggi e alle procedure della protezione civile, dove ognuno bada al proprio limite di responsabilità e di competenza professionale.
In ultima analisi, il primo passo che ogni professionista che tale vuole definirsi, è capire che cosa sta facendo e su cosa sta per intervenire. Si ribadisce fortemente questo concetto; non si pensi di trattare un edificio storico come un qualsiasi edificio “vecchio” uguale ad un altro.

Tutela del patrimonio architettonico

La circolare del 30/4/2015, n. 15 riporta “Disposizioni in materia di tutela del patrimonio architettonico e mitigazione del rischio sismico” ed ha il dichiarato scopo di “sensibilizzare” tutte le figure che hanno influenza sulla gestione del patrimonio culturale, indirizzando ad “un percorso culturale prima che tecnico”, in cui tale disposto si inserisce.L’Italia, come noto, possiede un patrimonio vasto e diffuso di immobili di notevole valore storico-culturale, forse il maggiore a livello mondiale, che già solo per tali motivi deve essere tutelato e conservato in maniera efficiente.A parte tale aspetto, esso, può rappresentare, in una nazione così ricca di valenze culturali, un’importante sorgente di introiti e di sviluppo economico e sociale.Pertanto, la presa di coscienza e la gestione della problematica sismica, in un territorio che è stato di recente indicato come uno dei più critici a livello mondiale, assume un attuale ed urgente significato. Le disposizioni della circolare n. 15/2015 stigmatizzano tali aspetti, raccogliendoli sotto la forma di quadro sintetico-tabellare (l’Allegato 1 della circolare), guidando il tecnico verso le caratteristiche e le potenziali carenze in ottica sismica degli immobili, pubblici e privati, oggetto di tutela. L’Allegato individua due classi di intervento (manutenzione straordinaria e miglioramento sismico) che spesso ricorrono nella pratica, e che sono state indicate come potenziale fonte di inesatte valutazioni rispetto alle azioni sismiche. L’Allegato 1 è quindi un interessante punto di partenza per approfondire le tematiche ad esso correlate e allargare il quadro di conoscenza, spesso anche molto specialistica, che esso stesso sottende. Il presente lavoro è volto a inquadrare gli aspetti inerenti tutela e rischio sismico negli edifici storici, illustrando e specificando i principi cardine al fine di rendere più agevole, e più consapevole, la compilazione dei vari campi, col fine di ottenere le giuste informazioni di ritorno a livello governativo. Il testo, di lettura agile, è indirizzato a coloro che devono familiarizzare con la specificità del patrimonio culturale, siano essi professionisti incaricati della progettazione che del controllo e gestione di tali fasi. Nicola Mordà, Ingegnere civile strutturista, si occupa di problematiche sismiche e diagnostica con riferimento alle costruzioni storiche. Paola Boati Architetto, laureata in Restauro e Valorizzazione nel 2006. Da dieci anni svolge l’attività professionale occupandosi di progettazione sostenibile, ristrutturazioni e restauri, interior design, riqualificazione energetica e facility management.

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Ristrutturazione edifici storici in muratura

Gli edifici storici in muratura costituiscono organismi estremamente vari e complessi per tipologie e tecniche costruttive, per cui la loro analisi strutturale e la valutazione sismica sono influenzate da moltissime variabili nella definizione delle proprietà meccaniche dei materiali e delle condizioni di interazione delle componenti. Fino a circa la metà del 1800 le regole a cui il progettista si affidava per calcolare gli edifici e la loro stabilità, erano basate su leggi dell’equilibrio statico e su dimensionamenti di tipo proporzionale, frutto dell’esperienza costruttiva e di regole di buona pratica edilizia. Benchè si tratti di un approccio non scientificamente rigoroso, riconoscere in una costruzione la conformità alle regole dell’arte può costituire un primo elemento di valutazione della sicurezza. Le regole pratiche possono essere riconosciute anche in tecniche prettamente locali con uso dei materiali disponibili in zona. Accanto alla conformità a regole costruttive, la resistenza agli eventi ed al trascorrere del tempo, ci fornisce un ulteriore elemento di valutazione sebbene poco significativo per la sicurezza sismica qualora andiamo a considerare il tempo di ritorno di un sisma devastante.

Ricordiamo inoltre che, in aree geografiche dove è sentito il rischio di eventi sismici significativi, si sono sviluppate nel tempo, soluzioni costruttive efficaci per la riduzione della vulnerabilità: contrafforti, catene, ammorsamenti, ecc.; questi elementi di presidio antisismico diventano parte integrante delle regole costruttive. Nelle zone poco sismiche, tali soluzioni sono state messe in opera solo nelle riparazioni o nelle ricostruzioni a seguito dei pochi terremoti significativi, ma il loro uso da parte dei costruttori si perdeva dopo qualche  generazione, in quanto essi apparivano ben presto immotivati.

Adeguamento sismico edifici storici esistenti

È chiaro che, dovendo analizzare oggi la sicurezza e l’adeguamento sismico di edifici esistenti, i caratteri appena esposti vadano accuratamente acquisiti, attraverso un’adeguata conoscenza, ma non si possa fare a meno anche di una modellazione strutturale che consenta di comprendere quantitativamente il comportamento della costruzione. Si hanno a disposizione differenti metodi di analisi in funzione del modello con il quale vengono descritte la struttura e il suo comportamento sismico. Nel caso del patrimonio culturale, la valutazione della capacità della struttura e della sicurezza sismica saranno da valutarsi localmente  e complessivamente riferendosi alle analisi:
– statica lineare;
– dinamica modale
– statica non lineare;
– dinamica non lineare.

Parlando di edifici storici non appare possibile definire una tipologia di danno in quanto questi edifici vanno considerati elementi unici della storia del costruire, per il modo con il quale sono stati concepiti, realizzati e si sono trasformati nel tempo. È pur vero che, nella maggior parte delle costruzioni storiche, sono riconoscibili alcuni caratteri particolari ricorrenti. Le Linee Guida già citate, propongono dei modelli semplificati per le verifiche da eseguire sugli edifici patrimonio storico e culturale italiano. Una particolare cura ed attenzione alla standardizzazione va però  posta nei confronti di chiese, luoghi di culto ed altre strutture con grandi aule.

Sono disponibili molteplici tipologie di interventi per aumentare la sicurezza sismica di un edificio, tutte però vanno valutate in ottica generale di conservazione dell’organismo costruito, scegliendo la tecnica più adatta in funzione dei risultati delle indagini preliminari. Si deve mirare alla conservazione della funzionalità strutturale e dell’espressione architettonica non dimenticandoci mai degli aspetti impiantistici che, se lasciati in disparte, potrebbero creare inserimenti in elementi strutturali.
Si progetteranno interventi a limitate parti del manufatto, contenendone il più possibile l’estensione ed il numero, e comunque evitando di alterare in modo significativo l’originale distribuzione delle rigidezze negli elementi senza mai perdere di vista l’insieme e valutando con attenzione le variazioni di rigidezza e resistenza degli elementi.

Non si dimentichi mai di garantire il mantenimento dell’architettura originaria in tutti i suoi aspetti considerando comunque sempre, la presenza di apparati pittorici e/o plastici e valutando con attenzione i benefici che possono conseguirsi e l’impatto sulla costruzione storica con adeguato proporzionamento dell’intervento agli obiettivi di sicurezza e durabilità.

Da questo punto di vista gli elementi strutturali danneggiati, se possibile, devono essere riparati piuttosto che sostituiti e le deformazioni ed alterazioni, costituendo una testimonianza del passato, dovrebbero essere mantenute, eventualmente adottando misure atte a limitarne gli effetti negativi sulle condizioni di sicurezza.

Le 5 categorie di intervento

La strategia di intervento può appartenere a una  delle seguenti categorie o a combinazioni di esse:
– rinforzo di elementi resistenti, al fine di aumentarne selettivamente la resistenza, la rigidezza, la duttilità o una combinazione di esse (ponendo sempre estrema attenzione alle modifiche indotte allo schema strutturale);
– inserimento di nuovi elementi, compatibili con quelli esistenti, al fine di eliminare la vulnerabilità locale di alcune parti della costruzione e migliorare il funzionamento complessivo in termini di resistenza o duttilità;
– introduzione di una protezione passiva mediante strutture di controvento dissipative e/o isolamento alla base (considerando accuratamente tutte le possibili ricadute sulla conservazione, ed in particolare la presenza di substrati archeologici);
– riduzione delle masse (con le dovute precauzioni);
– limitazione o cambiamento della destinazione d’uso dell’edificio (in questo caso sarà obbligatoria una verifica di compatibilità alle trasformazioni urbanistiche previste nei  piani attuativi e nei cambi di destinazione d’uso degli edifici).

Differenze tra gli interventi di adeguamento sismico

In generale gli interventi differiscono per:
– Estensione: Interventi limitati ad alcuni elementi; interventi estesi a tutta la struttura;
– Comportamento statico (e dinamico) accertato e conseguito: interventi che non modificano l’attuale comportamento statico; Interventi che pur modificando l’attuale comportamento statico, sono coerenti con il funzionamento della tipologia strutturale; Interventi che modificano l’originale comportamento statico;
– Invasività e reversibilità: invasivo è l’intervento teso alla modifica permanente degli elementi resistenti, che si contrappone all’intervento reversibile, il quale integra gli elementi resistenti e/o condiziona le sollecitazioni senza trasformare in modo permanente la struttura originale;
– Stato di coazione fornito: Interventi passivi, che non forniscono uno stato di coazione agli elementi originali; Interventi attivi, che introducono stati di sollecitazione attraverso azioni autoequilibrate;
– Integrità architettonica: intervento in grado di conservare non solo la qualità materico costruttiva del manufatto, ma anche la tipologia ed il suo aspetto;
– Durabilità e compatibilità materiale: Intervento durabile nel tempo, anche in rapporto alle caratteristiche chimico fisiche della materia storica.

L’intervento dovrà essere valutato anche in ragione del suo costo, rapportandolo all’entità del beneficio da esso prodotto ed all’effettiva necessità.

Nell’articolo Ristrutturazione, interventi per messa in sicurezza di edifici storici andiamo a fondo delle diverse tipologie di intervento:

– interventi utili a migliorare i collegamenti;
– interventi utili a migliorare la risposta di archi e volte;
– interventi utili a migliorare la rigidezza dei solai;
– interventi alle coperture;
– interventi utili a migliorare la resistenza dei muri;
– pilastri e colonne;
– elementi non strutturali;
– interventi alle fondazioni.

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