Strutture esistenti: cosa fare se le verifiche per carichi statici non sono soddisfatte?

Quando si parla di verifica di strutture esistenti il pensiero va immediatamente alle azioni sismiche, ma è importante verificare anche il loro comportamento sotto le azioni statiche.

La valutazione della sicurezza degli edifici esistenti, per quanto possibile, deve essere effettuata in rapporto a quella richiesta per gli edifici nuovi. A tale scopo, le NTC introducono due parametri che costituiscono fattori indicativi per un rapido confronto tra l’azione sopportabile da una struttura esistente e quella richiesta per il nuovo:

• ζE rapporto tra l’azione sismica massima sopportabile dalla struttura e l’azione sismica massima che si utilizzerebbe nel progetto di una nuova costruzione.
• ζv,i, rapporto tra il valore massimo del sovraccarico verticale variabile sopportabile dalla parte i-esima della costruzione e il valore del sovraccarico verticale variabile che si utilizzerebbe nel progetto di una nuova costruzione.

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ζE è il consueto parametro che siamo abituati a calcolare quando facciamo le verifiche sismiche di un edificio esistente, quello – per intenderci – che ci dice che nello stato di fatto una struttura può sopportare ad esempio il 30% dell’azione sismica di progetto per un edificio nuovo. Questo parametro è utilizzato frequentemente nell’applicazione del sismabonus e descritto in questo videocorso.

ζv,i, è invece il parametro su cui ci concentreremo in questo post. Può capitare che quando si verifica una struttura esistente le verifiche per carichi statici non risultino soddisfatte, anche se dall’osservazione della struttura non emergono lesioni evidenti.

Perché?

Innanzi tutto ricordiamoci che si tratta di verifiche convenzionali, inoltre è importante sottolineare che ci sono incertezze legate:

• alla caratterizzazione dei materiali: spesso si utilizzano per le verifiche materiali ipotizzati sulla base dei valori usuali per la pratica costruttiva dell’epoca;
• alla caratterizzazione dei carichi: non sempre si fanno indagini atte a determinare il reale valore dei carichi permanenti. Infine i sovraccarichi variabili previsti dalla normativa non sono necessariamente applicati alla struttura.

Le incertezze su materiali e carichi vengono “convertite” in coefficienti di sicurezza.

• Coefficienti di sicurezza sui materiali: oltre ai consueti γM previsti per le strutture nuove, per le strutture esistenti sono previsti anche dei Fattori di Confidenza FC, che possono arrivare fino a 1.35.
• Coefficienti parziali sui carichi: per tenere conto dell’incertezza sui carichi amplificano sia i carichi permanenti (γG) che i variabili (γQ).

Per quanto riguarda i Fattori di Confidenza, l’unica strategia per non penalizzare le verifiche è fare più prove in situ per raggiungere Livelli di Conoscenza più alti.

I carichi permanenti

Relativamente ai carichi invece ci viene incontro il paragrafo 8.5.5. AZIONI che dice:

“Per i carichi permanenti, un accurato rilievo geometrico-strutturale e dei materiali potrà consentire di adottare coefficienti parziali modificati, assegnando a γG valori esplicitamente motivati. I valori di progetto delle altre azioni saranno quelli previsti dalla presente norma”.

I carichi permanenti possono quindi essere moltiplicati per un coefficiente minore del consueto 1.3 a patto di motivare esplicitamente la scelta e di fare un accurato rilievo geometrico-strutturale.

In PRO_SAP le combinazioni dei carichi sono automatiche, ma i coefficienti di combinazione sono personalizzabili, è possibile agire attraverso le “impostazioni generali” delle combinazioni per ottenere le combinazioni personalizzate, nella immagine seguente ad esempio si è assegnato il valore 1.2 anziché 1.3.

Una volta generate le combinazioni con i coefficienti personalizzati è possibile eseguire la verifica dell’edificio esistente.

Se le verifiche ancora non risultano soddisfatte, cosa fare?

“Nel caso in cui l’inadeguatezza di un’opera si manifesti nei confronti delle azioni non sismiche, quali carichi permanenti e altre azioni di servizio combinate per gli stati limite ultimi secondo i criteri esposti nel § 2.5.3 delle NTC (eventualmente ridotte in accordo con quanto specificato al § 8.5.5 delle NTC come abbiamo già visto), è necessario adottare gli opportuni provvedimenti, quali ad esempio:

• limitazione dei carichi consentiti
• restrizioni all’uso
• e/o esecuzione di interventi volti ad aumentare la sicurezza, che consentano l’uso della costruzione con i livelli di sicurezza richiesti dalle NTC.”

È quindi necessario capire rapporto tra il valore massimo del sovraccarico verticale variabile sopportabile dalla parte i-esima della costruzione e il valore del sovraccarico verticale variabile che si utilizzerebbe nel progetto di una nuova costruzione.

È importante notare che se si eseguono analisi lineari, vale il principio di sovrapposizione degli effetti, quindi è sufficiente agire attraverso le combinazioni di carico riducendo i carichi variabili fino a soddisfare le verifiche.

In PRO_SAP è possibile definire il “valore di riferimento” dei carichi variabili, che consente di generare le combinazioni in automatico secondo quanto previsto dalla norma, ma con coefficienti personalizzati per i carichi variabili.

Nella immagine seguente ad esempio si è assegnato il valore 0.5 come moltiplicatore dei carichi variabili, che comporterà un coefficiente moltiplicativo dei carichi variabili non più di 1.5, ma di 0.5*1.5=0.75

È possibile con una procedura iterativa ottenere il moltiplicatore del carico variabile con il quale tutte le verifiche sono soddisfatte, che è esattamente il valore ζv,i,, richiesto dalla normativa.

Riassumendo

Se le verifiche per carichi statici non risultano soddisfatte:

1. è possibile fare più prove per conoscere meglio i materiali e ridurre i fattori di sicurezza FC;
2. è possibile fare accurato rilievo geometrico-strutturale e dei materiali per ridurre il coefficiente parziali γG;
3. è possibile attraverso una procedura iterativa capire quale è il sovraccarico variabile massimo sopportabile dalla struttura e identificare ζv,i,

>> In questo videocorso è illustrata un’applicazione PRO_SAP<<

Articolo dell’Ing. Gennj Venturini – Responsabile ricerca e sviluppo 2S.I.

Per ulteriori informazioni
2si.it