Superbonus 110%: caso studio relativo alla valutazione della vulnerabilità di un edificio in muratura

Studio di vulnerabilità sismica alla luce delle novità di Gennaio 2021 sull'utilizzo degli interventi di incentivazione previsti dal Decreto Rilancio 2020

di Soft.Lab - 20/02/2021
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Superbonus 110%: caso studio relativo alla valutazione della vulnerabilità di un edificio in muratura

Alla luce delle novità e chiarimenti pubblicati nel mese di Gennaio 2021, in merito all'utilizzo degli interventi di incentivazione previsti dal Decreto Rilancio 2020, si riporta uno studio di vulnerabilità sismica effettuato con il software di calcolo strutturale IperSpace BIM 4.

Il nuovo Sismabonus 110% previsto dal Decreto Rilancio

Il D.L. 19/05/2020 ha introdotto il Superbonus al 110% al fine di incentivare il miglioramento energetico e sismico degli edifici esistenti.

Alla base del SismaBonus c’è la definizione delle classi di rischio sismico degli edifici esistenti: solo in seguito alla loro valutazione il progettista potrà definire gli interventi ed i costi per raggiungere il grado di sicurezza desiderato. Le linee guida delle del D.M. nr.58 28/2/2017 (e successive modifiche introdotte dal D.M. n. 24 del 9/1/2020) ,forniscono diversi strumenti per la valutazione del rischio sismico delle strutture esistenti, definendo per esse diverse classi che vanno dalla A+ alla G in funzione di un grado di rischio crescente.

La valutazione di vulnerabilità sismica di un edificio esistente in muratura

Si riporta di seguito la valutazione di vulnerabilità sismica effettuata attraverso il modulo SismoCheck di un edificio esistente in muratura modellato con InSide, entrambi moduli di IperSpace BIM, suite per il calcolo strutturale prodotta da Soft.Lab; successivamente, dopo l'inserimento di rinforzi in fibra di carbonio, si è valutato il miglioramento ottenuto in termini di prestazione sismica della struttura, attraverso l'analisi della classe sismica dell'edificio pre e post intervento. La valutazione della classe di rischio è avvenuta attraverso il metodo convenzionale, determinando il parametro PAM (Perdita Annuale Media Attesa) e l'indice IS-V definito come il rapporto tra l'accelerazione di picco al suolo che determina il raggiungimento dello SLV e l'accelerazione attesa al sito, che si utilizzerebbe in caso di progettazione di un nuovo edificio.

Infine, trattandosi di un edificio in muratura, è riportata sinteticamente anche la procedura utilizzata per la determinazione della classe di rischio attraverso il Metodo semplificato, meno accurato e affidabile del precedente; il suo utilizzo però è indicato nel caso di una valutazione preliminare, e a larga scala, dello stato di fatto di un edificio esistente.

L'edificio si articola su tre livelli ed è costituito da una struttura portante in muratura di tufo le cui caratteristiche meccaniche sono riportate in Tabella 1. Ai fini della valutazione della sicurezza si è ipotizzato che sia stato raggiunto un livello di conoscenza della struttura LC2, cui corrisponde un fattore di confidenza FC pari a 1.2. L'edificio risulta comunque ben progettato e realizzato: le pareti ortogonali sono ben ammorsate fra loro, sono presenti cordoli in cemento armato tali da garantire un comportamento scatolare,i fori sono tutti allineati, i solai, anch'essi in c.a.,sono caratterizzati da uno spessore della soletta di 4 cm, tale da poter essere consideratirigidi nel proprio piano.

La valutazione delle sollecitazioni sismiche è stata condotta attraverso un'analisi dinamica lineare, dalla quale è emerso che la struttura può considerarsi regolare; infatti i primi tre modi di vibrare sono sufficienti ad eccitare la quasi totalità delle masse della struttura (Figura 3). Il fattore di comportamento scelto è pari a 2.38.

Il sito di realizzazione dell'opera è ubicato nella città di Benevento, la categoria di sottosuolo è la B mentre la categoria topografica è la T1. In Tabella 2 sono riportati i parametri di pericolosità sismica valutati allo SLV, nonché i parametri di definizione delle spettro di risposta in accelerazione di Figura 4.

Valutazione della vulnerabilità di un edificio in muratura

Figura 1. Vista prospettica della struttura in IperSpace BIM

Valutazione della vulnerabilità di un edificio in muratura

Figura 2. Modello FEM della struttura in IperSpace BIM

Peso specifico γ

1800 kg/m3

Modulo di elasticità longitudinale E

1.26e+8  kg/m2

Modulo di elasticità tangenziale G

4.2e+6 kg/m2

Coefficiente di Poisson ν

0.3

Resistenza a compressione fk

26.5 kg/cm2

Resistenza a taglio per fessurazione diagonale ft

0.95 kg/cm2

Tabella 1. Caratteristiche meccaniche della muratura in tufo che costituisce l'edificio.

Valutazione della vulnerabilità di un edificio in muratura

Figura 3. Report relativo ai Periodi di Vibrazione della struttura.

Vita nominale della struttura  VN

50 anni

Classe d'uso

II

Classe di duttilità

B

Periodo di ritorno allo SLV Tr

475 anni

Accelerazione orizzontale max al sito ag/g [SLV]

0.255 g

Periodo di inizio del tratto a velocità costante dello spettro TC*[SLV]

0.29 s

Massimo fattore di amplificazione dello spettro Fo[SLV]

2.35

Coefficiente di amplificazione stratigrafica Ss[SLV]

1.2

Coefficiente di amplificazione topografica ST [SLV]

1

Coefficiente della categoria di sottosuolo Cc [SLV]

1.41

Tabella 2. Parametri utilizzati per la definizione dello spettro elastico e di progetto.

Valutazione della vulnerabilità di un edificio in muratura

Figura 4. Spetto di risposta elastico e di progetto.

Al termine dell'analisi, effettuata escludendo tutte le fasce murarie, nell'ipotesi cautelativa che queste siano state già danneggiate e l'azione sismica venga assorbita solo dai maschi, è emerso che il minimo coefficiente sismico ζE (rapporto tra l'accelerazione massima sopportabile dalla struttura e quella che si utilizzerebbe nel progetto di una nuova costruzione)  assume valore pari a 0.11.

Trattandosi di maschi murari la cui sezione trasversale è rettangolare, la verifica a presso-flessione nel piano è stata condotta valutando il momento resistente attraverso la formulazione riportata al §7.8.2.2.1 delle NTC2018:

Mu = (l2∙t∙σ0/2) (1 – σ0/0,85fd)

dove:

Mu

è il momento corrispondente al collasso per pressoflessione;

l

è la lunghezza complessiva della parete (inclusiva della zona tesa);

t

è lo spessore della zona compressa della parete;

σ 0

è la tensione normale media, riferita all’area totale della sezione  N/(l∙t), con N forza assiale agente positiva se di compressione; se la forza assiale è di trazione Mu=0;

fd=fk/(FC ∙γM)

è la resistenza a compressione di calcolo della muratura.

Per quanto riguarda, invece, la resistenza a taglio la relazione utilizzata è la seguente (§C8.7.1.3.1.1):

Vt=l ∙ t ∙ftd/b ∙ (1+ σ0/ftd)0.5

dove:

Vt

è il taglio resistente per azioni nel piano del pannello;

ftd

è la resistenza a trazione per fessurazione diagonale;

b

è un coefficiente correttivo assunto pari a h/l con h altezza del pannello.

I pannelli murari non verificati allo SLV sono evidenziati in Figura5; è da tener presente che per alcuni di essi il valore di ζE è superiore a 0.75, come si nota dalla mappa dei coefficienti di sicurezza di Figura6.Di conseguenza, come si vedrà, si è deciso di rinforzare solo i pannelliche risultano non verificati sotto tale soglia in modo da far si che tutta la struttura risulti verificata al 75%.

Il modulo SismoCheck permette, noto il valore del minimo coefficiente sismico, di valutare immediatamente la classe della struttura, inteso come il valore minimo tra classe PAM e classe ISV. Per la struttura in esame la classe sismica è la F (Figura 7).

Valutazione della vulnerabilità di un edificio in muratura

Figura 5. Pannelli murari non verificati allo SLV

Valutazione della vulnerabilità di un edificio in muratura

Figura 6. Coefficienti di sicurezza della struttura originale allo SLV

Valutazione della vulnerabilità di un edificio in muratura

Figura 7. Comando Valuta classe di SismoCheck

Il rinforzo della struttura è avvenuto inserendo un solo strato di fibre di carbonio di spessore e larghezza pari rispettivamente a 0.164 mm e 100 mm. Le fasce sono state disposte sia verticalmente, per resistere a flessione, che orizzontalmente, per assorbire il taglio. In entrambi i casi il passo scelto è stato di 300 mm.

Attraverso l'inserimento di rinforzi in FRP la struttura risulta verificata al 76%, come si nota dall'analisi dei coefficienti di sicurezza sismici dei pannelli murari, riportata in Figura9, al termine del calcolo.

Valutazione della vulnerabilità di un edificio in muratura

Figura 8. Vista prospettica della struttura rinforzata in IperSpace BIM

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Figura 9. Coefficienti di sicurezza della struttura rinforzata allo SLV

Per l'utilizzo del modulo SismoCheck e procedere alla valutazione del salto di classe, attraverso il metodo convenzionale, è necessario che la struttura ante-operam e la struttura post-operam siano state modellate in due file distinti di IperSpace BIM, ognuno dei quali caratterizzato da due calcoli differenti,ai quali competono due valori diversi dell'accelerazione sismica:

  • nel primo si considera l'accelerazione sismica derivante dallo Spettro di Risposta, ottenuto a partire dai parametri di pericolosità sismica allo stato limite considerato (nel caso di edifici in muratura per civile abitazione le verifiche si effettuano solo agli stati limite ultimi). L'accelerazione sismica è calcolata in automatico a partire del periodo proprio della struttura e il valore è pari proprio a quello che si utilizzerebbe nel progetto di una nuova costruzione;
  • nel secondo calcolo, il sisma va ridotto attraverso un coefficiente pari al minimo dei coefficienti di sicurezza sismici ζE ottenuti dal calcolo precedente (0.11 nel caso in esame); in tal modo tutti gli elementi della struttura risultano verificati. L'accelerazione sismica utilizzata è, infatti, proprio quella massima sopportabile dalla struttura.

All'apertura,SismoCheck richiede di inserire i due file .spc della struttura prima e dopo l'intervento di rinforzo; per ogni struttura va selezionato nella sezione Calcolo, quello ottenuto con il sisma ridotto, e nella sezione Verifica quello completo. Immediatamente sono visibili le classi dell'edificio.

Valutazione della vulnerabilità di un edificio in muratura

Figura 10. Finestra Grafica di SismoCheck

Nel passaggio successivo è possibile selezionare gli elementi da verificare, o meglio quelli da confrontare tra un file e l'altro. La selezione può avvenire anche in base ad un range di coefficienti di sicurezza: nel casooggetto di studio, ad esempio tra 0.11(minimo) e 0.76 (massimo scelto).

Si può notare dalla Figura 11 il salto di 4 classi: dalla F del progetto originale, alla B di quello rinforzato.

Valutazione della vulnerabilità di un edificio in muratura

Figura 11. Confronto della classi in SismoCheck

La valutazione della classificazione sismica può avvenire anche attraverso il metodo semplificato che consente il salto di una sola classe. In questo caso non è necessario rinforzare la struttura ma scegliere solo la tipologia di opera muraria in base alle linee guida fornite dal D.M.65/2017 e definire la tipologia di interventi da seguire sull'opera. In entrambi i casi IperSpace BIM genera sia l'asseverazione che la relazione completa.

Valutazione della vulnerabilità di un edificio in muratura

Figura 12. Valutazione semplifica del salto di classe in SismoCheck

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