Influenza della modellazione sulla valutazione della vulnerabilità sismica. Caso studio: la scuola "G. Carducci" a Firenze

Data l’elevata vulnerabilità sismica del patrimonio edilizio nazionale – in particolar modo per quanto riguarda gli edifici in muratura - è di fondamentale importanza poter disporre di procedure di valutazione della vulnerabilità sismica che risultino affidabili e speditive. Le procedure devono permettere di poter tracciare un quadro complessivo della situazione dell’edificato esistente, con particolare attenzione per gli edifici strategici e rilevanti. Il presente elaborato si propone l’obiettivo di valutare l’indice di vulnerabilità sismica di un edificio scolastico della città di Firenze, la scuola “G. Carducci” sita in Viale Ugo Bassi nel quartiere di San Gervasio. Il lavoro di tesi è stato condotto all’interno della “convenzione per lo svolgimento in comune di attività di pubblico interesse mediante accordo di ricerca” stipulata tra il Comune di Firenze e il Dipartimento di Ingegneria Civile e Industriale della Scuola di Ingegneria dell’Università di Pisa. In primo luogo è stata affrontata la problematica delle indagini conoscitive: partendo da un’adeguata analisi storica che permettesse la conoscenza della struttura originaria dell’edificio e di tutte le evoluzioni e interventi che lo hanno portato allo stato attuale. L’analisi così strutturata è stata accompagnata da numerosi sopralluoghi alla scuola per determinare l’esatta geometria degli elementi strutturali e le caratteristiche del complesso scolastico. La ricerca della documentazione storica è partita in primo luogo dalla documentazione messa a disposizione dal Comune di Firenze, per proseguire nell’analisi dei documenti contenuti nei principali archivi della città di Firenze: L’Archivio Storico Comunale, l’Archivio di Stato, e per i progetti più recenti l’Archivio dell’ufficio Sismica del Genio Civile di Firenze. A seguito dei sopralluoghi preliminari sono stati concordati con il Comune i punti dove eseguire i saggi ispettivi, e quelli dove eseguire le prove sulle murature. I saggi sono consistiti nella rimozione dell’intonaco per constatare i materiali in opera (tipologia di muratura), la tessitura muraria e l’ammorsatura delle pareti tra loro. Questa parte è stata fondamentale per aver una adeguata conoscenza dell’edificio, per questo motivo i saggi sono stati numerosi ed eseguiti in varie parti dell’edificio. Oltre ai saggi rivolti ad approfondire la conoscenza delle pareti murarie sono stati svolti dei saggi di rimozione del copriferro per le opere in calcestruzzo armato della tribuna del teatro. Per definire i parametri meccanici dei materiali in opera sono state svolte delle prove in situ. Tramite delle prove con martinetto piatto singolo e doppio e delle prove di estrazione pull-out si è determinato le caratteristiche di resistenza e di rigidezza della muratura. Dal continuo confronto tra le prove svolte e la normativa di riferimento si è determinato i valori di resistenza a compressione e a taglio e i valori dei moduli elastici. Infine, sui campioni di malta estratti a seguito delle prove pull-out sono state eseguite prove di laboratorio per determinare la qualità della malta: prove col penetrometro-Gucci e prove Darmstadt. La determinazione del modulo elastico normale e tangenziale ha richiesto una approfondita ricerca nella letteratura tecnica che ha permesso di definire un range di valori del modulo elastico tangenziale G. Le analisi preliminari svolte facendo variare G hanno evidenziato una forte influenza della scelta di questo parametro sull’esito della verifica. In particolare nel caso della determinazione dello spostamento ultimo tramite il controllo di duttilità: al crescere del modulo G si assiste a indici di rischio via via inferiori; l’andamento risulta invertito se è considerato il drift di piano per determinare lo spostamento ultimo del maschio murario. Le ricerche e le prove descritte hanno permesso di conseguire, per quanto riguarda la muratura, il massimo livello di conoscenza consentito dalle norme: il livello di conoscenza 3, a cui corrisponde un fattore di confidenza pari a 1. Per le opere in calcestruzzo armato invece si è potuto raggiungere solo il livello di conoscenza 1, a cui corrisponde un fattore di confidenza pari a 1.35. Una volta ottenuti tutti questi dati il lavoro si è orientato sulla determinazione dei carichi agenti sull’edificio, le azioni ambientali, e quelle simiche; secondo le prescrizioni dettate dalla normativa di riferimento. Definite le caratteristiche meccaniche della muratura in esame è stato sviluppato un modello numerico di calcolo utilizzando diversi software per svolgere le analisi strutturali. Nell’ottica di creare una metodologia semplice e speditiva per la determinazione della vulnerabilità sismica si è proceduto a modellare la struttura tramite l’algoritmo di calcolo E-Push e il software di calcolo Aedes PCM.I modelli sviluppati presentano delle importanti differenze da un punto di vista della schematizzazione degli elementi strutturali. Le analisi svolte con i due modelli strutturali hanno portato grossomodo agli stessi risultati. Le analisi svolte sono le seguenti: - analisi statica non sismica; - analisi dinamica lineare (modale); - analisi statica non lineare (pushover). Le analisi statiche non sismiche hanno evidenziato delle criticità in termini di sforzo normale per alcuni maschi murari. Le analisi dinamiche modali invece hanno mostrato una sostanziale criticità delle pareti nei confronti della sollecitazione di taglio dovuta al sisma. In particolare le ali laterali del complesso scolastico hanno mostrato una forte carenza di elementi resistenti orientati nella direzione trasversale dell’ala stessa. Questo ha comportato una forte criticità della struttura che è stata evidenziata dalle successive analisi non lineari.Le ultime analisi che sono state svolte sulla struttura non rinforzata sono state le analisi pushover: quest’ultime analisi hanno permesso la valutazione dell’indice di rischio per le due strutture considerate. A conclusione delle analisi sono state svolte delle verifiche di tipo locale: - verifica cinematica del meccanismo a flessione verticale di un maschio murario che presentava un elevato valore di snellezza; - verifiche allo Stato limite Ultimo e allo Stato Limite di salvaguardia della Vita per le strutture in calcestruzzo armato presenti all’interno del teatro della scuola. A seguito dei risultati delle analisi è stata elaborata un’ipotesi di intervento volto a perseguire il miglioramento sismico dell’edificio, gli interventi proposti hanno previsto l’utilizzo di diverse tecnologie in base alle necessità della specifica parete da rinforzare