Edifici antisismici: tecnologie e tecniche per la sicurezza

Scopri l’importanza degli edifici antisismici con tecnologie e tecniche per garantire la resistenza sismica e proteggere le strutture dai terremoti

In un Paese sottoposto ad un costante rischio sismico l’importanza di avere edifici che possano resistere a questo evento è cruciale e indiscutibile.

In questo articolo approfondiremo il tema sulla progettazione antisismica che non si limita esclusivamente alla resistenza agli eventi sismici. Infatti comprende anche l’adeguamento delle costruzioni alle variazioni delle normative di sicurezza sismica nel tempo. Questo sforzo è mirato a garantire la protezione della vita umana e a preservare i beni e l’identità culturale, riducendo al minimo i danni strutturali derivanti da terremoti.

Inoltre vedremo come questo è reso possibile grazie all’aiuto tecnologico di software per il calcolo strutturale senza i quali sarebbe molto difficile, se non impossibile, mantenere in sicurezza gli edifici.

Calcolo strutturale con analisi grafiche e mappature colori

Comprendere e affrontare le minacce sismiche

Il concetto di rischio sismico è fondamentale quando si tratta di progettazione. In particolare, il rischio sismico si riferisce alla valutazione delle minacce, delle conseguenze e della probabilità di un terremoto in una data area geografica. Questa valutazione è spesso condotta attraverso un approccio probabilistico, basato sull’analisi di dati storici e geologici, aiutando a comprendere la sismicità di una determinata regione e a gestire le conseguenze potenziali di futuri terremoti.

Approccio probabilistico e parametri di progettazione

L’approccio probabilistico è uno strumento vitale per determinare i parametri di progettazione e garantire la sicurezza delle costruzioni. Questo si basa su dati statistici, siccome vi è grande incertezza sia sul quando avviene un evento sismico che sulla sua intensità. Attraverso questo metodo, si cercano di definire i livelli di resistenza e di protezione necessari per far fronte alle diverse possibilità di terremoti che un’area può affrontare nel corso del tempo.

La comprensione del rischio sismico permette la valutazione degli effetti che possono derivare da tali eventi. Questo comprende la considerazione dei potenziali danni alle strutture, la vulnerabilità delle persone e dei beni, nonché i metodi per ridurre al minimo gli impatti negativi.

Innovazione e adattamento

Gli edifici antisismici sono in costante evoluzione grazie alle innovazioni tecnologiche e alla ricerca. Si adattano alle nuove informazioni e scoperte sul comportamento sismico, alle linee guida e alle normative volte a garantire la sicurezza delle costruzioni. L’obiettivo principale è quello di ridurre al minimo i rischi per la vita umana e le proprietà, attraverso la progettazione di edifici capaci di resistere ai terremoti e di preservare la sicurezza delle persone.

La progettazione che tiene conto del rischio sismico non è solo un concetto teorico ma si traduce in applicazioni pratiche. Gli ingegneri e gli architetti, supportati da informazioni geologiche e normative di sicurezza, progettano edifici che, attraverso materiali, fondazioni e metodologie costruttive specifiche, affrontano le possibili minacce sismiche in maniera efficace ed efficiente.

Resistenza e controllo delle scosse sismiche

Le tecniche di progettazione degli edifici antisismici ruotano attorno a concetti cruciali di resistenza alle scosse sismiche. La base di questo approccio è la considerazione delle azioni sismiche di progetto, ossia le forze degli eventi sismici a cui una costruzione dovrebbe resistere. La struttura, progettata per reagire elasticamente agli eventi sismici, è in grado di subire danni controllati e limitati, garantendo la sicurezza degli occupanti e la tenuta strutturale.

Il concetto di risposta duttile svolge un ruolo essenziale, consentendo alla costruzione di deformarsi in modo controllato, mantenendo la sua stabilità complessiva senza cedere bruscamente. Questa prospettiva è vitale per garantire la sicurezza degli occupanti e la robustezza dell’edificio durante un terremoto.

Questo richiede l’utilizzo di materiali e strutture capaci di sopportare queste forze e ridurre al minimo i danni strutturali derivanti da scosse sismiche.

Controllo strutturale di un edificio con Edilus

Sistemi di controllo passivo e dissipazione dell’energia

La riduzione del danneggiamento strutturale è un obiettivo centrale nella progettazione antisismica. I sistemi a controllo passivo si concentrano sulla dissipazione dell’energia sismica. Questi sistemi mirano a ritardare o minimizzare il danno strutturale, offrendo una risposta duttile in caso di terremoto. La principale funzione di questi sistemi è quella di limitare l’entità dei danni e preservare l’integrità strutturale, garantendo la sicurezza delle costruzioni e delle persone al loro interno.

Inoltre è possibile considerare anche altri sistemi per il controllo delle strutture raccogliendo informazioni e assicurando un monitoraggio efficace e accurato. Questi strumenti di monitoraggio della salute delle strutture ti permettono di prendere decisioni tempestive basate su dati dettagliati.

L’acquisizione dei dati avviene attraverso l’impiego di sensori che misurano variabili come la pressione del vento, la pioggia, la temperatura, ecc. I dati vengono:

• acquisiti con una frequenza di campionamento pari a 200 Hz;
• sottoposti a un pre-trattamento (eliminazione degli effetti del rumore, individuazione ed eliminazione di “spikes”, ecc.);
• trasformati nelle grandezze correlate alle variabili individuate come obiettivo del monitoraggio;
• analizzati per determinare lo stato della struttura e individuare eventuali problemi;
• utilizzati per sviluppare soluzioni di manutenzione preventive.

Ruolo dei sistemi a controllo passivo

I sistemi a controllo passivo di dissipazione energetica sfruttano una serie di strategie. Ad esempio, l’impiego di ammortizzatori viscosi, isolatori sismici o dispositivi che assorbono l’energia può contribuire a limitare le forze sismiche. Questi sistemi consentono alla struttura di dissipare l’energia sismica in eccesso e di fornire un’elasticità controllata, in modo da ridurre il rischio di danneggiamento irreversibile. La capacità di assorbire l’energia sismica aiuta a proteggere l’edificio e a garantire una risposta flessibile e duttile alle forze sismiche.

Benefici e applicazioni

I sistemi a controllo passivo come i dispositivi che assorbono l’energia offrono vantaggi significativi negli edifici antisismici. Queste soluzioni non solo possono ridurre i danni alle costruzioni ma assicurano anche una maggiore sicurezza per gli occupanti, consentendo alle strutture di mantenere l’integrità e la funzionalità anche dopo un terremoto. L’applicazione di tali sistemi richiede una progettazione e un’installazione precise, ma i benefici in termini di resistenza e sicurezza sismica sono fondamentali per la durabilità delle costruzioni.

Le tecniche di progettazione antisismica ruotano attorno a concetti fondamentali di resistenza alle forze sismiche, determinando l’efficacia con cui una costruzione può fronteggiare eventi sismici. L’utilizzo di materiali e strutture in grado di sopportare tali forze è essenziale per ridurre i danni strutturali derivanti da scosse sismiche.

Rinforzo strutturale per edifici esistenti

Molte delle attuali strutture sono state costruite in epoche in cui le norme tecniche non consideravano adeguatamente le forze sismiche. Sebbene fossero conformi alle regolamentazioni dell’epoca, queste strutture hanno subito danni significativi durante successivi eventi sismici. Il tema del rinforzo delle strutture esistenti non è strettamente legato solo a eventi sismici, ma è causato da varie problematiche:

• degrado dei materiali: corrosione delle armature, deterioramento del calcestruzzo, e degrado della muratura;
• cambiamenti strutturali: modifiche nell’assetto o nei carichi;
• incremento dei carichi: aumento delle forze agenti;
• eventi imprevisti: come incendi, dissesti idrogeologici o cedimenti del terreno.

Rinforzo degli edifici in calcestruzzo armato

Gli eventi sismici hanno evidenziato modelli di collasso tipici nelle strutture in calcestruzzo armato. Per mitigare o eliminare tali danni, diverse tecniche di rinforzo possono essere adottate:

• l’incremento della resistenza e/o della rigidezza con l’aggiunta di un telaio esterno, di sistemi di controvento o di setti in c.a.;
• l’incremento della resistenza e/o della rigidezza attraverso il ringrosso di pilastri con il calcestruzzo armato o con calastrellatura metallica;
• l’incremento della capacità deformativa e della duttilità attraverso la fasciatura in FRP o incamiciatura con calcestruzzi fibrati ad alta prestazione.

Quest’ultimo intervento risulta più vantaggioso rispetto agli altri in quanto permette di agire localmente ottenendo risultati positivi a livello globale della struttura. Infatti vi è un aumento della capacità deformativa, conferendo ai singoli elementi una maggiore duttilità oppure correggendo la gerarchia delle resistenze.

I sistemi FRP e HPC permettono di raggiungere tali obiettivi con notevoli vantaggi rispetto alle tecniche tradizionali in termini di costi e tempi di realizzazione, facilità di messa in opera, riduzione degli spazi interni fruibili, durabilità e soprattutto ridotta influenza sull’incremento delle masse e rigidezze globali originarie.

Rinforzo di un pilastro deteriorato

Rinforzo di edifici in muratura e legno

Le strutture in muratura e legno, spesso presenti nel patrimonio dell’edilizia storica, sono particolarmente vulnerabili a sforzi sismici. I materiali compositi come i sistemi FRP e FRCM hanno dimostrato l’efficacia nel mitigare il rischio sismico, mantenendo un approccio di compatibilità strutturale e sostenibilità economica.

Sistemi FRP e i vantaggi di un materiale innovativo

I Fiber Reinforced Polymers (FRP) rappresentano una tecnologia innovativa ampiamente utilizzata nell’edilizia per il rinforzo delle strutture. Questi materiali compositi, costituiti da una matrice polimerica rinforzata con fibre, sono emersi dall’ambito aeronautico per estendersi con successo al settore edile. La loro flessibilità e leggerezza consentono un’ampia gamma di applicazioni, specialmente nel rinforzo di elementi strutturali esistenti.

Vantaggi dei Sistemi FRP

Gli FRP, a differenza delle tecniche tradizionali, offrono numerosi vantaggi per gli edifici antisismici, come:

• incremento delle resistenze e duttilità strutturale – tra i vantaggi principali offerti dai sistemi FRP, vi è un significativo aumento della resistenza delle strutture senza imporre modifiche strutturali visibili. I materiali FRP consentono un miglioramento delle capacità di carico e delle proprietà meccaniche degli elementi rinforzati, garantendo un’ottima adattabilità. Inoltre, conferiscono maggiore duttilità alla struttura, permettendo di gestire meglio le deformazioni e di assorbire meglio gli sforzi sismici;
• veloce esecuzione e ridotto impatto – un altro vantaggio cruciale è la rapidità nell’esecuzione delle applicazioni di rinforzo con i sistemi FRP. Questi interventi richiedono tempi ridotti rispetto alle tecniche tradizionali e non influenzano significativamente l’aspetto estetico dell’edificio. L’installazione è più rapida e non richiede lunghi tempi di inattività della struttura, garantendo un ritorno veloce all’uso regolare dell’edificio.
• sostenibilità economica e resistenza chimica – i materiali FRP vantano una notevole sostenibilità economica. La messa in opera di tali sistemi richiede meno attrezzature speciali, riducendo i costi e i tempi di intervento. Inoltre, offrono resistenza chimica, riducendo l’effetto di corrosione e aumentando la durabilità delle strutture.
• innovazione e efficienza – i sistemi FRP sono diventati una scelta preferita nel settore del rinforzo strutturale. Le loro molteplici qualità, comprese la resistenza, la flessibilità, la rapidità di esecuzione e la sostenibilità economica, li rendono una soluzione efficace e affidabile.

Video dell’applicazione dei rinforzi alle strutture murarie

Nel seguente video ti mostro un esempio di come puoi utilizzare un software per il calcolo strutturale garantire la sicurezza degli edifici antisismici.

Indirizzo articolo: https://bim.acca.it/edifici-antisismici/