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1) Considerazioni introduttive
Prima di tutto desidero ringraziare il Presidente del Consiglio Nazionale Ingegneri Dott. Ing. Sergio Polese e gli amici Consiglieri per avermi offerto la possibilità di esporre alcune riflessioni sui problemi relativi agli aspetti statici degli edifici esistenti, in questo significativo Convegno su "La sicurezza e la prevenzione per i fabbricati: un dovere sociale".
Desidero anche manifestare il più vivo apprezzamento per la proposta di istituzione di un fascicolo del fabbricato, che raccolga in maniera organica la documentazione tecnica relativa alle strutture portanti, con la descrizione delle eventuali modifiche apportate, nel corso del tempo, alla configurazione iniziale di progetto.
Questa iniziativa onora il nostro Paese e merita di essere attuata nel modo migliore, con la collaborazione di tutte le categorie interessate, per garantire il bene comune della pubblica incolumità.
E' anche doveroso segnalare la lungimiranza del Legislatore italiano, che, nella Legge 5 novembre 1971, n. 1086 (Norme per la disciplina delle opere di conglomerato cementizio armato, normale e precompresso, ed a struttura metallica, all'art.4 (Denuncia dei lavori) ha stabilito che all'atto della denuncia delle costruenda opera siano allegati:
a) il progetto dell'opera in duplice copia, firmato dal progettista, dal quale risultino in modo chiaro ed esauriente le calcolazioni eseguite, l'ubicazione, il tipo, le dimensioni delle strutture, e quanto altro occorre per definire l'opera sia nei riguardi dell'esecuzione sia nei riguardi delle condizioni di sollecitazione,
b) una relazione illustrativa in duplice copia firmata dal progettista e dal direttore dei lavori, dalla quale risultino le caratteristiche, le qualità e le dosature dei materiali che verranno impiegati nella costruzione.
Il merito del Legislatore è duplice:
a) l'archiviazione di una copia del progetto esecutivo permette, ove se ne ravvisi l'esigenza, di avviarne procedure di ricerca, di consultazione, di duplicazione, che, nel caso di opere di c.a., realizzate dal 1972 in poi, costituiscono il punto di partenza ottimale, per la elaborazione del Fascicolo fabbricato;
b) viene messo in evidenza il ruolo primario del progetto esecutivo come elemento oggettivo di riscontro durante gli accertamenti in situ su una costruzione di c.a. esistente. Qualora il progetto esecutivo (relazione di calcolo e disegni delle carpenterie e delle armature) non sia invece reperibile, non è possibile effettuare nè il controllo dei calcoli, accertando la validità del progetto iniziale, nè il riscontro tra le armature previste e quelle in opera. In questo caso è necessario avviare un procedimento molto più complesso di rilievo delle sezioni di carpenteria e della disposizione delle armature, allo scopo di ricostruire la relazione di calcolo, con le correlative verifiche di sicurezza.
2) Sistemi costruttivi ricorrenti negli edifici
Consideriamo due categorie di edifici, in base al loro sistema costruttivo:
a) edifici con struttura portante verticale di muratura e con strutture portanti orizzantali (solai) a travetti in legno, di ferro, laterocementizi;
b) edifici con struttura portante ad ossatura indipendente di cemento armato.
In assenza di azioni sismiche, le azioni orizzontali sono di origine eolica e le azioni verticali di origine gravitazionale.
2.1) Negli edifici della prima categoria il trasferimento dei carichi applicati al suolo, vincolo naturale di tutte le costruzioni civili, è effettuato dalle pareti murarie, longitudinali e trasversali, perimetrali e di spina. La presenza di vani nei muri- come nel caso dei negozi al piano terreno - modifica le traiettorie dei carichi discendenti, deviandole verso le zone piene dei muri, comprese fra i vani stessi.
La apertura di nicchie al piano terreno, proprio nelle zone piene più sollecitate, per l'alloggiamento di contatori della corrente elettrica, del gas, dell'acqua, induce ulteriori incrementi delle pressioni, che è opportuno valutare caso per caso.
Sempre con riferimento agli edifici in muratura, modifiche al progetto originario possono derivare sia dalla costruzione di corpi aggiuntivi sopraelevati, che incrementano i carichi verticali sottostanti, sia dalla realizzazione di nuove aperture nei muri portanti.
Le modifiche devono essere naturalmente riportate sulle piante dell'edificio: con riferimento al caso della aperture realizzate in un secondo tempo, l'esame comparativo delle piante di tutti i piani giova per mettere in evidenza eventuali disposizioni anomale delle apertura stesse, sia per rapporto al trasferimento dei carichi verso il basso, sia per rapporto alla efficienza del monolitismo della scatola muraria considerata nel suo complesso ed alla stabilità dei muri nel loro piano verticale.
Abbiamo fatto riferimento alle piante dei vari appartamenti; non è una operazione complessa integrare le piante con il rilievo dello spessore dei muri, piano per piano, con le dimensioni dei vani esterni ed interni e con il disegno di qualche sezione trasversale dei muri perimetrali e di spina, in modo da metter in evidenza la posizione delle riseghe.
L'aggiornamento ed il completamento delle piante e delle sezioni degli edifici di muratura possono essere effettuati in base ad operazioni di rilievo, che richiedono, evidentemente, l'accesso agli ambienti di tutti gli appartenenti.
La fondazione degli edifici di muratura possono essere di tipo lineare o profonde, su piloni collegati superiormente da una serie di archi (barulle): in entrambi i casi, per determinare il tipo e le dimensioni occorre eseguire scavi laterali con eventuali carotaggi nei piloni.
Per quanto riguarda lo studio della stratigrafia del terreno di fondazione,il prelievo di campioni indisturbati, la classificazione dei materiali, la determinazione sperimentale dei parametri deformativi e di resistenza, in mancanza di studi precedenti dovrà essere richiesta la relazione geologica e quella geotecnica, in modo da poter eseguire verifiche delle pressioni lungo tutto il percorso seguito dai carichi dalla elevazione al terreno di fondazione.
2.2) Negli edifici della seconda categoria - quelli di c.a. - il trasferimento a terra dei carichi agenti sulla costruzione avviene mediante i pilastri, che ricevono, ad ogni piano, per il tramite delle travi, i carichi gravitazionali applicati alle strutture orizzantali, i solai: il ruolo dei pilastri è quindi analogo a quello dei pluviali, che convogliano verso il basso le acque meteoriche, raccolte dalle gronde e provenienti dal tetto.
A differenza del caso delle murature, nelle quali il predimensionamento degli spessori deriva sia da esigenze costruttive, che impongono limitazioni sugli spessori minimi, in relazione al tipo di muratura adottato, sia dalla vasta e consolidata esperienza, basata sull'esame del comportamento di opere similari e sintetizza in regole empiriche, reperibili sui testi specifici e sui manuali, nel caso delle strutture di cemento armato ogni ossatura formata da solai, travi, pilastri e fondazioni costituisce un sistema complesso, che deve essere sottoposto ad un processo sistematico di analisi, usualmente con l'adozione di schemi semplificati piani.
Per la definizione delle sezioni resistenti del calcestruzzo e delle armature è necessaria la redazione di appositi calcoli statici, svolti in conformità della normativa tecnica vigente.
In proposito l'art. 2 della legge n. 1086, già menzionata, precisa le figure professionali abilitate alla redazione del progetto esecutivo e cioè "un ingegnere o architetto o geometra o perito industriale edile iscritti nel relativo albo, nei limiti delle rispettive competenze".
Limitatamente al caso dell'ingegnere, ritengo doveroso ricordare il ben noto D.M. 20.5.1989 sulle "modificazioni all'ordinamento didattico delle facoltà di ingegneria": il decreto prevede 14 corsi di laurea, di cui 12 suddivisi nei tre settori, civile, dell'informazione, industriale e 2 intersettoriali. sembra evidente che, nell'ambito della laurea in ingegneria, venga effettuata una indagine conoscitiva atta a precisare le competenze richieste dal Legislatore per l'adempimento dell'art. 2 della legge n. 1086.
Un'altra peculiarità delle strutture di c.a. è quella che tutte le armature, longitudinali e trasversali, non sono visibili, essendo avvolte dal calcestruzzo: in mancanza dei disegni di progetto si rende quindi necessario effettuare appositi accertamenti, utilizzando un rivelatore magnetico, il pacometro, per individuare la posizione delle barre; nel caso in cui lo spessore del copriferro sia noto, lo strumento permette di valutare il diametro delle barre, di cui si era precedentemente individuata la posizione.
Saggi esplorativi saltuari, con rimozione del calcestruzzo di copriferro, consentono di misurare direttamente il diametro della barre scoperte e di convalidare i valori dei diametri forniti dal pacometro.
Un ulteriore aspetto specifico delle strutture di c.a. è questo, che le strutture soggette a carichi trasversali e, quindi alla sollecitazione composta di flessione e taglio, si inflettono e si fessurano quando, nelle zone tese, le tensioni di trazione prodotte nel calcestruzzo dai carichi applicati, uguagliano la resistenza a rottura per trazione del calcestruzzo.
A questo punto le barre di armatura, che attraversano la lesione, provvedono a trasferire le forze di trazione che prima erano trasmesse attraverso il calcestruzzo teso e la sicurezza della sezione di cemento armato è garantita.
Come è noto il fenomeno della fessurazione delle zone tese di calcestruzzo ha carattere fisiologico, e non patologico, quando le ampiezze delle lesioni si mantengono nei limiti fissati nel punto 4.3.1.2 del D.M. 9.1.1996 - w1=0.1 mm; w2=0.2 mm; w3=0.4 mm -, limiti che devono essere scelti in base alle condizioni di aggressività dell'ambiente, al tipo di combinazione di azioni prescelta - rara, frequente, quasi permanente -, alla sensibilità delle armature alla corrosione - armature sensibili, come gli acciai temprati, non rinvenuti, e gli acciai incruditi a freddo soggetti a tensioni permanenti superiori a 390 N/mm2; armatura poco sensibili, tutte le atre e quelle adeguatamente protette.
A parità di condizioni, si riduce l'ampiezza delle fessure diminuendo la tensione di trazione, che i carichi di esercizio, considerati nella combinazione prescritta, inducono nelle barre di armatura che attraversano le lesioni.
Completamente diverso è il comportamento degli elementi portanti verticali, i pilastri, sottoposti prevalentemente ai carichi gravitazionali, anch'essi verticali. I pilastri risultano quindi soggetti alla sollecitazione composta di pressione e flessione: se la risultante della compressione non esce dal nocciolo centrale d'inerzia, non si hanno tensioni di trazione, nè quindi, fessure.
Occorre a questo punto ricordare che i getti di calcestruzzo nelle casseforme, eseguiti dall'alto, tendono a segregarsi sia per l'" effetto parete", gli inerti di maggiori dimensioni, a contatto con le pareti della cassaforma, hanno una mobilità limitata, che ostacola il processo di compattazione e diminuisce la resistenza finale - sia per la formazione di vespai nelle zone interne.
Nel passato si utilizzava un tipo di cassero per pilastri a sezione quadrata o rettangolare con una parete provvisoriamente aperta, attraverso la quale si introduceva il calcestruzzo, costipandolo a mano con pestelli. a mano a mano che il getto procedeva verso l'alto, la cassaforma veniva chiusa con pezzi di tavola trasversali chiodati alle sponde del cassero. Successivamente si è preferito introdurre il calcestruzzo all'interno della cassaforma verticale utilizzando tubi, limitando l'altezza di caduta libera del calcestruzzo a circa 50 cm di altezza ed effettuando il costipamento con vibrazione esterna, applicando cioè il vibratore esternamente alla cassaforma. Da queste considerazioni emerge la possibilità che, in qualche pilastro, il costipamento risulti difettoso, con il risultato di avere calcestruzzo indurito di resistenza inferiore a quella prevista.
Va infine ricordato quanto precisato al punto B.5.3. della Circolare 15 ottobre 1996 n. 252 AA.Gg./ s.T.C. "Istruzioni per l'applicazione delle Norme tecniche per il calcolo, l'esecuzione ed il collaudo delle opere in cemento armato normale e precompresso e per le strutture metalliche" di cui al D.M. 9 gennaio 1996.
A proposito della ordinata massima del diagramma parabola-rettangolo del calcestruzzo, assunta pari a 0.85 fed, il punto B.5.3. recita "Il coefficiente 0.85 tiene conto della riduzione di resistenza a compressione conseguente alle modalità di applicazione del carico (ad esempio carico applicato in permanenza); non è pertanto un coefficiente di sicurezza".
In conclusione, per esprimere un giudizio sulla idoneità statica dei pilastri non si può fare assegnamento su fenomeni di avvertimento come nelle travi, ma occorre controllare con prove non distruttive (sistema combinato "sclerometro-ultrasuoni") la qualità del calcestruzzo in situ.
Per quanto riguarda la durabilità degli acciai, occorre tenere presente il fenomeno della carbonatazione del calcestruzzo, favorito dai casi in cui il calcestruzzo non è protetto da intonaco (calcestruzzo a faccia vista). Come è noto la carbonatazione è un processo chimico nel quale l'anidride carbonica presente nell'aria viene assorbita dal calcestruzzo, che ha il carattere di una pasta porosa indurita, combinandosi con l'idrossido di calcio e dando luogo al carbonato di calcio.
Tale reazione determina la diminuzione del ph del calcestruzzo da valori prossimi a 12 a valori inferiori a 9, con la conseguente eliminazione della naturale barriera alcalina, formata da uno strato passivante di ossido di ferro insolubile, che protegge le armature dai fenomeni di corrosione.
Evidentemente spessori del copriferro inferiori a quelli fissati dalle norme, accelerano i fenomeni di degrado delle armature prodotte dalla carbonatazione.
3) Osservazioni conclusive
Il problema dell'accertamento delle capacità prestazionali residue di una struttura di c.a. non può limitarsi alla osservazione di eventuali lesioni negli elementi inflessi, ma deve prendere in esame tutti i componenti strutturali che partecipano al processo di trasferimento al suolo di fondazione dei carichi applicati e, quindi, i pilastri.
Chiarito che la semplice ispezione visiva, in assenza di fenomeni premonitori, può condurre a valutazioni rassicuranti, prive, purtroppo di fondamento, appare opportuno che la prima fase della redazione del Fascicolo di un fabbricato di c.a. sia esclusivamente dedicata alla raccolta di tutti i documenti relativi al progetto esecutivo, alle eventuali varianti soppravvenute nel tempo, alla descrizione degli eventuali fenomeni di decadimento dei materiali e di fessurazione visibili, escludendo valutazioni sugli aspetti statici, intesi come giudizi sulla sicurezza strutturale.
Tali giudizi possono essere formulati, sulla base della documentazione raccolta nella prima fase, verificando la esattezza dei calcoli statici, la conformità dell'opera realizzata al progetto, le caratteristiche di resistenza in situ dei calcestruzzi, lo stato di conservazione delle armature per rapporto alla corrosione.
Naturalmente lo studio della struttura in elevazione va integrato con lo studio della fondazione e del terreno sottostante, in quella visione unitaria del trasferimento dei carichi dalla sovrastruttura al suolo, che è stata ripetutamente menzionata.
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