Master: Progettazione sismica delle strutture per costruzioni sostenibili
Titolo: L’isolamento sismico come strategia alternativa per l’adeguamento di edifici esistenti in muratura. L’esperienza di un caso studio ad Ascoli Piceno
Autore: Ing. Andrea Capretti
Tutor: Prof. Ing. Marco Zucca
Il vasto e prezioso patrimonio edilizio italiano, in particolare quello costituito da edifici in muratura esistenti, presenta significative vulnerabilità rispetto agli eventi sismici tali da rappresentare una sfida cruciale per l’ingegneria strutturale. Gli approcci tradizionali di adeguamento sismico, basati sull’incremento di capacità del sistema strutturale tramite il sistematico rinforzo con interventi sia locali che globali, spesso si rivelano inadeguati o impraticabili, sia per l’elevata invasività che per l’incapacità di raggiungere i prescritti livelli di sicurezza, specialmente in presenza di strutture complesse e con criticità intrinseche.
Questa tesi affronta tale problematica attraverso il caso studio di un opificio agricolo in muratura situato ad Ascoli Piceno, realizzato tra il 1899 e il 1903 e reso inagibile dal sisma Marche-Umbria del 1997 con danni aggravati dagli eventi sismici del 2016. Per tale edificio, un precedente progetto di miglioramento sismico con interventi tradizionali, sviluppato tramite il software di calcolo PCM AEDES, si è dimostrato insufficiente ai fini del raggiungimento dell’adeguamento sismico.
Infatti, a valle della valutazione della vulnerabilità post intervento svolta attraverso analisi di tipo pushover, si sono evidenziate criticità non risolvibili con l’approccio convenzionale.
Il lavoro propone e valida un’ipotesi progettuale alternativa, incentrata sull’applicazione di isolatori sismici a pendolo scorrevole posti alla base dell’edificio. A valle di un nuovo intervento preliminare incentrato sulla mera riparazione del danno e il conseguente aggiornamento della vulnerabilità del fabbricato finalizzata alla determinazione del limite elastico della struttura, si è proceduto con la valutazione preliminare dell’intervento di adeguamento.
Metodologia:
Dal punto di vista concettuale, il procedimento si fonda su due fasi distinte:
- stima del periodo di isolamento minimo Tis oltre il quale l’edificio sarà interessato da livelli di danneggiamento bassi se non trascurabili;
- valutazione del corrispondente spostamento di progetto quale obiettivo prestazionale del sistema di isolamento progettato.
Viene inoltre illustrata nel dettaglio la concezione del modello strutturale in ambiente MIDAS GEN nonché la gestione del software in tutte le fasi di analisi.
Il procedimento semplificato impiegato per la verifica speditiva delle prestazioni attraverso l’organizzazione di un foglio di calcolo, è stato confrontato con i risultati di un procedimento iterativo svolto per mezzo di analisi dinamiche lineari con spettro di risposta sovrasmorzato.
I risultati ottenuti sono stati successivamente validati tramite un’analisi non lineare di tipo time history alla quale viene dato spazio sia dal punto di vista concettuale sia applicativo mostrando i principali aspetti teorici presi in considerazione nella modellazione e nell’analisi svolta. Vengono presentati in fine i principali risultati sia allo stato limite di collasso (SLC) sia allo stato limite di salvaguardia della vita (SLV).
Conclusioni:
Gli esiti delle analisi svolte dimostrano che l’introduzione degli isolatori consente una drastica riduzione delle sollecitazioni sismiche, permettendo così il raggiungimento dell’adeguamento sismico secondo le vigenti normative italiane (NTC 2018), laddove l’approccio tradizionale perseguito nella realtà aveva fallito.
La tesi evidenzia la superiore efficacia dell’isolamento sismico come approccio risolutivo per l’adeguamento di strutture esistenti particolarmente vulnerabili. Tuttavia, si sottolinea che, sebbene altamente efficace, l’isolamento sismico non è sempre una soluzione progettualmente percorribile, a causa di vincoli tecnici, economici, architettonici o logistici. Questo studio contribuisce a dimostrarne in termini numerici la fattibilità in contesti complessi, offrendo nuove prospettive per la salvaguardia del patrimonio edilizio in aree ad alta sismicità, evidenziando come possa rappresentare un’opzione percorribile in alternativa alle soluzioni convenzionali.
FOR INTERNATIONA STUDENT
Italy’s extensive and valuable built heritage, particularly its existing masonry buildings, faces significant seismic vulnerability, posing a critical challenge to structural engineering. Traditional approaches for seismic retrofitting—focused on increasing structural capacity through comprehensive local and global interventions—are often inadequate or impractical due to their high invasiveness and inability to meet required safety levels, especially in complex and inherently fragile structures.
This thesis investigates this issue through the case study of a historical masonry agricultural factory (Ex Fattoria Marini in Ascoli Piceno), constructed between 1899 and 1903. The structure was severely damaged by the 1997 Marche-Umbria earthquake, with further deterioration following the 2016 seismic sequence. A prior seismic upgrade attempt using conventional methods, modeled with PCM AEDES software, failed to achieve full seismic adequacy. Post-intervention vulnerability assessment via pushover analysis revealed residual criticalities unresolvable through the conventional strategy.
The work proposes and validates an alternative design solution involving the installation of sliding pendulum seismic isolators (Friction Pendulum System) at the building’s base. Following a preliminary stage of damage repair and an updated vulnerability assessment to establish the structure’s elastic limit, the base isolation design was conceptually implemented.
Methodology:
The conceptual procedure involves two main steps:
- Estimating the minimum isolation period Tis required to ensure low-to-negligible damage levels in the superstructure;
- Determining the corresponding design displacement as the performance target for the isolation system.
Detailed information is provided on the structural model conception within the MIDAS GEN environment and the management of the subsequent analysis phases.
A simplified performance check, developed via a spreadsheet, was compared against an iterative procedure based on linear dynamic analysis with a highly damped response spectrum. The results were ultimately validated using non-linear time history analysis (THA). This paper details the key theoretical and practical aspects of the THA modeling and analysis, presenting final results for both the Collapse Limit State (SLC) and the Life Safety Limit State (SLV).
Conclusions:
The analysis outcomes unequivocally demonstrate that base isolation drastically reduces seismic forces, successfully achieving seismic adequacy under current Italian regulations (NTC 2018), where the traditional reinforcement approach had proven ineffective.
The study confirms the superior effectiveness of seismic isolation for retrofitting highly vulnerable existing structures. While acknowledging that technical, economic, architectural, or logistical constraints may limit its applicability, this research provides numerical evidence of its feasibility in complex architectural contexts. It offers a promising alternative to conventional methods for safeguarding built heritage in high-seismicity zones.