Il ruolo critico dei diaframmi di piano negli interventi di adeguamento sismico condotti dall’esterno

In Europe, about 50% of existing buildings have a Reinforced Concrete (RC) structure and have been built in the aftermath of World War II to meet the pressing housing demand of that time. Those buildings require substantial renovation to ensure structural safety and resilience and to avoid future human and economic losses. Considering that the major barrier towards structural retrofit is the relocation of the inhabitants, interventions from the outside are preferable. In the case of seismic strengthening, regardless of the intervention, the floor diaphragm action is needed to transfer the floor inertial loads to the lateral force resisting system. Therefore, the assessment of the in-plane capacity of existing floors is of fundamental importance as the need of introducing floor diaphragms can hinder the entire renovation process. Floor in-plane capacity is usually not the major problem in existing buildings in their “as- is” condition. In-plane failure of the floor was rarely observed after extensive field surveys carried out on RC buildings after strong earthquakes. Nevertheless, floor capacity requires specific assessment in the case of retrofitted buildings, particularly when the retrofit intervention increases the total stiffness of the building leading to a substantial increase of the seismic actions transferred across the diaphragm. The present paper addresses an experimental and numerical study carried out to investigate the in-plane capacity of the floor system typical of existing RC buildings, consisting in beam and block floor either with or without additional topping. The main floor in-plane failure mechanisms are discussed and the results of experimental tests aimed at estimating the maximum capacity of existing floors are commented. A numerical model implementing the experimental results is developed to estimate the ultimate capacity of existing floors and validate the simplified model.

Il rinforzo sismico degli edifici esistenti è ad oggi considerato una priorità per garantire sicurezza strutturale e resilienza e per evitare future perdite umane ed economiche. Tra le molteplici soluzioni tecniche disponibili sono oggi preferiti gli interventi condotti interamente dall'esterno, in quanto non necessitano il trasferimento temporaneo degli abitanti, riconosciuto tra i principali ostacoli alla esecuzione degli interventi. In caso di rinforzo sismico operato mediante inserimento di un nuovo sistema sismo resistente, indipendentemente dalla specifica tecnica adottata, è indispensabile poter fare affidamento su un’efficace azione a diaframma di piano sviluppata dal solaio esistente; tale azione è necessaria per trasferire i carichi inerziali di piano al nuovo sistema sismo-resistente. La valutazione della capacità di piano dei solai esistenti è pertanto tematica di fondamentale importanza. Sebbene la vulnerabilità strutturale degli edifici esistenti nelle condizioni ante intervento sia raramente associata alla mancata efficacia del diaframma, questo ultimo può diventare critico nelle condizioni post-retrofit, laddove a seguito dell’incremento di rigidezza introdotto con l’inserimento di nuovi sistemi di rinforzo si ha una riduzione del periodo fondamentale dell’edificio con conseguente incremento delle sollecitazioni. Si noti peraltro come la necessità di introdurre nuovi diaframmi possa confliggere con l’intento di condurre l’intervento dall’esterno. Il presente articolo tratta della capacità nel piano di solai in latero-cemento, tipici degli edifici esistenti in calcestruzzo armato realizzati nel secondo dopo guerra. In particolare sono valutati i meccanismi di collasso del diaframma e la capacità nel piano al variare delle caratteristiche meccaniche dei materiali, delle dimensioni del diaframma e del posizionamento dei nuovi setti sismoresistenti, nonché dell’introduzione di sistemi di cerchiatura perimetrale.