Il miglioramento sismico di edifici esistenti in c.a.: alcuni esempi di interventi su scuole

Questo articolo tratta dell’esperienza dello studio Marco Peroni Ingegneria riguardo al miglioramento/adeguamento sismico degli edifici intelaiati esistenti in cemento armato. Questa tematica di progettazione in genere ci viene proposta per interventi pubblici e meno per quelli privati; sono infatti gli edifici pubblici di particolare importanza, come scuole o caserme a necessitare prima di tutto di una valutazione di vulnerabilità sismica a seguito della quale proporre gli interventi necessari a portare l’edificio ad un più alto livello di sicurezza. È più raro che un privato necessiti di modificare drasticamente una struttura esistente in cemento armato a meno che non si tratti di una sopraelevazione (e ne vedremo un caso piuttosto unico). Quando si tratta invece di ampliare un edificio esistente a telaio in genere è preferibile staccare la nuova parte con giunto sismico e quindi sull’esistente niente si dovrà dire.
Le modifiche interne si riferiscono quasi sempre a tamponature che non hanno funzione portante e che quindi non necessitano di una verifica specifica dell’intero telaio se non puntualmente per le travi interessate da eventuali aumenti di carico.
Alla luce di tutto ciò, tratteremo quindi esempi per lo più dedicati al miglioramento/adeguamento sismico di scuole con telaio esistente in cemento armato tenendo conto che in altri articoli sul portale di Ingenio abbiamo trattato casi di adeguamento sismico di plessi scolastici in muratura analizzando più o meno l’edificio con gli stessi principi di base che troveremo in questa memoria.

Indagini preliminari

Quelli in cemento armato sono in genere edifici costruiti negli anni ’70 quindi con nodi tipicamente non confinati adeguatamente con staffe e solai che presentano molto spesso problemi di sfondellamento. Pochi sono invece in genere i problemi fondali. L’adeguamento sismico richiede, con le ultime norme NTC2018 nel caso di cambi di classe d’uso o di edifici esistenti vincolati (spesso abbiamo a che fare con questo tipo di casistica), di arrivare all’80% della resistenza sismica da norma e questo è già un piccolo vantaggio.

Lo sfondellamento viene trattato a parte come problema locale. In genere, questa problematica viene risolta mediante introduzione di un controsoffitto strutturale autonomo che si autosostiene ai bordi dell’aula (in modo da non doversi attaccare ai travetti del solaio che sono appunto deteriorati) oppure mediante l’uso di reti e intonaci armati previsti ormai nei cataloghi di molte ditte del settore.

In alcuni casi di adeguamenti sismici – per esempio lo vedremo nel caso della scuola Oriani a Faenza - è stato necessario controventare il solaio nel piano per ragioni sismiche (i solai di questi edifici anni ’70 sono privi di soletta armata e quindi non possiamo considerarli “piano rigido” nell’accezione moderna del termine) e quindi le eventuali croci di controventamento, poste all’estradosso dell’orizzontamento, possono a quel punto interagire con gli elementi del controsoffitto.

Per lo stesso solaio è spesso necessario eseguire una prova di carico statica per verificarne la portanza in modo da intervenire poi solo per l’aspetto antisismico sulla restante struttura del fabbricato. Visto che in genere, come abbiamo detto, l’intervento antisismico è successivo ad una analisi di vulnerabilità sismica, abbiamo spesso eseguito (in modo da tarare l’indice di confidenza e quindi il relativo coefficiente di sicurezza delle verifiche) alcune prove sui materiali esistenti che possono andare dalle prove di carbonatazione a quelle Sonreb o di pull-out per determinare la resistenza del calcestruzzo in situ.

Un altro aspetto “locale” è quello di valutare la presenza di pareti di tamponamento troppo alte o di grande area che potrebbero avere problemi di ribaltamento o di rottura in caso di sisma. In questo caso agiamo ancora localmente come nel caso del solaio o introducendo delle strutture metalliche di armatura della parete e di collegamento di questa con i telai al contorno oppure con reti antiribaltamento in fibra di vetro o basalto da applicare sotto l’intonaco, dall’esterno, tra il telaio e la muratura di tamponamento.

A questo proposito spesso abbiamo a che fare con dei calcestruzzi non resistenti come quelli odierni ma nell’ordine dei 20-25MPa, almeno questa è la nostra esperienza per quello che riguarda gli edifici scolastici qui in Emilia-Romagna. Cementi più scadenti li abbiamo trovati in condomini nella zona del litorale ravennate dove abbiamo spesso armature fortemente corrose e granulometrie molto grosse al limite del cls magro.

Vedremo in seguito come intervenire sui pilastri tenendo conto che spesso molti di essi vanno comunque consolidati anche se sono di buona resistenza e dimensione perché l’intervento antisismico prevede un aggravio di sollecitazioni sugli elementi verticali.
Vediamo nel seguito alcune immagini relative ad indagini condotte su pilastri di qualità molto scadente rilevati in condomini abitati del litorale ravennate.

La redazione del progetto

A seguito dell’analisi preventiva di vulnerabilità si procede, una volta reperiti i disegni di progetto più o meno completi, con una modellazione al computer dell’edificio così come è stato rilevato o ricavato dai disegni in possesso e con un progetto simulato statico per determinarne le armature presenti eventualmente da confrontare con dei sondaggi distruttivi ad hoc (i sondaggi distruttivi non sono poi così distruttivi: basta fare una traccia orizzontale della profondità del copriferro – max. 2cm - per determinare i ferri longitudinali di armatura e una verticale per le staffe che in genere sono al passo di 25cm).

A partire da questo primo modello per l’analisi statica dell’edificio necessario alla determinazione delle armature si procede con l’analisi sismica necessaria a determinare le vulnerabilità del nostro stabile. In questo modello è già possibile introdurre gli elementi che andranno a far sì che la struttura resista al sisma di progetto.

L’approccio progettuale del nostro studio riguardo al tema del miglioramento/adeguamento di questi edifici esistenti è quello di cercare di capire come controventare l’edificio mediante telai in acciaio interni sia verticali che orizzontali a livello di piano questi ultimi posti all’intradosso del solaio in modo da non intervenire nei pavimenti e permettere il normale svolgimento dell’attività didattica.

Dal modello generale si capirà poi se è necessario introdurre dei giunti sismici o meno perché molto spesso ci troviamo di fronte a corpi di fabbrica articolati e molto estesi senza soluzione di continuità e questo può influire sul comportamento torsionale del fabbricato in caso di sisma. Tutto ciò si evince in genere dall’analisi dei modi di vibrare del modello che, come sappiamo, sono fondamentali per capire come si comporta l’edificio.

È chiaro che l’inserimento di un eventuale giunto sismico non è un intervento indolore: comporta il raddoppio della struttura in corrispondenza della separazione dei telai ed è quindi spesso un intervento piuttosto invasivo.
L’operare con strutture in acciaio dall’interno è pure un intervento invasivo ma può essere realizzato chiudendo localmente le aree interessate dall’installazione dei portali e i percorsi interessati dalla loro movimentazione. In quegli spazi si dovrà intervenire con i consolidamenti fondali necessari a contenere le tensioni nei punti di appoggio dei nuovi telai controventanti e ad operare i fori nei solai per permettere il passaggio degli elementi verticali laterali dei telai controventanti che sono continui da cielo a terra per tutti i piani della costruzione.

Gli stessi elementi verticali saranno uniti con connessioni diffuse a barre e resine ai pilastri esistenti che spesso, come abbiamo accennato, necessitano di essere consolidati con una camicia in cemento fibro-rinforzato per aumentarne la sezione oppure cerchiandoli con piatti esterni in acciaio.

Rispetto all’applicazione dei telai controventanti negli edifici in muratura (intervento che abbiamo descritto sempre su Ingenio in questo articolo relativo all’adeguamento sismico della scuola di Conselice), nel caso dei telai in cemento armato è questo un intervento certamente più consono perché si accompagna meglio con le deformazioni della struttura esistente aumentandone la duttilità.

....Continua a leggere nel PDF in allegato.