L'acciaio per la protezione sismica degli edifici esistenti: l'intervento di adeguamento di una scuola

L’adeguamento sismico del plesso scolastico C. Barilli di Basilicagoiano è un interessante intervento frutto di un’attenta e consapevole progettazione mirata a garantire la massima fruibilità dell’edificio durante i lavori. La scelta di progetto è ricaduta sull’utilizzo dell’acciaio come materiale principale da accostare alle strutture esistenti, grazie alle sue note prestazioni in termini di efficienza e all’alto livello di prefabbricazione in officina.

ADEGUAMENTO SISMICO PLESSO SCOLASTICO “C. BARILLI” DI BASILICAGOIANO – COMUNE DI MONTECHIARUGOLO (PR)

Analisi dello stato di fatto e valutazione della sicurezza dell'edificio

Situato nel comune di Montechiarugolo (PR), l'edificio scolastico “Cecrope Barilli” è stato costruito negli anni 70. Urbanisticamente è collocato in prossimità di una zona residenziale del comune, ma si trova praticamente isolato dal resto delle edificazioni circostanti. Il complesso si estende su un'area di dimensioni 180x80 m. I corpi di fabbrica si sviluppano su 3 piani, di cui uno seminterrato, con un'altezza massima di circa 8,80 m rispetto al livello del terreno.

Strutturalmente l'edificio è costituito da fondazioni dirette a trave continua e le strutture in elevazione da telai in cemento armato con tamponamenti in muratura di laterizi semipieni. I solai e la copertura sono in laterocemento senza soletta strutturale superiore. Dalla valutazione della sicurezza è emerso un buon comportamento ai carichi statici ma una necessità di integrare la resistenza dell’edificio in caso di evento sismico. La valutazione della sicurezza è stata realizzata dopo una campagna di indagini estesa sull’edificio in cui si è raggiunto un livello di conoscenza LC2.

Descrizione dell'intervento

L’edificio nel suo complesso è formato da tre corpi, costruiti in tempi e stralci diversi, indipendenti dal punto di vista statico. La loro vicinanza e la presenza di giunti, non adeguati dal punto di vista sismico, avrebbe costituito una criticità per via del martellamento. Non essendo possibile separare efficacemente i tre corpi componenti l’edificio tra loro, si è scelto di far lavorare assieme le tre porzioni di edificio, in modo che i loro spostamenti in caso di evento sismico tenessero conto della presenza l’uno dell’altro.

Il progetto di contrafforti metallici a forma di "vela" per assorbire le azioni sismiche

Dopo alcune ipotesi d’intervento, condividendo l’esigenza dell’Amministrazione di operare in maniera veloce e arrecando il minimo disturbo all’attività scolastica, si è scelto di eseguire il progetto in modo da effettuare le lavorazioni quasi esclusivamente dall’esterno. Per far fronte a questa necessità si è pensato di intervenire mediante l’ausilio dell’acciaio, materiale che risulta essere infatti molto versatile e può essere messo in opera con estrema facilità, specialmente in abbinamento a strutture in cemento armato esistenti. Allo stesso tempo il peso delle nuove strutture metalliche è molto esiguo e ciò incrementa solo marginalmente le sollecitazioni statiche sugli elementi esistenti. Gli elementi principali del progetto infatti sono dei contrafforti metallici a forma di “vela” posizionati in corrispondenza dei pilastri del perimetro esterno della costruzione. Questi sono stati studiati appositamente per la resistenza nei confronti delle azioni sismiche che assorbono interamente per proteggere la costruzione ed i suoi occupanti.

Schema resistente di progetto

Naturalmente è stato indispensabile inserire altri elementi metallici come si vede anche dalle immagini estrapolate dal modello strutturale. Alcuni profili sono stati accoppiati alle travi ed ai pilastri in c.a. per poter soddisfare tutte le verifiche normative rispetto alle azioni statiche. Altri profili sono stati inseriti a livello dei solai per controventarli e per creare nuovi collegamenti laddove mancanti; in questo modo in fase di analisi strutturale si è potuto considerare un “comportamento rigido” dei piani nel modello di calcolo. Altre parti metalliche fondamentali sono costituite dai controventi di parete nella porzione di edificio che ospita la palestra e da alcuni telai metallici sia interni sia esterni alla scuola necessari per regolarizzare il comportamento dell’intero edificio in caso di sisma.

Dal punto di vista della modellazione, del calcolo e delle verifiche, l’edificio è stato schematizzato da quattro modelli elementari realizzati con il software MIDAS GEN che prendono in considerazione le varie condizioni limite di vincolo. In questo modo è stato possibile procedere al progetto e alla verifica di questi elementi strutturali complessi.

I contrafforti e tutti gli elementi in carpenteria metallica, come detto in precedenza, sono stati progettati per resistere alla massima azione sismica agente sull’intero fabbricato. Questo è stato possibile considerando i pilastri esistenti in cemento armato come elementi secondari, incernierandoli alle estremità nel modello di calcolo, e quindi non reagenti in caso di sisma. Dopo aver dimensionato le strutture metalliche sono state eseguite le verifiche degli elementi in c.a. esistenti che sono state eseguite nella reale condizione di vincolo.

Sezioni di progetto

La realizzazione dell’intervento

I lavori sono stati svolti dal 9/08/2018 al 30/04/2019, sia durante la chiusura delle scuole sia durante periodi di attività scolastica, la quale tuttavia non ha risentito di interferenze con il cantiere. La composizione dei contrafforti, dei telai e di tutti i componenti metallici inseriti è stata effettuata in officina del costruttore metallico appaltatore. Sono quindi state trasportate in cantiere le strutture già pronte per il montaggio in opera zincate e verniciate con colorazioni a scelta da parte dell’amministrazione comunale per renderle più piacevoli esteticamente.

Molti componenti sono stati posti in opera tramite ancoraggi di tipo chimico con barre filettate direttamente sulle strutture in c.a. esistenti. Altri componenti sono stati montati mediante perforazioni su travi e pilastri in c.a. inserendo barre filettate passanti collegate ai profili opposti.

I contrafforti sono stati posizionati in opera alla quota prevista e successivamente sono stati eseguiti i getti dei plinti sottostanti in c.a. per poi procedere alla messa in carico mediante impiego di malta espansiva ad alta resistenza inserita al di sotto delle piastre principali di appoggio.

I collegamenti alle travi in c.a. di piano della scuola sono stati formati mediante profili tubolari ᴓ 193,7 mm sp. 10 mm e piastra metallica con cerniere cilindriche diametro 50 mm.

I collegamenti ai plinti di fondazione in c.a. sono stati realizzati mediante piastre metalliche di spessore pari a 20 mm e tirafondi con barre filettate M27 cl. 8.8. 

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Si ringrazia Fondazione Promozione Acciaio per la gentile collaborazione