Una scelta ragionata per il miglioramento sismico di un edificio storico: l'Accademia Navale di Livorno

L’articolo descrive il progetto esecutivo redatto da Politecna Europa (nella persona di Ing. Luca Massimo Giacosa, Ing. Francesco Brossa, Ing. Michela Corradin), relativo ai lavori di ristrutturazione edilizia, efficientamento energetico e miglioramento sismico del fabbricato a struttura muraria ospitante l’Accademia Navale denominato “Palazzo Allievi”, sito in Viale Italia n. 72 a Livorno (LI).

L’intervento, basato principalmente su interventi volti ad incrementare le caratteristiche di resistenza delle murature esistenti, ha permesso di coniugare l’obiettivo di conseguire il livello di sicurezza richiesto con la necessità di non snaturare la tipologia costruttiva del fabbricato, imposta dai vincoli di tutela.

Descrizione generale del palazzo dell'Accademia Navale di Livorno

Originariamente, le strutture ospitanti l’Accademia Navale erano adibite a lazzaretto per la quarantena degli equipaggi delle navi. Nel 1878, con la trasformazione della Regia Scuola di Marineria in Accademia Navale, fu scelta come sede Livorno. Da quel momento partirono i lavori per la trasformazione del complesso degli edifici del Lazzaretto sotto la direzione del Capitano del Genio Militare Luigi Pestalozza e dell’Ing. Angiolo Badaloni. I lavori si conclusero il 6 novembre del 1881 con l’inaugurazione dell’Accademia.
Nel 1913 il Palazzo Allievi, caratterizzato fino a questa data da solo due piani fuori terra, venne sopraelevato di un ulteriore livello.

Durante la Seconda Guerra Mondiale, però, il complesso di edifici ha subito gravi bombardamenti, a seguito dei quali è scaturita una sostanziale opera di ricostruzione, iniziata nel 1947 e proseguita per circa vent’anni.

Il complesso dell’Accademia Navale è situato nel Comune di Livorno, classificato come Zona sismica 3.

L’edificio ha una distribuzione in pianta molto articolata; è composto da una serie di corpi di fabbrica adiacenti, caratterizzanti un unico aggregato edilizio, al centro del quale è presente un’ampia corte interna. L’estensione al piano terra è di circa 7600 mq (somma dei corpi A, B, C e D).



La maggior parte dell’edificio presenta tre piani fuori terra, ma si trovano anche porzioni solo ad uno o due piani fuori terra. Nella parte centrale del Corpo A e in una piccola porzione del Corpo D, invece, è presente anche un quarto piano fuori terra; al disopra sono presenti due ulteriori torrini. Il Corpo C è l’unico che presenta anche un piano interrato, mentre una parte del Corpo D ha un vespaio aerato ispezionabile.

Il giunto strutturale che lo separa dal Corpo E, si trova nel corridoio di collegamento con quest’ultimo (una parte del Corpo E è quindi parte integrante del modello di calcolo); mentre con il Corpo Nervi, che attualmente è solidale all’adiacente Corpo C, è previsto in realizzazione un giunto strutturale. È risultato quindi necessario procedere alla modellazione delle strutture mediante la realizzazione di un unico modello di calcolo per i Corpi A, B, C e D.

Descrizione degli interventi su Palazzo Allievi

La ristrutturazione edilizia prevede interventi che comportano modifiche dal punto di vista strutturale.
Con il rifacimento completo dello strato di pavimentazione si interviene sui solai per creare dei piani rigidi utili all’ottenimento del miglioramento sismico e di un comportamento scatolare del sistema strutturale in muratura.

Come ulteriori interventi per il raggiungimento dell’obiettivo del miglioramento sismico sono stati previsti:

• Corpo A. Realizzazione di una nuova scala nell’angolo a est del fabbricato, allargamento e creazione di alcune aperture nelle murature portanti.
• Corpo B. Allargamento e creazione di alcune aperture nelle murature portanti.
• Corpo D. Rifacimento dell’attuale scala nell’ala sud, allargamento e creazione di alcune aperture nelle murature portanti.

Classificazione dell'intervento

Data l’entità degli interventi previsti, il progetto è classificabile come intervento di miglioramento ai sensi del Paragrafo 8.4.2 delle NTC18. Considerata la destinazione a scuola, l’edificio è classificato in Classe d’Uso III e di conseguenza l’intervento di miglioramento deve essere tale da permettere di conseguire un valore di ζ_E almeno pari a 0.60.

Le indagini conoscitive (analisi storico critica)

Trattandosi di un edificio di antica costruzione non è stato possibile reperire documentazione ufficiale inerente le strutture originarie, in quanto al momento della sua realizzazione non vigeva l’obbligo di deposito presso nessun ente.

È stata peraltro ritrovata una consistente documentazione relativa alle opere di consolidamento statico degli orizzontamenti, avvenuto nel 1994-95, composta da vari schizzi con l’indicazione delle tipologie costruttive per i solai oggetto di consolidamento, verbali di accettazione dei materiali (con allegati certificati delle prove sulle reti elettrosaldate) ed anche una ricca documentazione fotografica a corredo dei lavori eseguiti.

Politecna Europa srl si è impegnata a seguire una dettagliata campagna di indagine materica in-situ per la caratterizzazione degli elementi strutturali.

Descrizione delle strutture

Le fondazioni sono costituite da muratura in pietrame e presentano un allargamento rispetto allo spessore della parete di 20 cm per parte e una profondità variabile (con valore minimo pari a circa 1 m).

Le strutture verticali sono caratterizzate principalmente da muratura portante.
Tuttavia, la modellazione delle strutture ha dovuto tenere conto delle svariate modifiche avvenute nel corso del tempo, che hanno comportato la coesistenza di più tipologie strutturali.
A titolo esemplificativo, in alcune porzioni è stata rilevata la presenza di pilastri in calcestruzzo armato, in altre zone sono stati rilevati pilastri metallici e pilastri cerchiati da calcestruzzo.

Le indagini effettuate sulle strutture orizzontali, come era ipotizzabile in un fabbricato dalla storia lunga e complessa, hanno evidenziato la presenza di diverse tipologie di orizzontamenti con contemporanea presenza di solai in laterocemento, volte a botte ed a crociera, solette piene in calcestruzzo, solai a doppia orditura metallica, solai costituiti da travi in acciaio con tavelle appoggiate alle ali inferiori e getto di calcestruzzo superiore, solai con travi principali in acciaio e travi secondarie in legno.

Le coperture sono a doppia falda e sono sorrette da capriate, sulle quali appoggiano l’orditura secondaria lignea ed il colmo. La struttura è completata da travicelli disposti secondo la pendenza e soprastati da un tavolato.

Livelli di conoscenza e fattori di confidenza 

Rilievo geometrico-strutturale e indagini in situ

Al fine di sopperire alla mancanza di disegni progettuali, il rilievo è stato il più accurato possibile.
A tal scopo, si è fatto ricorso alla tecnologia del laser scanner, con cui è stata ricostruita una nuvola di punti, utilizzata a supporto della modellazione. Come risultato della scansione si è ottenuto un modello tridimensionale molto accurato dello stato di fatto.

Indagini in situ

Le indagini sulle murature portanti sono state esaustive, avendo l’obiettivo di raggiungere un livello di conoscenza per le murature pari all’LC3. Alle estese indagini di tipo visivo, sono stati affiancati anche saggi, che hanno consentito di esaminare le caratteristiche della muratura, e numerose endoscopie nelle murature portanti.

Sono state effettuate prove con martinetto piatto e la rimozione dell’intonaco eseguita al fine di effettuare le prove medesime ha rappresentato un’ulteriore occasione per caratterizzare visivamente la muratura portante.

Le indagini eseguite hanno permesso di individuare due tipologie murarie ricorrenti: la prima, più diffusa, è costituita da pietrame disordinato, la seconda da mattoni pieni con malta di calce.
Per quanto riguarda l’ammorsamento, le pareti ortogonali possono considerarsi ben ammorsate tra di loro.

Oltre alle strutture portanti in muratura sono presenti elementi strutturali di diverse tipologie le cui caratteristiche meccaniche sono state stimate mediante specifiche prove, sia distruttive che non distruttive.

Nella fase di progettazione definitiva, sono stati effettuati due scavi in prossimità dei muri perimetrali, allo scopo di ricavare informazioni sulle fondazioni, che risultano caratterizzate da pietrame squadrato (anche dal lato del cortile interno, dove i muri sono invece in mattoni pieni). La loro profondità è mediamente pari a 1 m e presentano un allargamento di circa 20 cm per parte rispetto al muro soprastante.

Indagini generali sotto l'aspetto statico

L’esame visivo delle strutture condotto durante i sopralluoghi non ha evidenziato la presenza di lesioni, deformazioni, cedimenti o altri sintomi di problematiche strutturali o fondazionali in maniera estesa e diffusa.
I solai ispezionati non mostrano fessurazioni, anomalie o stati deformativi evidenti.

Livello di conoscenza

Secondo quanto indicato dal punto C8.5.4, sulla base delle informazioni raccolte e delle indagini effettuate sulle murature e sugli altri materiali strutturali presenti, si è ipotizzato di aver raggiunto un Livello di Conoscenza 3, corrispondente ad un Fattore di Confidenza FC=1.0.

Limitatamente alla copertura lignea esistente, viste le difficoltà di accesso e di classificazione del materiale, si è scelto di limitarsi al raggiungimento del Livello di Conoscenza 1 e di prevedere la sostituzione, durante i lavori, di tutti gli elementi lignei che presentano difetti e/o lesioni.

Schematizzazione della struttura

L’analisi strutturale dell’edificio è stata eseguita tramite la modellazione a elementi finiti dell’edificio con il software CDM Dolmen.

L’evidente complessità del fabbricato, sia in termini di geometria tridimensionale che di collaborazione di elementi strutturali di diverse tipologie e materiali, ha richiesto una particolare attenzione nella fase di modellazione.

Le pareti portanti sono state modellate con il metodo del telaio equivalente.

Questo metodo consiste nel modellare la parete schematizzandola come un telaio con elementi di connessione infinitamente rigidi che collegano maschi murari e fasce di piano; i tratti infinitamente rigidi, nelle aste rappresentative dei pannelli murari, sono definiti in funzione della disposizione delle aperture.

Il metodo del telaio equivalente riproduce fedelmente il comportamento della parete muraria, soprattutto nelle strutture che, come questa, hanno una disposizione regolare delle aperture. Esso permette inoltre una facile leggibilità dei risultati e delle criticità eventualmente presenti.

Il software Dolmen(di CDM DOLMEN srl) permette di generare in modo automatico il modello a telaio equivalente, schematizzando gli elementi in maschi murari e fasce di piano, secondo il metodo proposto da Dolce, a partire da una semplice modellazione a interpiani, nella quale si assegna la scatola muraria descrivendo le pareti che la compongono.

La generazione automatica di un modello a telaio equivalente costituito da elementi “beam” opportunamente vincolati, permette inoltre all’utente una facile implementazione di porzioni aventi tecnologie costruttive differenti (calcestruzzo, acciaio, legno).

Oltre a ciò, pur essendo questo tipo di modellazione intesa principalmente allo studio dei meccanismi globali, cioè allo studio del comportamento della scatola muraria come un tutto unico, la descrizione delle geometrie e delle masse della struttura, effettuata in questa fase, viene utilizzata dal programma anche per lo studio dei meccanismi locali.

Nel telaio equivalente non sono stati inseriti piani infinitamente rigidi, che avrebbero comportato lo spostamento rigido solidale di tutti i nodi del modello posizionati alla stessa quota. La struttura, infatti, presenta una vasta corte interna che rende l’ipotesi di piano rigido poco realistica.

Per tale motivo, è stata considerata l’effettiva rigidezza degli orizzontamenti, che sono stati modellati come elementi bidimensionali (gusci), assegnando a questi lo spessore e le caratteristiche meccaniche del materiale effettivamente presente.

Il Palazzo Allievi non presenta giunti strutturali tra i Corpi A, B, C e D; di conseguenza non è stato possibile scindere la progettazione in sottostrutture più semplici, ma è stato necessario modellare l’intero fabbricato.

In corrispondenza del collegamento con il Corpo E è presente un giunto, posizionato in modo da lasciare il corridoio di collegamento solidale al Corpo A ed è quindi stato possibile limitarne la schematizzazione a tale porzione. In corrispondenza del Corpo Nervi, infine, è prevista la realizzazione di un giunto strutturale in occasione dell’adeguamento/miglioramento sismico di questo.

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L'articolo continua con:
- VALUTAZIONE DEGLI INCREMENTI DI CARICO IN FONDAZIONE
- ANALISI SITUAZIONE ANTE OPERAM
- INTERVENTI IN PROGETTO