Verifica sismica di un edificio pubblico vincolato, consolidato con il sistema Inietta&Consolida

Riportiamo di seguito l’esperienza diretta, di un professionista (l'Ing. Paolo Bettagno. Studio Ing. Enzo Puleo), che si è trovato ad affrontare il problema della verifica sismica di un Edificio Pubblico (Scuola Elementare di 1° grado) ai sensi del D.M. 14 gennaio 2008 (normativa vigente all'epoca dell'intervento).

Di seguito riportiamo una sintesi di un articolo molto più ampio e dettagliato con tutti i grafici e tabelle.
L'articolo integrale è scaricabile in FONDO ALL'ARTICOLO.

    

L’edificio: storia e descrizione

L’immobile insiste in un’area di circa 4500 m² posta tra l’argine destro del fiume Tramigna e Viale della Vittoria n. 65, a circa 250 metri a sud delle mura scaligere; il fabbricato, adibito ad uso scolastico ed intitolato a Ippolito Nievo, è costituito da due piani fuori terra con cortili interni. Lo sviluppo della pianta è ad U con la facciata principale sul lato Ovest dove è ubicato l’ingresso; i prospetti laterali si affacciano sul lato nord e sud prospicienti i piazzali adibiti a parcheggio.

Il fronte principale a salienti è caratterizzato al piano terra da fasce in finto bugnato mentre la porzione centrale, i cui ingressi si collocano su una scalinata di sei gradini, è percorsa da un lungo ballatoio balaustrato mentre le finestre rettangolari del primo piano sono sormontate da cimasa classica e dotate di davanzali sorretti da mensoline.

Le strutture verticali, perimetrali e divisorie sono costituite da murature in pietra con legante in malta di calce dello spessore variabile da 40 a 60 centimetri; le strutture orizzontali sono costituite da solai in laterocemento mentre la copertura è sostenuta da travi principali in legno massello di sezione pressoché quadrata che poggiano su capriate in legno e pilastri in muratura portante a base quadrata di lato 40 centimetri e da un’orditura secondaria costituita da travetti di sezione rettangolare che costituiscono l’appoggio dei tavelloni in laterizio su cui poggiano le tegole di tipo marsigliese.

Il progetto dell’opera fu redatto dall’Ingegner Ugo Lissandrini di Soave nell’anno 1923, sotto l’amministrazione guidata dal podestà Menotti De Vido.

L’edificio fu solennemente inaugurato il 28 ottobre 1931 alla presenza di numerose autorità politiche. Imponente per la sua mole a linee sobrie senza sovrastrutture è una delle opere più importanti compiute dal fascismo in Soave.

L’immobile fu oggetto di ristrutturazione nell’anno 1984 con la realizzazione dei solai in laterocemento del piano secondo in sostituzione dei vecchi solai in legno fatiscenti ed il soffitto in canniccio smaltato, tutto per una funzionalità più consona alle esigenze scolastiche e soprattutto per migliorare e dotare l’organismo edilizio di nuove strutture previste dalle norme antinfotunistiche del tempo come la realizzazione delle scale di emergenza, di un’aula magna per le riunioni, di un’aula per le attività manuali e pratiche, il risanamento del tetto e la sostituzione degli infissi esterni.

L’edificio nonostante gli interventi cui è stato sottoposto, presenta interesse culturale in quanto rappresenta un’importante testimonianza di edilizia pubblica realizzata nel periodo fascista nel Comune di Soave secondo sistemi legati alla tradizione classica tipica dell’area veneta e per questo è stato inserito dal Ministero per i Beni e le Attività Culturali nella Direzione Regionale per i Beni culturali e Paesaggistici del Veneto nell’anno 2010 come edificio di interesse culturale ai sensi dell’art. 10 del D, Lgs. N. 42/2004.

    

Classificazione della muratura

La conoscenza della costruzione in muratura oggetto della verifica è di fondamentale importanza ai fini di una adeguata analisi e può essere conseguita con diversi livelli di approfondimento, in funzione dell’accuratezza delle operazioni di rilievo, dell’analisi storica e delle indagini sperimentali.

Si è per prima cosa appurata la conoscenza della geometria strutturale dell’edificio tramite rilievo che ha compreso le misurazioni piano per piano di tutti gli elementi in muratura, incluse nicchie, cavità, canne fumarie, dei solai, della copertura e delle scale individuandone la tipologia strutturale. 

Si è inoltre eseguita una prima ricognizione per annotare l’eventuale quadro fessurativo e deformativo; la struttura si è presentata in ottime condizioni, non ha evidenziato fessurazioni rilevabili a occhio nudo nè evidenti fuori piombo o rigonfiamenti degli elementi murari.

Particolare attenzione si è quindi successivamente prestata all’individuazione della tipologia della muratura che costituisce l’edificio in esame procedendo con la rimozione di parti dell’intonaco così da mettere in luce in maniera inequivocabile la tessitura muraria; si è osservato come la struttura portante verticale dell’edificio sia costituita da muratura in sasso di medie dimensioni legata con malta di calce.

I sassi provengono come rinvenuto nel progetto originario a firma dell’Ing. Ugo Lissandrini dalla cava in Via San Lorenzo nel Comune di Soave e sono stati ottenuti frantumando rocce sedimentarie di tipo calcareo.

La muratura perimetrale esterna ha al piano terra e al piano primo uno spessore di circa 60 cm mentre al piano sottotetto la muratura ha uno spessore di 50 cm; la muratura interna ha uno spessore di circa 45 cm. La muratura dell’atrio di ingresso e al piano primo della palestra ha invece uno spessore di circa 60 cm.

La muratura ad un primo esame visivo si è presentata con una buona tessitura sia nella parte esterna che in quella interna; i blocchi in pietra a spacco sono legati da una malta a base di calce con scadenti caratteristiche meccaniche come ci si aspetta da una muratura che può essere classificata come storica. I giunti comunque sempre ad un attento esame visivo non sono proprio sottili e in alcuni punti delle murature esterne si sono notati dei ricorsi o delle listature con mattoni (vedi figure sotto) che regolarizzano la tessitura ed in particolare l’orizzontalità dei corsi migliorando le caratteristiche meccaniche della muratura secondo le regole dell’arte.

 

  

In Tabella C8A.2.1 vengono riportati i valori di riferimento dei parametri meccanici (minimi e massimi) e peso specifico medio per le diverse tipologie di muratura, riferiti alle seguenti condizioni: malta di caratteristiche scarse, assenza di ricorsi o listature, paramenti semplicemente accostati o mal collegati, muratura non consolidata e tessitura a regola d’arte. Il nostro caso ricade nelle murature in pietre a spacco con buona tessitura, caso numero tre, di cui riassumiamo le caratteristiche meccaniche, considerando in fase cautelativa il livello inferiore.

 

  

Classificazione tipologica: prove sperimentali

La classificazione tipologica della muratura è stata eseguita mediante prove sperimentali come richiesto dalle NTC; in particolare si sono commissionate al laboratorio prove della società Veneta Engineering s.r.l. n.3 prove di martinetti doppi piatti per la valutazione della resistenza meccanica a compressione e il modulo elastico e n.10 prove soniche per valutare l’omogeneità della tessitura della muratura.

Le prove in situ sulla muratura ci hanno permesso di raggiungere un livello di conoscenza esteso della muratura come indicato dalla normativa.

Le prove con i martinetti doppi piatti sono servite a studiare la muratura oggetto dell’analisi. In particolare, si sono fatte delle misurazioni sullo stato tensionale e deformativo della parete muraria sollecitata con opportuni cicli di carico e scarico.

In tabella vengono riassunti i valori ottenuti.

  

Verifica della struttura esistente con sisma

Le forze orizzontali così come determinate dalle NTC08 non verificano la struttura; si deve quindi ripetere l’analisi in modo iterativo abbassando il valore dell’accelerazione orizzontale massima del terreno il che equivale ad aumentare la probabilità di accadimento Pver riducendo il Periodo di Ritorno Tr del sisma.

Visualizzazione mediante mappa di colore del massimo valore del rapporto tra il momento agente perpendicolare al piano del muro e il momento corrispondente al collasso per flessione, effettuato per le combinazioni di carico in presenza di sisma. Se il valore risulta inferiore a 1 la verifica è soddisfatta.

 

  

Intervento di miglioramento con il sistema “Inietta&Consolida®"

Considerato che la criticità della muratura dell’edificio esistente è dovuta alla malta di calce di scarsa qualità in accordo con le “Linee guida per la valutazione e la riduzione del rischio sismico del patrimonio culturale” si è deciso di adottare come metodo di consolidamento della muratura l’iniezione di miscele leganti che mirino al miglioramento delle caratteristiche meccaniche della muratura da consolidare; in particolare si dovrà prestare attenzione alla scelta della miscela da iniettare, curandone la compatibilità chimico fisica e meccanica con la tipologia muraria oggetto di intervento, considerando che malte a base cementizia possono produrre danni alle murature e in particolare alle superfici, per la produzione di sali; l’affioramento di sali solubili dalla malta provoca efflorescenze sulla superficie della muratura.

Nel caso specifico in esame, si è considerato l’impiego delle boiacche specifiche “Inietta&Consolida®” a base di leganti idraulici micronizzati ad alta resistenza, unitamente ad elementi sferoidali e resine reticolanti in grado di aumentare oltre la resistenza a “compressione” anche quella relativa al “taglio diagonale” e a quella di trazione conseguentemente all’incollaggio strutturale generato.

Caratteristiche dei componenti della miscela:

• Componente A TRN 100®: il componente A è composto da leganti idraulici micronizzati ad alta resistenza con elementi sferoidali in grado di favorire lo scorrimento e la penetrazione capillare all’interno delle cavità delle
  murature; fortemente desalinizzato e stabile nel tempo può essere impiegato su tutte le tipologie costruttive delle diverse tessiture murarie;

• Componente B TRB 308®: il componente B è realizzato con l’impiego di un promotore di aggregazione reticolante a base acrilica che oltre ad aumentare la resistenza a compressione dello speciale legante idraulico TRN 100, conferisce allo stesso elevate caratteristiche di permeabilità al vapore evitando zone di condensazione indesiderate; l’impiego del TRB 308® nell’impasto evita tutte le operazioni di lavaggio preventivo che vengono solitamente effettuate per questo tipo di lavoro, garantendo una perfetta adesione per la presenza di polveri e sostanze grasse. Per il contenimento della miscela è sufficiente operare con gli intonaci preesistenti ancora in essere.

Non essendoci tuttavia in letteratura valori che permettessero di quantificare gli incrementi delle caratteristiche tecniche una volta consolidata la parete si è realizzato il consolidamento parziale di una parte di muratura su cui successivamente si è andata ad eseguire una prova a taglio diagonale per la valutazione numerica della resistenza a taglio della muratura consolidata.

  

Quantificazione dell’incremento di prestazioni dovuto al consolidamento mediante iniezione di miscele leganti

Si è innanzitutto provveduto al consolidamento di una parte della muratura su cui successivamente si è andati ad eseguire una prova a taglio diagonale per la valutazione delle resistenza meccanica a taglio della struttura. Come detto, non essendoci in letteratura dei valori per quantificare l’incremento di prestazioni ottenuto con l’iniezione
di miscele leganti, la prova commissionata al laboratorio prove della società Veneta Engineering s.r.l. si è rivelata estremamente preziosa. Per avere la possibilità di un confronto dei risultati si è valutato essere opportuno eseguire il consolidamento dove precedentemente si era eseguita una delle prove con i martinetti doppi piatti così da avere la possibilità di confrontare i valori ottenuti sperimentalmente.

La prova con i martinetti piatti doppi che si è ritenuta più significativa al fine di un confronto è stata la numero due, che era stata eseguita al piano terra dell’ala nord del fabbricato, nel muro che divide le aule dai corridoi; si è quindi individuata una zona di dimensioni quadrate di lato 150 cm per andare a consolidare la muratura.

 

  

Si è quindi realizzato un reticolo di fori inclinati passanti di diametro 30 mm circa con interasse di circa 50 cm anziché 100 cm come si realizzerebbe nelle normali procedure; l’esigenza di infittire il passo è dovuta alla porzione limitata di muratura e all’impossibilità di eseguire la compensazione ad una distanza di 24 o 48 ore.

Terminata la fase di iniezione delle miscele si è atteso un periodo di trenta giorni prima di effettuare la prova a taglio diagonale per permettere ai componenti leganti di far presa e di pervenire quindi al consolidamento ottimale della muratura.

Il valore limite della prova è stato determinato non per rottura del muro, ma per rottura delle catene che collegavano i martinetti alle piastre; il valore ottenuto è pertanto precauzionale e quindi a favore di sicurezza.

  

L'intervento di consolidamento

Il consolidamento della muratura viene ipotizzato non su tutta la struttura ma su una parte limitata di essa così da rendere l’intervento di miglioramento idoneo a sopportare i carichi orizzontali imposti da normativa; in particolare si è previsto il consolidamento di tutto il piano delle fondazioni e del piano terra; mentre la muratura del piano secondo viene consolidata solo nella zona della palestra e dei due setti nelle ali nord e sud che dividono le aule dai bagni.

Le “Linee guida per la valutazione e la riduzione del rischio sismico del patrimonio culturale” con riferimento alle “Norme Tecniche per le Costruzioni” di cui al Decreto del Ministero delle Infrastrutture e dei trasporti del 14 gennaio 2008, prescrivono infatti che per un bene culturale non sia obbligatorio il raggiungimento di un livello di sicurezza pari alle strutture nuove che le NTC 2008 assumono pari ad un valore di VN pari a 50 anni.

Una vita nominale minore significa accettare di dover provvedere ad una nuova verifica passati gli anni determinati, per questo motivo valori della vita nominale maggiori di 20 anni si considerano ammissibili e quindi sicuri per un manufatto tutelato.

Si è quindi proceduto in modo diverso per la valutazione della sicurezza del fabbricato; in particolare si è osservato che un valore di vita nominale della struttura pari a 20 anni corrisponde ad una riduzione dell’accelerazione al piede del 30%; si è quindi proceduto in maniera iterativa consolidando tutte quelle parti di struttura necessarie a garantire il coefficiente di sicurezza imposto dalla normativa.

Il valore massimo dell’accelerazione al piede deve essere ridotto al 70% per verificare le murature consolidate.

Il fattore che le “Linee guida per la valutazione e la riduzione del rischio sismico del patrimonio culturale” con riferimento alle “Norme Tecniche per le Costruzioni” di cui al Decreto del Ministero delle Infrastrutture e dei trasporti del 14 gennaio 2008 definiscono per la valutazione sismica dei fabbricato è il fattore di accelerazione, che per il fabbricato consolidato diverrebbe:

 

f_a,SLV = a_SLV / a_g,SLV =  0,120 / 0,163 = 0,74

 

Tale fattore considera solo uno dei parametri che definiscono l’azione sismica spettrale, ma ha il pregio di fornire un’indicazione quantitativa del deficit in termini di resistenza.

  

Metodi tradizionali e innovativi: i vantaggi applicativi ed economici del sistema inietta&consolida®

Mettendo a confronto il sistema tradizionale per il consolidamento delle murature con il sistema innovativo Inietta&Consolida®, abbiamo riscontrato quanto segue.

Le vecchie murature carenti nei parametri relativi alla resistenza a compressione, trazione e taglio laterale, vengono generalmente risolti attraverso il rinforzo strutturale ottenuto tramite “doppia controparete armata 4+4 e/o 10+10”.

In pratica, dopo la demolizione degli intonaci sui paramenti esterni ed interni si procede al lavaggio e alla pulitura a fondo delle superfici da consolidare e collegare.

Segue la perforazione della muratura con martelli a rotopercussione con inserimento di barre in acciaio tipo FE510B con sezioni e dimensioni derivanti da calcoli statici.

Deve essere prevista inoltre l’eventuale filettatura alle estremità, oltre alla fornitura dei manicotti necessari, della bulloneria, delle piastrine di ancoraggio, la successiva posa delle piastrine su letto di malta premiscelata antiritiro e l’eventuale saldatura dei bulloni dopo il serraggio.

Si procede quindi all’applicazione di rete el. fi 8/20x20 in acciaio B450C su entrambe le facce con successivo getto sulle pareti interne ed esterne di spessore cm 10 di conglomerato cementizio classe Rck 35 MPa additivato con fibre antiritiro avente le caratteristiche indicate nel Capitolato Speciale d’Appalto.

Tutto ciò a prezzi unitari variabili da € 150,00 a € 200,00 per metro quadro in funzione dello spessore dei getti (4+4 e/o 10+10).

Nel caso specifico della Scuola Elementare “Ippolito Nievo” del Comune di Soave per un costo complessivo pari ad € 1.044.045,00.

Utilizzando invece il sistema Inietta&Consolida® ad un costo medio di € 150,00 per metro quadro in funzione degli spessori in questione, si raggiunge per le stesse quantità un costo complessivo pari a € 563.362,50.

In questo caso specifico dobbiamo tener conto anche dei notevoli vantaggi derivanti dalla semplificazione del cantiere oltre a quelli risolutivi dovuti all’impossibilità di rimuovere il paramento esterno per un vincolo da parte della Soprintendenza ai Monumenti.

Scopri di più sul sistema Inietta&Consolida®

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