Miglioramento sismico di una scuola con struttura in muratura portante realizzata nei primi anni ‘80

Come è noto l'edilizia scolastica italiana è caratterizzata da un elevato numero di edifici costruiti prima dell'attuale normativa sismica e per questo con gravi vulnerabilità che mettono a rischio la vita dei nostri ragazzi. Da tempo lo Stato sta promuovendo, anche attraverso finanziamenti, interventi mirati ad un loro miglioramento sismico; è questo il caso della scuola  elementare "Gianni Rodari", situata nel Comune di Verucchio, in località Villa Verucchio.

L’intervento è stato progettato per il raggiungimento di un livello di capacità sismica minima del 60% (Art. 13 del OPCM 4007 del 29 febbraio 2012), ed essendo classificato dall’Amministrazione come edificio con funzioni strategicamente importanti, la progettazione è stata condotta con riferimento alle prescrizioni relative agli edifici in classe IV. All'interno tutti i dettagli dell'intervento di miglioramento sismico.

 

Intervento di miglioramento sismico della scuola Gianni Rodari di Villa Verucchio (RN)

Descrizione generale del complesso scolastico 

Il servizio in oggetto riguarda la progettazione definitiva ed esecutiva e l’assistenza alla direzione dei lavori, per l’intervento di miglioramento sismico della scuola elementare "Gianni Rodari", situata nel Comune di Verucchio, in località Villa Verucchio; l’intervento è stato progettato per il raggiungimento di un livello di capacità sismica minima del 60% secondo le prescrizioni di cui all’art. 13 del OPCM 4007 del 29 febbraio 2012. Dal punto di vista prestazionale si precisa che, avendo l’Amministrazione classificato l’edificio tra le opere con funzioni strategicamente importanti come punto di riferimento per la Protezione Civile in caso di calamità, la progettazione è stata condotta con riferimento alle prescrizioni relative agli edifici in classe IV.

ista aerea del complesso scolastico e individuazione dei corpi di fabbrica (A e B).

Figura 1 - Vista aerea del complesso scolastico e individuazione dei corpi di fabbrica (A e B).

La scuola è organizzata con diversi corpi di fabbrica (i due corpi in oggetto dell’intervento e la palestra funzionalmente unita mediante un corridoio di collegamento); l’impostazione strutturale ha implicato una modalità di esecuzione delle opere mediante la suddivisione dell’intervento in due lotti funzionali, al fine di limitare l’impatto sulle attività didattiche e ridurre la necessità di trasferire in altra sede studenti, docenti e personale addetto. Sono inoltre state tenute in considerazione tutte le interazioni di carattere architettonico ed impiantistico, garantendo la funzionalità parziale della scuola durante i lavori e l’utilizzo degli ambienti comuni principali, come la mensa e l’auditorium. 

L’intervento ha come oggetto l’edificio scolastico edificato nel 1980 e specificatamente destinato all’attività scolastica didattica ed alla ricreazione; qui sono ubicate le aule, la mensa e tutte le attività connesse. Dal punto di vista strutturale il complesso è a sua volta costituito da due distinte unità strutturali giuntate in corrispondenza di una rampa in c.c.a. di collegamento tra il piano parzialmente interrato destinato a mensa e i piani delle aule superiori.

Caratteristiche strutturali del corpo A

Il corpo A è catalogato come una struttura in muratura di blocchi in laterizio portante disposti insolitamente con fori orizzontali sulle murature perimetrali; dal punto di vista plano-volumetrico presenta un piano terra adibito ad aule con un doppio volume in corrispondenza della scala e dell’auditorium; tale doppio volume, a livello del piano primo è funzionale ad un ballatoio con copertura in vetro e acciaio che permette l’accesso alle aule del primo piano ed il collegamento con il blocco successivo. L’ auditorium è impostato su un piano di fondazione a quota variabile, dalla quota del corpo A fino al piano di posa delle fondazioni del corpo B; il salto di quota suddetto permette la realizzazione del solaio inclinato che costituisce il piano di calpestio dell’auditorium stesso. Il corpo A non presenta un piano interrato ma solo un vano non accessibile di altezza pari a circa 1.20/1.50 m. Le coperture presentano geometrie articolate e quote differenti a seconda degli ambienti considerati. Gli impalcati di piano, fatta eccezione per la copertura dell’auditorium sono tutti realizzati mediante solai in latero-cemento di altezza H=25 cm con travetti precompressi tipo Celersap; tali solai sono tutti completamente privi di caldana armata superiore.

Vista frontale corpo A e ballatoio interno con copertura in vetro e acciaio.
vista delle murature perimetrali completamente forate e della copertura in acciaio e vetro del ballatoio

 

Caratteristiche strutturali del corpo B

Il Corpo B è delimitato da una rampa in c.c.a di collegamento tra il piano interrato ed i piani superiori e dal corridoio di collegamento al corpo palestra (non oggetto del progetto di intervento); anche questo corpo è realizzato in muratura portante costituita da blocchi in laterizio, disposti con fori orizzontali sulle murature perimetrali ed è giuntato dal precedente mediante giunto strutturale non adeguato in tutte le sue parti.  Dal punto di vista plani-volumetrico il Corpo B presenta un piano parzialmente interrato adibito a cucine e mensa comune, dal quale mediante la rampa a pendenza costante si accede ad i piani superiori. Il piano terra e primo come per il Corpo A presenta una configurazione a doppio volume in corrispondenza del corridoio centrale su cui insiste il ballatoio che collega le varie aule. Il volume ricavato al di sopra delle cucine, adibito ad aule, presenta un piano di calpestio a quota superiore rispetto al restante piano primo (circa +0.60 m), al quale si accede mediante scalini direttamente dal corridoio principale. Le coperture presentano geometrie articolate e quote differenti a seconda degli ambienti considerati. Gli impalcati di piano sono tutti realizzati mediante solai in latero-cemento di altezza H=25 cm con travetti precompressi tipo Celersap; tali solai sono tutti completamente privi di caldana superiore.

 

Principali vulnerabilità riscontrate

La modellazione delle due distinte unità strutturali mediante una analisi sismica dinamica lineare ha permesso di individuare le principali carenze sostanzialmente comuni per entrambi i corpi proprio per l’impiego delle medesime tecnologie costruttive e scelte progettuali.

Una particolare attenzione è stata rivolta alla determinazione delle caratteristiche delle tipologie murarie mediante una approfondita campagna di indagini, volta a definire il comportamento sia delle murature interne che di quelle perimetrali risultate particolarmente anomale in quanto realizzate mediante un elemento strutturale in laterizio disposto internamente e scollegato dal paramento esterno in mattone pieno faccia a vista; il risultato è una muratura di ridotta capacità portante ed estremamente instabile nei confronti delle azioni orizzontali. Le caratteristiche citate assieme alla disposizione dei maschi murari in una direzione principale prevalente hanno evidenziato deficit di resistenza concentrati in una direzione specifica; le facciate che rappresentano il muro perimetrale delle aule sono nella maggior parte dei casi completamente finestrate con conseguente deficit di resistenza nella direzione considerata. La mancanza di pareti è ancor più evidente in quanto parti dell’edificio presentano le aule a piano primo in aggetto su elementi disposti a sbalzo e quindi privi di continuità cielo-terra (Fig.6).

La configurazione geometrica della scuola risulta molto irregolare sia dal punto di vista planimetrico che altimetrico penalizzando enormemente la struttura dal punto di vista sismico; lo sviluppo distributivo degli ambienti, delle rampe e dei ballatoi di collegamento creano infatti diversi ambienti a doppio volume, salti di quota, coperture inclinate che raccordano i vari ambienti che, unitamente alla mancanza di impalcati rigidi determinano nel complesso estese vulnerabilità dovute a meccanismi di ribaltamento fuori dal piano, perdita di stabilità di precari elementi portanti verticali posti a sostegno di solai e coperture. Tali sono ancor più evidenti sul corpo Auditorium vista la notevole altezza dei muri e la presenza del solaio di calpestio inclinato che determina la presenza di muri ad altezza variabile.

Particolare importanza è stata attribuita alle vulnerabilità non quantificabili numericamente, riconducibili a diversi elementi che, pur non avendo funzione statica, presentano rilevanza ai fini sismici per l’incolumità dei fruitori degli ambienti che delimitano; si tratta di numerosi infissi in vetro di dimensione notevole posizionati in corrispondenza dei doppi volumi , veri e propri “infissi strutturali” utilizzati per appoggiare porzioni di copertura. In aggiunta si ha la copertura in vetro di tutto il ballatoio di collegamento delle aule scolastiche realizzata con elementi semplicemente appoggiati, inclinati sulla sottostante struttura metallica, dotati di estrema fragilità e rischio di caduta sugli ambienti sottostanti (Fig. 7). Il giunto realizzato in corrispondenza della rampa di collegamento tra i due corpi è correttamente dimensionato salvo una piccola rampa di collegamento tra i dislivelli dei due corpi che è stata realizzata in continuità.

 

Le soluzioni adottate nell'intervento di miglioramento sismico

Le soluzioni adottate sono rivolte all’eliminazione delle vulnerabilità evidenziate mediante interventi mirati all’incremento della capacità portante dei maschi murari e del numero di maschi murari resistenti (in particolare nelle direzioni “deboli” dell’edificio); in particolare per ottenere un livello prestazionale superiore senza aumenti di massa, è stato impiegata una modalità di intervento mediante placcaggio con tessuti in fibra di vetro su entrambe le facce e connessioni passanti opportunamente collegate. La soluzione si è dimostrata efficace in particolar modo sulle murature perimetrali nelle quali l’incremento di resistenza è stato ottenuto oltre che dal placcaggio vero e proprio, mediante l’innesco della collaborazione tra i due paramenti precedentemente scollegati.

fasi di predisposizione dei fiocchi di collegamento e montaggio sulla parete.

 

Le murature perimetrali costituite da doppio paramento erano completamente scollegate e prive di omogeneità nel comportamento di risposta all’azione sismica orizzontale. Il placcaggio su entrambe le facce con i collegamenti passanti permettono di conferire un comportamento più omogeneo ed incrementare la capacità portante della muratura senza alterazione di massa o rigidezza. 

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