L'adeguamento sismico della scuola "Don Battistella" di Schio (VI) con il Geniale Cappotto Sismico di ECOSISM

Il presente articolo descrive il progetto di adeguamento sismico e riqualificazione della scuola secondaria di primo grado “Don Agostino Battistella” sita nel Comune di Schio, in provincia di Vicenza.

Il Comune di Schio è situato in zona sismica 3 e l’edificio scolastico insiste su un suolo di categoria B: la domanda di accelerazione sismica alla base dell’edificio allo SLV è pari a PGADLV=0,186 g, mentre la corrispondente capacità di resistenza allo stato di fatto, derivante dalla valutazione di vulnerabilità sismica è pari a PGACLV=0,030 g.  Ne deriva che l’indice di rischio sismico allo stato di fatto è pari a Ir(ag),SLV=0,316.

Essendo l’edificio scolastico d’interesse strategico per la Protezione Civile ai sensi della DGR Veneto n° 3645 del 28/11/2003, in quanto nel piano comunale di emergenza e di protezione civile ospita delle funzioni strategiche, c’era l’urgenza di adeguarlo sismicamente nel rispetto delle normative vigenti.

Per realizzare l’adeguamento sismico, e sfruttare l’occasione per iniziare il processo di efficientamento energetico della scuola, si è utilizzata la tecnica del cappotto sismico. Il cappotto scelto è prodotto dalla ditta Ecosism srl di Battaglia Terme ed è in grado di sopperire alle carenze sismiche del fabbricato e contemporaneamente di migliorarne le prestazioni energetiche, termiche, acustiche e di resistenza al fuoco, delle superfici verticali opache esistenti, consentendo in un unico e rapido intervento anche la riqualificazione estetica delle facciate ormai datate.


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Prospetti Sud e Nord

 

Descrizione dello stato di fatto dell'edificio scolastico

La scuola secondaria è composta da un insieme di fabbricati per un totale di circa 20.000 m3 che si sviluppano su tre livelli fuori terra ed un piano interrato.

La sede scolastica è stata edificata in due step successivi:

  • Negli anni 1965-1966 erano stati realizzati il Corpo 3 (aule) ed il Corpo 2 (ingresso);
  • Successivamente, fra il 1970 ed il 1971 si realizzarono ulteriori aule, Corpo 1, la palestra ed il collegamento fra la scuola e la palestra stessa, Corpo 4.

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Pianta del piano terra con individuazione dei giunti termici e dei vari corpi di fabbrica

 

La struttura portante del fabbricato scolastico è costituita da un telaio in calcestruzzo armato tamponato, le cui travi sono per la maggior parte in altezza ed i solai in laterocemento hanno altezza pari a 24+4 cm. Tutte le fondazioni sono realizzate a trave rovescia.

Per quanto riguarda lo stabile dedicato alle attività motorie, esso raggiunge un’altezza di circa 12 m, ed è dotato di servizi e spogliatoi al piano terra e della palestra al piano superiore. La sua struttura portante, a differenza degli altri corpi di fabbrica, è costituita da pilastri in cemento armato con sezione 50x40 cm. Il solaio di copertura è formato da pannelli Trirex 20+2 cm aventi interasse pari ad un metro e la copertura è in travi precompresse di lunghezza pari a 15.40 m.

I diversi corpi di fabbrica risultano essere strutturalmente indipendenti e separati da dei giunti termici che permettono un’adeguata dilatazione degli elementi.

 

Vulnerabilità sismica 

Il Comune di Schio risulta essere classificato in zona sismica 3 ad elevata pericolosità sismica:

Dall’analisi geologica, si è ottenuta la seguente stratigrafia del sottosuolo:

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Tabella 1: Estratto indagine geologica

 

Essendo il piano di fondazione posto ad una quota di circa -2.30 m dal piano campagna, si sono assunti i parametri del terreno ghiaioso-sabbioso, classificando il suolo su cui sorge il fabbricato con il litotipo di categoria B, e secondo le NTC 2018, con categoria topografica T1.

L’edificio risulta essere d’interesse strategico, perciò la sua Classe d’uso è la IV a cui corrisponde il coefficiente CU=2.0, mentre la vita utile nominale del fabbricato è stata assunta pari a VN=50 anni.

Da questi dati, si sono individuati i seguenti spettri di risposta:

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Tabella 2: Parametri per l’individuazione dello spettro di risposta per ogni SL

 

La valutazione della vulnerabilità sismica dell’edificio scolastico è stata eseguita per lo Stato Limite di Salvaguardia della Vita, SLV, e per gli stati limite di esercizio, sia di Danno, SLD, che di Operatività, SLO.

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Tabella 3: Valori minimi per i diversi SL della sede scolastica

 

Si deduce che il primo stato limite raggiunto dall’edificio risulta essere quello di Operatività, per una PGA pari a 0.018, successivamente si raggiunge quello di Salvaguardia della Vita, ed infine lo stato limite di Danno con una PGA di 0.033.

Un edificio adeguato sismicamente, nel rispetto della normativa vigente, la cui capacità sia corrispondente alla domanda sismica, dovrebbe raggiungere i seguenti valori tabellati:

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Tabella 4: Valori minimi per i diversi SL di un edificio adeguato

 

Confrontando i parametri dell’edificio in esame e di quello sismicamente adeguato, si nota come gli indicatori di vulnerabilità sismica, α (PGA), risultano essere molto inferiori all’unità, caratterizzando la sede scolastica come una struttura ad alto rischio sismico, che non garantisce quindi il livello di sicurezza richiesto per un edificio strategico.

L’analisi evidenzia la necessità di adeguare o almeno migliorare sismicamente le strutture per tutti e tre gli stati limite considerati, dato che nessuno di essi risulta essere verificato: infatti, se si considerano le resistenze disponibili per lo SLV, queste sono solamente il 16% delle minime necessarie.

Ulteriori criticità riscontrate sono le seguenti:

  • I giunti di dilatazione termica, presenti fra ogni corpo di fabbrica, non risultano avere uno spessore adeguato ed individuano delle criticità in caso di evento sismico; infatti, la mancanza di giunti strutturali idonei può generare martellamento fra le strutture in caso di terremoto;
  • La cappa dei solai di interpiano risulta debolmente armata non garantendo un’adeguata rigidezza al piano;
  • La presenza dei fori per le scale sugli impalcati del Corpo 1 e del Corpo 3, vanno a ridurre di molto le dimensioni del piano rigido sfavorendo la distribuzione delle sollecitazioni sismiche.

 

Descrizione della progettazione dell'intervento

Lo scopo principale dell’amministrazione comunale era quello di rendere la scuola un posto più sicuro per i suoi alunni, ma senza perdere di vista le problematiche energetiche, di sostenibilità ambientale ed estetiche ad oggi sempre più rilevanti negli interventi di ristrutturazione.

Quindi, l’intervento progettato non ha solo il fine di adeguare sismicamente la struttura portante ai parametri normativi vigenti, ma anche di iniziare a migliorare le prestazioni energetiche del fabbricato andando a coibentare la copertura e le superfici opache verticali, sfruttando l’occasione anche per rendere la scuola più armoniosa.

Questi lavori iniziano un processo di riqualificazione totale dell’edificio, il quale verrà completato da ulteriori interventi futuri, quali: sistemazione degli impianti, sostituzione degli infissi e coibentazione dell’intradosso del solaio verso le fondazioni.

L’obiettivo principale rimane comunque il raggiungimento dell’adeguamento sismico, che considerando le nuove tecniche costruttive e le normative vigenti, risulta raggiungibile realizzando un nuovo involucro esterno sismo-resistente e migliorando gli apporti solari.

La scelta del cappotto sismico risulta essere ottimale per i seguenti motivi:

  • la maggior parte delle lavorazioni vengono svolte dall’esterno, mantenendo inalterate le attività scolastiche e degli uffici durante il cantiere;
  • minimizza le interferenze con gli impianti esistenti e non modifica le misure di sicurezza antincendio presenti;
  • non altera la capienza delle aule, fondamentale dato l’aumento degli alunni, e, anche se riduce la superficie finestrata, va a migliorare il comfort visivo degli utenti;
  • conferisce all’edificio un aspetto estetico più moderno;
  • la sua progettazione consente di favorire gli interventi futuri che non trovano capienza economica attualmente.

Le opere complessivamente avranno un costo di circa 1 milione e 190 mila euro, stimando una durata dei lavori di circa 180 giorni. I lavori avviati a giugno 2020 riguardano il blocco centrale e l'ala ovest dell'edificio, mentre l’ala est verrà completata successivamente sulla base delle risorse disponibili: la suddivisione temporale del cantiere consente una gestione migliore dei lavori ed un’organizzazione più efficiente per gli eventuali spostamenti delle aule, evitando ogni interferenza fra i lavori e alunni ed insegnanti.

Durante il primo stralcio dell’opera si è previsto anche il rifacimento del tetto dell’edificio in legno lamellare e la realizzazione dei nuovi davanzali che risulteranno funzionali nell’ottica di installare in futuro dei nuovi serramenti, pensando al progressivo miglioramento energetico dello stabile.

 

Considerazioni architettoniche

La ristrutturazione dell’edificio è stata sfruttata anche per rinnovare l’aspetto delle facciate e per migliorare il confort visivo degli alunni e degli insegnanti durante le ore di lezione.

Come si può vedere nei prospetti seguenti, le forometrie sono state drasticamente ridotte, chiudendo una finestra su tre nelle aree riservate alla didattica. Da un’analisi svolta con un luxometro nelle aule dell’istituto, queste risultavano essere troppo illuminate: la distribuzione delle fotometrie allo stato di progetto è stata studiata per migliorare il comfort visivo degli utenti, riducendo quindi l’abbagliamento.

Invece, le finestre presenti nei vani scala sono state studiate e disposte per dare un motivo architettonico che vada a distinguersi dal resto della facciata, donando dinamicità e svecchiando l’istituto.

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Confronto stato di fatto-stato di progetto del prospetto Sud

 

Considerazioni energetiche

Le pareti verticali della struttura risultavano avere uno spessore di 41 cm ed erano caratterizzate da una trasmittanza termica U di 0.930 W/m2K: questo valore risultava essere molto maggiore rispetto al limite indicato per la zona climatica E per le ristrutturazioni e riqualificazioni energetiche nel DM 26/6/2015, che risulta essere pari a 0.28 W/m2K.

La stratigrafia della parete allo stato di fatto risultava essere la seguente:

 

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Tabella 5: Stratigrafia parete allo stato di fatto

 

La struttura verticale non risultava soggetta a fenomeni di condensa superficiale, ma si verificava condensa interstiziale che presentava un fattore di scarsa efficienza energetica dell’elemento e anche di pericolosità per gli utenti dell’edificio a causa della possibile formazione di muffe. Sfruttando quindi l’intervento di adeguamento sismico, si è deciso di progettare un modulo in grado di abbattere la carenza energetica delle pareti. La nuova stratigrafia, con i suoi 77 cm di spessore, di cui 36 cm di cappotto sismico, fa raggiungere alla parete un valore di trasmittanza pari a 0.184 W/m2K ed elimina ogni problema di condensa.

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Tabella 6: Stratigrafia parete di progetto

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Figura 9: Diagramma di Glaser della parete pre e post-intervento per il mese critico di Gennaio

 

Analizzando il solaio di copertura in laterocemento allo stato di fatto non era dotato di coibentazione. Lo spessore totale della struttura pari a 31 cm comportava una resistenza termica pari a 1.783 W/m2K, dove il limite normativo per l’intervento in progetto risultava essere pari a 0.24 W/m2K. La struttura orizzontale risulta essere soggetta a fenomeni di condensa superficiale ma la verifica alla condensa interstiziale era verificata.

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Tabella 7: Stratigrafia copertura allo stato di fatto

 

Con la sola installazione di un pannello semirigido in fibre minerali di roccia dello spessore di 16 cm, si abbatte drasticamente la trasmittanza termica raggiungendo un valore di 0.219 W/m2K. La nuova struttura avrà quindi uno spessore totale di 47 cm e risulta essere verificata sia a condensa interstiziale che a quella superficiale.

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Tabella 8: Stratigrafia copertura di progetto

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Figura 10: Diagramma di Glaser della copertura pre e post-intervento per il mese critico di Gennaio

 

Descrizione degli interventi antisismici

Gli interventi di adeguamento sismico sono costituiti quasi integramente da lavorazioni svolte all’esterno dell’edificio, minimizzando le interferenze fra le attività cantieristiche e quelle scolastiche.

Essi constano di:

  • Realizzazione di nuove fondazioni perimetrali e del cappotto sismico;
  • Realizzazione di due nuovi solai in prossimità delle scale;
  • Inserimento delle nuove catene tiranti

L’insieme di questi interventi assicurano un comportamento globale scatolare dell’edificio.

 

Il cappotto sismico

Il nuovo involucro esterno sismo-resistente è formato da una lastra di calcestruzzo armata gettata in opera all’interno dei casseri prefabbricati ECOSISM, pre-assemblati in stabilimento con due strati di materiale isolante.

Le nuove lastre in calcestruzzo armato, aventi fondazioni proprie realizzate adiacentemente a quelle presenti, vengono rese solidali alla struttura esistente mediante ancoraggi a livello di fondazione e sui cordoli di piano, garantendo la collaborazione necessaria fra il cappotto sismico e la struttura a telaio della sede scolastica.

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Individuazione del nuovo sistema sismo resistente

 

Il modulo cassero fornito dalla ditta Ecosism è formato da una maglia tridimensionale in acciaio zincato elettrosaldata, nella quale viene preassemblato il materiale isolante, di tipologia e spessore scelti in fase di progettazione. Nel caso in esame, è stato scelto un modulo composto esternamente da un pannello di 5cm di lana di roccia accoppiato a 5 cm di EPS ed internamente da un pannello di 5 cm di EPS: nell’intercapedine si è gettata in opera una lastra di calcestruzzo armato di 20 cm. Questo pacchetto ha reso possibile abbattere notevolmente la trasmittanza termica della parete rispettando i limiti dettati per la zona climatica di appartenenza.

La progettazione del cappotto è stata svolta con la prospettiva di facilitare altri interventi che non trovano capienza economica immediata: infatti il nuovo involucro predispone già degli alloggiamenti per i futuri serramenti, realizzati senza ponte termico.

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