Struttura in legno XLAM per un edificio non residenziale nZEB in zona ad alta sismicità

Progettazione definitiva, esecutiva, aggiornamento del rilievo in BIM e indagini per l'intervento di demolizione e ricostruzione di una caserma.

I dettagli dell'intervento e l'intervista all'ingegner Paolo Panniello, progettista strutturale.

La realizzazione della nuova caserma di Verghereto (provincia di Forlì Cesena), resa necessaria dall’alta vulnerabilità sismica del fabbricato esistente che ne impedisce l’uso dal 2016, è stata l’occasione per realizzare un intervento che riconfiguri la percezione dell’edificio pubblico come una nuova porta per la città, grazie alla sua posizione lungo l’asse viario principale di Verghereto, costituito dalla centrale via Municipio.

La caserma sarà classificata nZEB (nearly Zero Energy Building) e si svilupperà con una struttura portante mista in calcestruzzo armato e XLAM.

FOTO 1: Vista dell’edificio dalla SP 137

Dal punto di vista funzionale i tre livelli dell’edificio saranno dedicati alle aree operative, alle residenze dell’Arma e agli impianti tecnologici a servizio della caserma – collocati nel piano interrato – per una superficie lorda di pavimento complessiva di circa 1044 mq e un volume totale di circa 3650 mc.

La caserma possiede un’impronta planimetrica rettangolare, il cui fronte principale è lungo circa 29 m, con una larghezza di circa 12,6 m.

Il piano interrato (con accesso carrabile da sud) conterrà le autorimesse e locali tecnici. Al piano terra, invece, saranno disposte le principali funzioni della caserma: gli uffici del Corpo Forestale, gli uffici dei Carabinieri territoriali, un ufficio open space, i servizi igienici per il personale, gli archivi e sala stampe e l’area di massima sicurezza, contenente l’armeria e il locale di custodia temporanea dotato di cella e servizi. Al primo piano troveranno posto la parte residenziale composta dai due alloggi e le camerate. Tramite il vano scale si accederà rispettivamente all’interrato e alle camerate al piano primo.

In copertura, composta da un’unica falda inclinata verso sud, sarà posizionato un impianto fotovoltaico composto da 30 moduli per una superficie complessiva di circa 57 mq.

FOTO 2: Modello strutturale in Revit

Dal punto di vista strutturale le elevazioni, al piano interrato, insieme al vano ascensore ed al vano scala (realizzate con calcestruzzo classe C30/37), saranno composte da setti in c.a. generalmente di spessore 25 cm, mentre ai piani superiori saranno costituite da pareti in XLAM 5s di spessore 20 cm (4+4+4+4+4 cm) realizzati in legno massiccio classe C24.

Il solaio tra piano interrato e piano terra sarà realizzato in calcestruzzo armato di spessore 35 cm mentre i solai superiori saranno interamente realizzati in pannelli XLAM di spessore 24 cm.

La fondazione sarà del tipo diretto, ovvero platea in calcestruzzo armato avente spessore pari a 40 cm, con sottostante strato in calcestruzzo magro classe C12/15 dello spessore di 10 cm.

Nella seguente conversazione con il progettista strutturale, ing. Paolo Panniello, è possibile rilevare le diverse complessità dell’opera.

Ogni progetto possiede particolari specificità e comporta una attenzione particolare nei criteri progettuali o nelle soluzioni adottabili. Quali sono state le difficoltà principali che ha incontrato in fase di progettazione?

PP: Il primo grande ostacolo è stato affrontato dal progettista architettonico nel concepire un layout tale da soddisfare le richieste della Committenza in uno spazio decisamente ridotto, riuscendo ad inserirvi tutti i locali necessari al soddisfacimento dei requisiti minimi dettati dall’Arma.
Il primo passo è stato quello di indirizzare e, laddove possibile, esaudire le richieste architettoniche.

Dal punto di vista del progetto strutturale, le maggiori difficoltà sono state riscontrate in particolar modo per le parti aggettanti della struttura, soprattutto per la zona a sud, dove il piano primo sporge di 3 metri rispetto al piano terra: per questo motivo sono state inserite delle travi emergenti in c.a. che lavorano a mensola per sostenere tutto il carico.

Inoltre, Verghereto è classificata zona sismica 2, con accelerazioni orizzontali al bedrock notevoli, amplificate altresì dall’eccentricità esistente tra il baricentro delle masse e quello della rigidezza, rendendo la struttura deformabile torsionalmente. Se si aggiunge anche un carico da neve pari a circa 310 kg/mq la sfida diventa piuttosto ardua.

Infine, all’interno del modello FEM è stato considerato anche il sisma verticale per via della presenza di alcuni elementi in falso: in questo modo sono state analizzate sismicamente tutte e tre le direzioni (le due orizzontali e quella verticale).

Dal punto di vista strutturale ha dovuto affrontare qualche sfida particolare con gli strumenti di calcolo in suo possesso?

PP: Per la progettazione di tale opera è stata effettuata un’analisi dinamica lineare con 24 modi di vibrare, riuscendo ad eccitare più del 95% delle masse presenti in gioco.

Il modello agli elementi finiti è composto da 12174 nodi, 13661 elementi guscio, 1046 elementi membrana, 272 elementi asta, 196 combinazioni di carico allo SLU nonché da 48 combinazioni di carico allo SLV e allo SLO.

Ai solai in XLAM è stato assegnato un comportamento a membrana, in modo tale che nel modello FEM venga recepita l’effettiva rigidezza nel proprio piano dei solai.

Al giorno d'oggi, dove il mercato richiede servizi di qualità in tempi rapidissimi, è impossibile pensare di poter fare a meno di sofisticati strumenti automatici di calcolo con questi numeri.

Però, ovviamente, non può esservi altrettanto ombra di dubbio che la particolarità della struttura abbia richiesto un’attenzione fuori dall’ordinario in fase di modellazione ed interpretazione dei dati, soprattutto per ciò che concerne l’affidabilità del modello e le conseguenti deformate.

FOTO 3: Modello della struttura in 3D – ambiente SISMICAD 

Come può essere utile l’utilizzo di un software di calcolo strutturale? È una questione di riduzione dei tempi o c’è di più?

PP: Il software di calcolo rappresenta lo strumento di un tecnico per l’esercizio della professione. Non esiste il software perfetto ma la scelta dell’uno anziché di un altro è dettata da molteplici aspetti, ad esempio la facilità d’uso, i costi e l’assistenza al cliente.

La direzione presa dalle Normative orienta il progettista a svolgere calcoli sempre più complessi, difficilmente eseguibili a mano. In questi anni si è quindi assistito al progressivo diffondersi di strumenti di verifica automatica tesi ad alleggerire il progettista, almeno in parte, dalle complessità imposte dalla normativa.

È da diverso tempo che utilizzo SISMICAD, della Concrete, restando ogni volta sorpreso, di progetto in progetto, dalla velocità di input degli elementi, dall’affidabilità dei risultati e dalla costante assistenza da parte dello staff tecnico del software house.

Oggigiorno risulta impossibile fare a meno di un software agli elementi finiti: i tempi serrati di consegna e il notevole onere computazionale obbligano i professionisti all’utilizzo di software di calcolo anche per strutture di modesta entità.

È tanto vero che i moderni software di calcolo strutturale consentono di eseguire analisi complesse (analisi statiche o dinamiche, analisi lineari e non lineari) simulando in maniera molto accurata il comportamento della struttura oggetto di analisi, tuttavia ciò non preclude al tecnico di eseguire un controllo dei risultati ottenuti, per stabilire se questi siano attendibili o meno e se siano presenti errori nel modello FEM.

CREDITS

Committenza:

• Agenzia del Demanio (Direzione Regionale Emilia Romagna).

Gruppo di progettazione

• ABACUS (mandataria/capogruppo: aree esterne, edilizia, rilievi, accatastamento);
• Ing. Paolo Panniello (strutturista di SINERGO S.p.A. per la progettazione della parte strutturale);
• SINERGO S.p.A. (mandante: strutture, impianti, geologia);
• DEMOGO (edilizia e aree esterne);
• Dott. For. Alberto Burbello (perizie forestali sulle alberature esistenti);
• SEMPER S.r.l. (archelogia).
• Arch. Elisa Sirombo (certificazione energetica e sviluppo dei Criteri Ambientali Minimi). 

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