Progetto di ristrutturazione globale con miglioramento sismico e valutazione della vulnerabilità sismica

L’istituto grafico dei padri Dehoniani di Bologna

DESCRIZIONE DELL’INTERVENTO
Questo articolo affronta il progetto di ristrutturazione globale e ampliamento di un edificio con cambio d'uso parziale da laboratori/uffici a laboratori/uffici ed uso scolastico.
L’edificio esistente, nato all’inizio degli anni 70, era la sede produttiva di una delle maggiori case editrici cattoliche italiane. L’obiettivo dell’intervento è stato quello di insediare qui una scuola privata parificata, la cui sede attuale era carente in termini di spazi e dotazioni scolastiche, nonché di recuperare la parte residua ai piani del fabbricato ad uso delle attività religiose (dal livello 3 al livello 6), rivedendo gli spazi in un layout più funzionale. Tale intervento è inquadrato nell'ambito del miglioramento sismico ai sensi par. 8.4.2 delle NTC 2008, finalizzato ad accrescere la capacita di resistenza e duttilità del sistema costruttivo alle azioni considerate.
L’edificio è un fabbricato a pianta rettangolare costituito da un piano interrato, un piano terra, un piano ammezzato, un piano di copertura perimetrale basso, quattro piani tipo e un piano di copertura. Ci sono inoltre ulteriori livelli intermedi che costituiscono delle piccole porzioni di solai relativi ad un corpo adiacente al vano scala aggettante.
I primi tre livelli sono dotati di pari dimensioni planimetriche mentre i rimanenti livelli hanno un’ ampiezza inferiore. Questi ultimi (tranne il coperto) avevano una funzione amministrativa di supporto alla produzione sviluppata ai piani bassi. Gli elementi di connessione verticale sono due vani scala, uno interno e uno esterno al volume di fabbrica (aggettante), totalmente in calcestruzzo a vista. Tale fabbricato è costituito da un sistema costruttivo principale in cemento armato, non regolare in pianta ed elevazione, rappresentato da due telai longitudinali in c.a. composti da pilastri e travi in spessore. I solai in latero cemento gettato in opera sono disposti in senso trasversale e hanno uno spessore di 50 cm e una luce netta di oltre 10 m con unico rompitratta centrale. Non e presente un’orditura di travi trasversali che colleghino i due telai, a meno di travi di bordo sui lati corti. In corrispondenza dei nodi principali, a lato interno del fabbricato, sono presenti alcuni cavedi passanti. Le caratteristiche riscontrate per le travi e i solai sono giustificate dai notevoli sovraccarichi variabili per i quali sono stati progettati ed effettivamente poi utilizzati (servizi tecnico-amministrativi editoriali e alcuni locali destinati a magazzini).
Oltre alla struttura a travi e pilastri sono presenti i vani scala e i vani ascensore e montacarichi. I 2 vani scala sono delimitati da pareti in c.a. faccia vista gettati in opera; i vani ascensore e montacarichi sono anch'essi in c.a. faccia vista.
Le fondazioni, dai saggi effettuati, risultano essere dirette, attestate a circa 120 cm (estradosso plinti) dall’attuale piano finito del livello 0.
Dal preliminare rilievo effettuato e dalla analisi qualitativa e quantitativa si sottolinea quanto segue, fatto salvo quanto sarà ulteriormente evidenziato dai risultati dell’analisi sismica:
• non si riscontra riduzione evidente della capacita resistente e/o deformativa della struttura o di alcune sue parti dovuta ad azioni ambientali (sisma, vento, neve e temperatura), azioni eccezionali (urti, incendi, esplosioni), situazioni di funzionamento ed uso anomalo, deformazioni significative imposte da cedimenti del terreno di fondazione;
• il degrado dei materiali (carbonatazione del calcestruzzo, ossidazione del ferro) è modesto e "fisiologico" sia per le strutture esposte che per quelle interne (non soggette ad ambiente aggressivo);
• non risultano palesi difetti di impostazione progettuale (ai carichi verticali) e di realizzazione;
• le strutture indagate non presentano modificazioni significative rispetto alla situazione originaria;
• le travi e i travetti di solaio, in quanto soggetti a carichi variabili elevati nello stato di fatto, sono stati armati a flessione e taglio (anche i travetti in opera del solaio presentano staffe e anche la soletta collaborante è armata con barre incrociate per meglio ripartire i forti carichi previsti);
• i forti sovraccarichi variabili e le elevate luci dei solai e delle travi e uniti all’assenza di criteri di gerarchia di resistenza fra travi e pilastri comportano la crisi sotto sisma per meccanismi di piano debole nei pilastri, accentuando la tendenza (difficile da invertire nel caso specifico) ad avere "travi forti e pilastri deboli", oppure per meccanismi fragili di taglio nei pilastri o nei nodi;
• oltre alle rotture fragili e da considerare anche la plasticizzazione alla base dei setti trasversali (concentrata in fondazione) del fabbricato vista la scarsa armatura di ripresa che contrasta lo scorrimento sismico.

MIGLIORAMENTO SISMICO: OBIETTIVI E INTERVENTI
Preso atto dello stato di fatto con destinazione d'uso Scuola l’intervento di ristrutturazione persegue le seguente finalità:
• insediare una scuola privata parificata, ad oggi carente in termini di spazi e dotazioni scolastiche normativamente richieste);
• recuperare la parte residua ai piani del fabbricato ad uso delle attività religiose, rivedendo gli spazi in un layout più funzionale.
Il progetto architettonico e quello strutturale si sono ispirati all' obiettivo primario di :
a) non sopraelevare la costruzione;
b) non ampliare la costruzione mediante opere strutturalmente connesse;
c) non apportare variazioni di classe e/o di destinazione d’uso che comportino incrementi dei carichi globali (permanenti e variabili) in fondazione superiori al 10%;
d) non effettuare interventi strutturali volti a trasformare la costruzione mediante un insieme sistematico di opere che portino ad un organismo edilizio diverso dal precedente.
Gli interventi non dichiaratamente strutturali non influiscono sulla capacita e rigidezza degli elementi strutturali. Premesso tutto quanto sopra, l'intervento oggetto di richiesta di variante sostanziale all’autorizzazione sismica già rilasciata e inquadrato nell'ambito del miglioramento sismico ai sensi par. 8.4.2 del DM 14/01/2008 finalizzato ad accrescere la capacita di resistenza e duttilità del sistema costruttivo alle azioni considerate.
Si evidenzia che la valutazione della sicurezza e stata elaborata assumendo lo spettro di risposta SLV, vita nominale 50 anni, classe d'uso III suscettibile di affollamento, TR=712 anni, suolo C sia nello stato di fatto che di progetto. Sono escluse le verifiche allo SLE; i livelli di prestazione sono stati stabiliti dal progettista di concerto con il Committente.
Il miglioramento sismico viene motivato e sostenuto da quattro punti chiave fondamentali:
1) Distacco totale mediante giunto sismico tra questo edificio e quello adiacente. Le strutture orizzontali e verticali dei due edifici, a differenza del progetto autorizzato, verranno distaccate totalmente di 12 cm, realizzando un giunto sismico vero e proprio secondo le prescrizioni delle NTC08. La scelta progettuale elimina alla base il rischio di martellamento tra i due fabbricati nel caso di azione sismica unita a modi di vibrare asincroni tra i fabbricati stessi, scongiurando le dannose interazioni che ne deriverebbero.
2) Miglioramento dei meccanismi a rottura fragile e duttile. L’esperienza pratica in caso di sisma ha confermato che una delle cause principali di crollo e costituita dai meccanismi di collasso fragile: gli edifici crollano per rottura a taglio dei pilastri, per rottura dei nodi e per scorrimento tra la sommità dei pilastri e la trave in corrispondenza della ripresa dei getti. Inoltre, i meccanismi a rottura fragile avvengono per eventi sismici con valori di accelerazione di picco al suolo molto bassi quando tutta la struttura e ancora in campo lineare.
Non meno importanti per il fabbricato in oggetto appaiono i meccanismi a rottura duttile, che sono stati presi in considerazione per tutti gli elementi strutturali, sia nello stato di fatto che in quello di progetto, abbandonando l’ipotesi di comportamento elastico del sistema ed esplorando le risorse plastiche. Sono state effettuate quindi modellazioni diverse per i due diversi tipi di rottura giungendo ai seguenti risultati riassunti nelle tabelle/grafici che seguono.
3) Diminuzione dei carichi permanenti e variabili. Il solai nei vari impalcati subiscono una riduzione di peso permanente, permanente portato, variabile in base alle zone.
4) Interventi strutturali antisismici.
A. I setti costituenti i vani scala principali vengono rinforzati in fondazione al di sotto della quota -4.50m per assorbire totalmente lo scorrimento sismico di base. Di seguito un immagine estratta dall’elaborato grafico di progetto.

In elevazione le pareti trasversali del vano scala 1 vengono rinforzate dal livello 0 al livello 2 per assorbire il taglio sismico sollecitante scaturito dall’analisi dinamica modale. Il rinforzo e costituito da un’incamiciatura effettuata tramite una malta tixotropica a ritiro compensato applicata a spruzzo che aumenta per due elevazioni lo spessore. Tale malta applicata a spruzzo fascia completamente il setto: la continuità sezionale e migliorata da connettori passanti tra una faccia e l’altra disposti a quinconce. Di seguito l’individuazione planimetrica e sezionale dell’intervento appena descritto.

La figura che segue riassume invece assonometricamente i due interventi nel vano 1: quello relativo allo scorrimento sismico e quello relativo al rinforzo a taglio, rispettivamente tratteggiato e a tinta uniforme.

B. Nel livello 2 viene ripristinata la continuità del solaio rigido nelle porzioni originariamente a doppio volume.
C. Dal livello 3 fino al livello di copertura viene eseguita la chiusura mediante soletta piena in c.a. del montacarichi isolato alla quota dei solai e verranno ingrossate le travi di collegamento tra i telai e i vani scale. In tal modo viene migliorata ridistribuzione orizzontale dei carichi e quindi la risposta sismica globale.
Con tali provvedimenti le oscillazioni elastiche vengono regolarizzate ed inoltre vengono abbattuti gli indici di vulnerabilità sismica relativi alle travi di collegamento ristrette tra telai e setti.