Adeguamento sismico di un edificio residenziale in c.a. mediante strutture in acciaio: le fasi dell’intervento

Rubrica a cura di Fondazione Promozione Acciaio
 
Nell’intervento utilizzati telai e sistemi reticolari in acciaio provvisori per permettere l'esecuzione degli interventi di adeguamento.
  
Il lavoro descritto riguarda un intervento di riparazione con adeguamento sismico di un edificio residenziale in c.a., ubicato in Località Pettino (AQ), risultato danneggiato a seguito dell’evento sismico del 6 Aprile 2009, con classificazione E (edificio inagibile per rischio strutturale, non strutturale o geotecnico).
L’adeguamento sismico è stato conseguito mediante l’introduzione di isolatori sismici all’intradosso del primo impalcato e la sostituzione di tutte le colonne del piano terra con elementi in acciaio.
 
 
Telai e sistemi reticolari in acciaio provvisori sono stati utilizzati per permettere l'esecuzione degli interventi di adeguamento, sfruttando la versatilità e la semplicità di montaggio di tali elementi.
 
DESCRIZIONE DELL'EDIFICIO E DELLO STATO DI DANNO A SEGUITO DEL SISMA
L’immobile si estende su cinque livelli di piano fuori terra ed un sottotetto. Il piano terra, adibito a garages ai quali si accede direttamente dal piazzale antistante l’edificio, è collegato tramite il vano scala ed un ascensore ai livelli superiori. Un muro di contenimento della rampa di accesso è realizzato in adiacenza al fabbricato. L’altezza di interpiano è al piano terra pari a 2,75 m, ed ai piani superiori pari a 2,80 m. La struttura portante, è del tipo intelaiata in calcestruzzo armato e risulta essere regolare sia in pianta che in altezza. I pilastri di dimensioni 30x50, al piano terra, e di dimensioni 30x50 e 30x40 agli impalcati superiori, sono fondati su fondazioni a travi rovesce. Per quanto riguarda le travi di impalcato, si sono riscontrate due tipologie: travi alte di dimensioni 30x50, e travi a spessore di dimensioni 50x20. 
 


A seguito del sisma dell'Aquila del 6 Aprile 2009, sono riscontrati danni strutturali gravi sulla quasi totalità dei pilastri del piano terra, e sulle tamponature e tramezzature con presenza di lesioni molto diffuse e passanti, perdita della verticalità, schiacciamenti alla base con espulsione di materiale ed in alcuni casi crollo dell’elemento
 
 

La causa principale di danneggiamento è imputabile all’attivazione di un meccanismo di martellamento tra la struttura ed il muro di contenimento della rampa di accesso, realizzato adiacente all’edificio, determinando effetti torsionali sfavorevoli ed incrementando quindi le sollecitazioni taglianti sui pilastri del piano terra.
 
Queste sollecitazioni hanno provocato inoltre il taglio della scala in corrispondenza della rampa di arrivo al primo piano, al di sotto del solaio, ed il distacco della parete del vano scala al di sotto della trave del primo impalcato, con crollo parziale delle pareti del vano scala e vano ascensore.
 
 
 
 
 
 
DESCRIZIONE DELL'INTERVENTO DI RIPARAZIONE E ADEGUAMENTO
La ricerca dell'intervento ottimale, sia in termini tecnici che economici, ha previsto lo studio di tre diverse soluzioni: la prima consentiva il raggiungimento di un miglioramento sismico pari al 60% (il minimo richiesto dall’ OPCM 3790); la seconda il raggiungimento del miglioramento dell’80% (soglia superiore richiesta dall’ OPCM 3790) rispetto ad un edificio a Norma di Legge; la terza un adeguamento mediante l’inserimento di isolatori sismici, sostituzione delle colonne con profili in acciaio e l'utilizzo di elementi in acciaio provvisori. Il confronto tra le tre soluzioni ha determinato la convenienza, dal punto di vista economico e tecnico, dell'ultima soluzione. 

L’intervento di adeguamento con l’inserimento degli isolatori sismici, ha comportato la demolizione della totalità dei pilastri del primo livello di piano, previo smantellamento degli elementi secondari del piano terra e del primo piano, della scala fino all’intradosso del primo solaio, e della fondazione esistente, anch’essa risultata compromessa e soprattutto debolmente armata.
 
 
 
 
I pilastri demoliti sono stati sostituiti con pilastri in profili cavi circolari in acciaio D 505 mm sp 12 mm, su fondazione a plinto di dimensioni 2,40x3,60 m e h=0,80 m, ciascuno su n°6 micropali ?200 mm di lunghezza L=19 m, collegati da una soletta superiore dello spessore  di 15 cm. 
 
La scelta di inserire nuovi pilastri in acciaio è stata adottata per la semplicità di posa e al fine di ridurre al minimo i tempi di lavorazione in cantiere. 
Per realizzare il taglio dei pilastri esistenti, si è reso necessario l’inserimento di una struttura di sostegno, provvisoria, costituita da telai in acciaio, fondati su dadi di fondazione realizzati in testa agli stessi micropali dei plinti futuri. In testa ai portali metallici sono stati posizionati dei martinetti idraulici di contrasto per il puntellamento dell’edificio. L’intervento di taglio dei pilastri è stato eseguito procedendo per allineamenti successivi e, per ciascun allineamento, sostituendo un elemento alla volta o massimo due contemporaneamente. 
 
Per prevenire la rottura delle travi del primo piano durante le fasi di puntellamento e taglio dei pilastri del piano terra, esse sono state rinforzate mediante fasce in FRP e sono stati inseriti degli elementi reticolari provvisori in acciaio, profili HEA240, al piano primo.
 
Questi elementi hanno la funzione di scaricare le travi in c.a., esistenti, dalle azioni indotte dal puntellamento dell’edificio nei punti di applicazione dei martinetti idraulici, riportando tali azioni ai nodi in corrispondenza del secondo impalcato, contribuendo inoltre alla realizzazione di un piano estremamente rigido durante le fasi di taglio dei pilastri.
 
 
  
 
Le fasi in cui si è suddiviso l'intervento possono essere riassunte in:
  • Demolizione e rimozione tamponature, tramezzature, impianti e finiture piano terra e primo, e demolizione della scala al piano terra;
  • Scavo per abbassamento del livello di piano del terreno fino alla quota del piano di posa delle travi di fondazioni esistenti;
  • Realizzazione di tutti i micropali e dei dadi di fondazione, con in testa i tirafondi per il posizionamento dei portali metallici per il contrasto della struttura, che costituiscono il getto di 1a fase delle nuove zattere di fondazione, lasciando i ferri di attesa per il getto successivo;
  • Interventi di rinforzo struttura esistente (rinforzi con FRP e inserimento del sistema reticolare in acciaio);
  • Disposizione dei portali metallici, in HEB320, a sostegno dei martinetti di contrasto dell’allineamento interessato, bullonati sulla testa dei dadi di fondazione precedentemente realizzati;
  • Per ogni allineamento si è proceduto alla sostituzione dei pilastri , procedendo uno, massimo due alla volta, seguendo le sottofasi di seguito descritte:

- Taglio con sega circolare delle travi di fondazione interessate;

- Taglio pilastro con sega circolare, all’intradosso della trave del primo impalcato, demolizione con martello demolitore e rimozione dello stesso;

-Inserimento del pulvino in acciaio fissato all’intradosso della trave del primo impalato, necessario per l’alloggiamento dell’isolatore sismico;

- Realizzazione nuova fondazione in c.a. (getto di 2a fase), garantendo la continuità di getto con il dado realizzato precedentemente, in modo da ottenere la monoliticità della stessa;

- Montaggio del pilastro in acciaio;

- Montaggio dell’isolatore sismico in testa del pilastro in acciaio;

- Scarico martinetti idraulici al termine della sostituzione dell’ultimo pilastro dell’allineamento.

  • Rimozione dei martinetti e dei portali di sostegno, rimontaggio per l’allineamento successivo e ripetizione delle fasi precedentemente descritte;
  • Realizzazione della scala di accesso al piano primo, precedentemente demolita, prevedendo un giunto di 5 cm al di sotto del secondo gradino, in modo da garantire il libero movimento del piano terra rispetto al piano primo;
  • Realizzazione vano ascensore al piano terra;
  • Realizzazione tubazioni impiantistiche e dei giunti necessari. 
La versatilità e la leggerezza degli elementi in acciaio hanno permesso di eseguire i lavori di taglio e sostituzione dei pilastri in c.a. in breve tempo (circa 5 mesi per la sostituzione di 30 pilastri) e di eseguire i lavori in sicurezza e limitando al minimo gli interventi sulle travi esistenti del primo impalcato.

COMMITTENTE: Privato
PROGETTO ARCHITETTONICO, STRUTTURALE E DL: Società di ingegneria Sirio Engineering Group srl - Ing. Maurilio Santoprete; Ing. Serafino Di Mattia; Ing. Alessia Ciferri (collaboratrice)
COSTRUTTORE METALLICO: IMPRESA GALLESE di Avezzano(AQ