Una soluzione tutta gomma per l’isolamento sismico di una struttura esistente in c.a.: le “strutture di trasferimento”

Antonello De Luca, Giuseppe Brandonisio, Simona Luongo, Attilio De Martino - Università di Napoli “Federico II”, Dipartimento di Strutture per l’Ingegneria e l’Architettura.
Giuseppe Mautone - Ingegnere libero professionista, Salerno.
Guglielmo De Stefano, Gennaro D’Onofrio – MIT – Provveditorato Interregionale alle OO.PP. Per la Campania, la Puglia, il Molise e la Basilicata.

Articolo tratto dagli Atti del XVI Convegno ANIDIS - settembre 2015

Nel presente lavoro vengono illustrate le problematiche relative alla progettazione strutturale ed esecutiva dell’intervento di adeguamento sismico dell’edificio sede della caserma dei Carabinieri nel Comune di Quindici (AV), realizzata verso la fine degli anni „80.
Il ricorso alla tecnica dell’isolamento sismico alla base si è reso necessario in quanto i dettagli costruttivi non sono tali da garantire gli standard minimi di sicurezza in caso di sisma. Il sistema strutturale esistente è, infatti, privo sia di duttilità locale che globale.
Per conseguire l’adeguamento sismico della struttura esistente in c.a. mediante l’isolamento sismico alla base, si è adottata una soluzione “tutta gomma”, che ha comportato la riduzione dei punti di appoggio della costruzione, passando da 68 pilastri in c.a. a 31 isolatori sismici HDRB, con la conseguente necessità di progettare e realizzare una struttura di trasferimento che merita un’attenzione particolare, stante la sua innovazione e considerato che, a conoscenza degli autori, non esistono realizzazioni di tale tipo nel mondo.

INTRODUZIONE
L’intervento illustrato in questo articolo è rappresentativo di un’applicazione su un edificio esistente in c. a. dei principi d’isolamento sismico, con trasferimento dei carichi della sovrastruttura a pochi punti d’appoggio (gli isolatori sismici), per concentrar gli sforzi normali sui dispositivi.
La volontà di applicare un sistema d’isolamento sismico con una soluzione tutta gomma è dettata dalla consapevolezza che la teoria che regola l’utilizzo degli isolatori elastomerici per l’isolamento sismico è ormai consolidata e discende da decenni di sperimentazione a partire dagli anni ‘80 negli Stati Uniti. Al contrario i sistemi d’isolamento FPS, diffusamente applicati in l’Aquila in seguito al terremoto del 2009, essendo di nuova generazione, non sono supportati da una consolidata sperimentazione, e soprattutto non hanno ancora testato terremoti reali. Inoltre, con l’esperienza della ricostruzione post-sisma in Abruzzo si sono registrate anche problematiche legate al funzionamento delle superfici di scorrimento, con conseguente necessità di sostituire alcuni dispositivi sismici FPS.
L’adeguamento sismico della Caserma dei Carabinieri di Quindici (AV), con l’utilizzo di soli dispositivi elastomerici (soluzione tutta gomma), è un intervento che, a conoscenza degli autori, risulta essere l’unico al mondo nel suo genere.
Infatti, l’operazione prevista dal progetto, che ne contraddistingue l’unicità, prevede il passaggio dei carichi gravitazionali da 68 pilastri a 31 isolatori elastomerici, attraverso una struttura di trasferimento costituita da un graticcio superiore di travi che ingloba le travi del primo impalcato ed un graticcio inferiore di travi che ingloba la fondazione esistente.
Essendo un intervento di adeguamento sismico, le scelte progettuali hanno dovuto confrontarsi con lo stato di fatto dovendo fronteggiare numerose esigenze e problematiche che nella progettazione ex nova non si presentano.

La metodologia adottata, infatti, utilizza il concetto di realizzazione “per cantieri”, con il quale tanti restauri complessi, ad esempio quelli che hanno adottato il metodo della sostruzione, sono stati realizzati nel corso della storia delle costruzioni.

Nel caso in esame, il principio della realizzazione “per cantieri”, è stato dettagliato attraverso la definizione dei singoli cantieri e delle seguenti singole tempistiche:

1) realizzazione trave inferiore per cantieri e dei bulbi in corrispondenza degli isolatori;

2) predisposizione dei casseri delle travi superiori;

3) getto del calcestruzzo delle travi superiori;

4) scasseratura delle travi superiori;

5) appoggio degli isolatori sui bulbi in c.a.;

6) taglio del singolo pilastro;

7) completamento della trave inferiore in corrispondenza del pilastro tagliato, trave che comunque poggia sul reticolo di travi inferiori già esistenti.

Le fasi 6 e 7 sono quelle realizzate “per cantieri”. A valle di ogni taglio dei pilastri esistenti, sia la trave superiore che il dispositivo di isolamento inizieranno a “lavorare” nell’intorno del taglio del pilastro esistente. Nelle altre zone, la messa in carico dei dispositivi e delle travi superiori non avviene fino a quando non vengono tagliati, “per cantieri”, i pilastri adiacenti. Prima dei tagli gli isolatori non sono quindi messi in carico.

La procedura “per cantieri” consente pertanto la messa in carico degli isolatori uno per volta. Va inoltre aggiunto che:
- la rigidezza del graticcio di travi in testa ai dispositivi;
- la rigidezza verticale degli isolatori (appositamente progettati a tale scopo, con un fattore di forma primario elevato, S1=20);
- la presenza del rustico in elevazione, e quindi l’assenza di elementi fragili in elevazione e, nel contempo, di carichi estremamente ridotti;

consentono l’esecuzione di tali operazioni in assoluta sicurezza, con margini di gran lunga superiori a quelli che la struttura ha in fase di esercizio.

2 L’EDIFICIO ED IL PROGETTO
2.1 Lo stato di fatto
La costruzione dell’opera esistente è iniziata alla fine degli anni ‘80, e non è stata mai completata. Il manufatto è costituito da tre corpi di fabbrica distinti (Figura 1): il primo (blocco A), si sviluppa su tre livelli di cui uno interrato; il secondo (blocco B), in parte su tre in parte su due livelli; l’ultimo (blocco C), su soli due livelli, di cui uno interrato.
I tre blocchi risultano sconnessi tra loro da un giunto sismico di spessore pari a 10 cm (Figura 2).

Figura 1. Volumetrico con individuazione dei tre blocchi.

Figura 2. Giunto sismico di 10 cm tra il blocco B e C.

Allo stato attuale, così come si evince dalla foto di Figura 3, risultano realizzate le opere strutturali e parte delle tamponature e tramezzature, mentre mancano totalmente le finiture.

Figura 3. Blocco B e C nello stato di fatto.

Le strutture esistenti sono state progettate e realizzato con i seguenti materiali:
- calcestruzzo: Rck 250 (attuale C20/25).
- acciaio FeB38K (non esiste più).

È stata eseguita una campagna di saggi sui materiali esistenti e di indagini sui terreni presenti in sito, per una corretta e completa caratterizzazione meccanica dei materiali e dei terreni stessi. Le prove eseguite hanno confermato le caratteristiche meccaniche dei materiali strutturali previsti in progetto. Non risulta degrado degli stessi.

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