Adeguamento sismico della Scuola di Montepulciano, edificio in muratura del 1940

Tema sviluppato e analizzato dal laureando Luca Protasi (geometra di professione) con l’utilizzo dell’applicativo MasterSap 4U e di altri software della Suite 4U, che AMV concede in comodato d’uso gratuito agli studenti per lo studio e la redazione della tesi di laurea insieme al supporto tecnico qualificato del reparto di Assistenza Tecnica e Consulenza Professionale in cui operano ingegneri strutturisti.

La struttura oggetto di studio è l’edificio che ospita l’Istituto Comprensivo “I. Origo” di Montepulciano in provincia di Siena. L’iter per la sua costruzione ebbe inizio negli anni ’30 del secolo scorso, del progetto si trova documentazione nell’Archivio storico del Comune, della data di completamento dei lavori, che risale al 1940, testimonia un articolo del giornale locale Araldo Poliziano.

L’edificio è in muratura con pianta a ferro di cavallo e si sviluppa a mezza costa su cinque livelli, di cui due seminterrati e tre fuori terra (Figura 5, in cui si vede l’istituto scolastico posto fuori le mura del centro storico di Montepulciano). La superficie complessiva lorda è di 6600 metri quadrati, quella calpestabile è di 4970 metri quadrati.

La struttura e le aree limitrofe sono state rilevate dal tesista, geom. Luca Protasi, con l’ausilio di strumentazione di alta precisione laser scanner «Leica BLK360 G1», inoltre sono state fatte verifiche puntuali con sistemi tradizionali quali laser metrico e metro a stecca. Il rilievo ha necessitato di 440 scansioni effettate posizionando lo scanner su tre piedi (con l’estensione fino a 5 m di altezza).

La nuvola di punti generata ha permesso di realizzare una rigorosa e dettagliata rappresentazione grafica di piante, prospetti e sezioni che descrivono sia gli aspetti architettonici, sia le strutture in vista. Il rilievo non ha riguardato solo gli aspetti geometrici, sono stati infatti eseguiti anche dei sopralluoghi di indagine della struttura entro i locali della scuola.

Analisi storico – critica dell’organismo strutturale

Da un’attenta analisi dei documenti rinvenuti e grazie ai meticolosi rilievi geometrici della struttura e alle attente indagini in situ, unitamente alle testimonianze raccolte, si può ipotizzare quanto di seguito illustrato in sintesi.

L’edificio è stato costruito in conformità all’ultima versione progettuale presente nell’archivio storico del Comune di Montepulciano. L’elenco delle lavorazioni, parte integrante del progetto del 1937-1938, prevedeva la realizzazione di un tetto con struttura portante in legno di tipologia analoga agli altri solai. A tal proposito è utile segnalare che le indagini eseguite nelle murature di sottotetto hanno permesso di rilevare delle nicchie a intervalli regolari e la presenza di monconi di travi in legno tagliate e lasciate entro la muratura, ciò è prova del fatto che la struttura di copertura originaria fosse in legno, inoltre, sembrerebbe plausibile pensare che fosse realizzata a capriate, quindi non spingente.

La copertura attuale è stata quindi realizzata a sostituzione della copertura originaria; tuttavia, di questo intervento non sono state rinvenute prove documentali, se ne ha l’evidenza solo dalle indagini visive. Inoltre, essendo state utilizzate travi prefabbricate della Prefabbricati Peruzzi, impresa locale molto nota all’epoca, non più attiva ma che ancora oggi annovera ex dipendenti in zona, si può supporre che la realizzazione della nuova copertura, giunta fino a noi, sia riconducibile al periodo tra il 1955 e il 1965.
Il corpo di fabbrica principale, a eccezione della suddetta copertura, non risulta aver subito modifiche.

A un attento controllo visivo, il fabbricato risulta in buone condizioni, non si ravvisano deformazioni o dissesti significativi. Si segnala solo la presenza di fessurazioni riscontrate nella parte centrale del prospetto frontale del fabbricato, fessure che sono state oggetto di interventi di stuccatura e ritinteggiatura. Con ogni probabilità tali fenomeni sono riconducibili in parte all’effetto spingente del tetto (le piccole lesioni riscontrate al piano primo sono state rilevate in corrispondenza di alcune delle travi di copertura di maggior sezione), in parte alla mancanza di un efficace comportamento scatolare dell’organismo strutturale sismo resistente. Quest’ultimo aspetto è dovuto alla presenza di pannelli murari che non sono collegati ai pannelli ortogonali e a solai di piano con scarsa o pressoché nulla rigidezza nel proprio piano.

Descrizione e definizione dell’organismo strutturale

La struttura portante dell’edificio è realizzata in muratura in un periodo storico in cui, per la tipologia di adottata, non esistevano normative tecniche di riferimento. Grazie a un’attenta analisi visiva dello stato di fatto dei luoghi e dell’opera si può dire che l’edificio è stato realizzato a regola d’arte.

I paramenti murari del complesso scolastico sono in pietra a spacco con tessitura e connessione trasversale di buona qualità. Solo l’elevato di sottotetto è realizzato in mattoni pieni (Figura 9). Gli spessori sono degradanti: si parte dal piano più basso con muri di spessore 95 cm, fino ad arrivare a muri di spessore 30 cm (Figura 12). Nel modello di calcolo stati considerati tutti i muri di spessore maggiore uguale a 30 cm, si segnala che sono pochissimi i muri con spessori inferiori.

Il prospetto principale presenta un rivestimento facciavista in mattoni di cotto al piano primo e calcestruzzo posato simil pietra al piano terra (Figura 1). Questo rivestimento non è stato considerato parte della muratura portante; è stato quindi modellato uno spessore pari a quello rilevato e decurtato del rivestimento; il rivestimento è stato considerato nel modello come carico (Figura 13).

I solai di piano (Figura 10) sono realizzati con struttura portante primaria e secondaria in legno: le travi principali hanno sezione di circa 20x30 cm, luce media di 6,50 m (non superiore a 7 m) e interasse di 1,60m; i travetti secondari hanno sezione 8x8 cm e interasse di 40 cm. Al di sopra della struttura lignea poggiano tavelle in laterizio, su esse inerti di riempimento e a finitura vi è una pavimentazione in mattonelle di graniglia.

Il solaio di copertura (Figura 7) è realizzato con travi in c.a. di spessore variabile, in parte gettate in opera, in parte prefabbricate tipo “Varese”, e tavelloni in laterizio, il manto di copertura è in tegole tipo marsigliese.
Non si riscontra la presenza di cordoli nelle murature perimetrali, né di solette armate. In alcune zone della copertura si rileva la presenza di tiranti in acciaio (Figura 8) finalizzati all’eliminazione della spinta della struttura di copertura, probabilmente di realizzazione “postuma” alla costruzione della nuova copertura in c.a. la quale risulta quindi prevalentemente spingente.

Modello di riferimento per le analisi

L’analisi storico-critica, il rilievo, le indagini in situ, la conseguente caratterizzazione meccanica dei materiali e definizione del Livello di Conoscenza (Fattori di Confidenza) e delle azioni presenti nella struttura (carichi permanenti, sovraccarichi accidentali, spinte del terreno) hanno permesso la definizione del modello di riferimento per le analisi nel software di calcolo strutturale MasterSap, in cui sono state poi eseguite tutte le verifiche previste dalla normativa italiana vigente (Norme Tecniche per le Costruzioni del 2018 e relativa Circolare esplicativa del 2019).

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La struttura è stata valutata con un’analisi lineare statica.

L’organismo strutturale costituito dalla muratura è stato rappresentato nel modello con elementi finiti bidimensionali tipo guscio, mentre la struttura di copertura e alcuni architravi di piano sono stati rappresentati con elementi monodimensionali tipo beam. Non vi sono relazioni di piano rigido poiché, come detto, i solai non possono essere considerati tali.

Nel modello a elementi finiti non è stata rappresentata la struttura di fondazione, l’edificio è “vincolato a terra” attraverso vincoli esterni di tipo incastro. Questo tipo di modellazione ci pone in favore di sicurezza per quel che riguarda la verifica della sovrastruttura.

È stata inoltre rappresentata la presenza dei muri di contenimento addossati all’edificio (Figura 15), poiché svolgono anche funzione di contrafforte nei confronti della struttura esaminata. Sono stati quindi introdotti nel modello elementi tipo “trave” resistenti a sola compressione. In modo analogo per il piano stradale.

La procedura implementata nel solutore LiFE di MasterSap 4U prevede che, quando nelle analisi delle combinazioni di carico questi elementi risultano tesi, essi vengono rimossi dal modello. Questo aspetto inserito nel modello si coglie perfettamente nella rappresentazione della deformata della struttura, che in quei punti offre un “vincolo” solo quando tali elementi risultano compressi. 

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