Adeguamento sismico ed efficientamento energetico del Municipio di Mareno di Piave: progettazione ed esecuzione

L’intervento descritto è quello di adeguamento sismico e di efficientamento energetico, con ottenimento di edificio NZEB, del Municipio del comune di Mareno di Piave, in provincia di Treviso. 

Il Comune di Mareno è situato in zona sismica 3 (prossima alla 2) e l’edificio insiste su un suolo di categoria C: la domanda di accelerazione sismica alla base dell’edificio allo SLV (tempo di ritorno TR=950 anni) è pari a PGA_DLV=0,349g. La corrispondente capacità di resistenza allo stato di fatto, derivante dalla valutazione di vulnerabilità sismica è pari a PGA_CLV=0,119g. Conseguentemente l’indice di rischio sismico allo stato di fatto è pari a Ir_(ag),SLV=0,34.

L’edificio risulta essere d’interesse strategico per la Protezione Civile ai sensi della DGR Veneto n° 3645 del 28 Novembre 2003, in quanto sede delle funzioni amministrati comunali. Vi era pertanto la necessità di realizzare quanto meno un intervento di miglioramento sismico.

L’adeguamento sismico ed energetico è stato realizzato con l’utilizzo del cappotto sismico in grado di colmare le carenze sismiche dell’edificio e contemporaneamente di migliorare le prestazioni energetiche, sia termiche che acustiche, delle superfici verticali opache esistenti. Il cappotto sismico adottato è prodotto dalla ditta Ecosism srl. 

Prospetti Sud e Ovest del Municipio

 

Descrizione dello stato di fatto dell'edificio pubblico

Stato di fatto: strutturale ed architettonico

Il municipio si sviluppa su un’area di 30.57x15.36 m. Composto da un piano interrato e da tre piani fuori terra, è il risultato di successivi interventi di ampliamento e ristrutturazione. Non è stato possibile stabilire l’anno esatto di costruzione del corpo principale, ma si è riusciti comunque a svolgere un’attenta analisi storico-critica dell’edificio.

Sono state effettuate indagini sulle strutture al fine di individuare la tipologia di murature presenti, la tipologia e l'orditura dei solai, la tipologia delle fondazioni del corpo principale, mentre per le strutture in cemento armato realizzate negli anni ’90 del secolo scorso, per le quali si è in possesso della documentazione di progetto e collaudo, si sono svolte alcune verifiche a campione. Complessivamente si è raggiunto un livello di conoscenza del fabbricato LC2.

Come detto l’edificio è composto da corpi, frutto di ampliamenti successivi, separati da giunto di costruzione:

- Corpo principale: di cui non si conosce l’anno di realizzazione, ma che è stato oggetto a ristrutturazione negli anni 90. È stato oggetto di numerosi interventi di modifica con eliminazione di ampi tratti di muratura portante originaria. Nella zona ovest è stato demolito un intero muro portante al piano terra, sostituito da un portale in acciaio, per poter realizzare l’aula consiliare. Mentre, nella zona centrale è stata realizzata una nuova scale al posto delle due precedentemente esistenti.

- Ampliamento con interrato realizzato negli anni 80: l’interrato è stato realizzato con muri in calcestruzzo ospita la centrale di condizionamento; la struttura portante in elevazione risulta essere in muratura di laterizio. Questo ampliamento è stato realizzato in adiacenza al corpo principale in assenza di giunti strutturali.

- Ampliamento con interrato realizzato negli anni 90: anche questo interrato è stato realizzato con muri in calcestruzzo e ospita la centrale termica, ma la struttura portante superiore, a differenza del primo ampliamento in muratura portante, risulta essere realizzata con un telaio in cemento armato tamponato con murature in laterizio. In questa porzione ha trovato posto anche il vano ascensore. E’ separata dal corpo principale da un giunto strutturale di circa 3 cm.

- Portico ricostruito negli anni 90: da foto storiche il portico risultava a pianta rettangolare. Negli anni 90 è stato demolito e ricostruito con un nuovo portico in cemento armato, mantenendone altezza e lunghezza del precedente, ma aumentandone la pianta. Il nuovo portico è sorretto da colonne in calcestruzzo armato ed è separato da giunto sismico rispetto al corpo principale.

Pianta del piano terra con individuazione dei giunti di costruzione con linee tratteggiate rosse

 

Lo stato di conservazione e le finiture degli ambienti interni risultano buoni: le ispezioni non hanno evidenziato fessure di rilievo, se non localizzate nei giunti di costruzione fra i vari ampliamenti.

Verifiche statiche

Si sono condotte le verifiche di resistenza delle murature portanti in mattoni pieni, le quali risultano verificate.

Inoltre, si sono calcolate le tensioni medie sul terreno alla base della fondazione delle murature portanti: il rapporto fra portanza, calcolata in base alle caratteristiche geometriche delle fondazioni e quelle del terreno derivanti dall’indagine geologica, e il carico medio trasmesso alle fondazioni è inferiore all’unità: perciò la verifica di portanza delle fondazioni non risultava soddisfatta. Dalle indagini in situ, non si sono evidenziate evidenti fessurazioni delle murature imputabili ad assestamenti eccessivi del terreno, ma comunque la tensione di contatto terreno-fondazione ottenuta dalle analisi risultava essere molto elevata: l’intervento progettato ha quindi previsto il rinforzo delle fondazioni esistenti sul perimetro dell’edificio mediante la costruzione della trave continua di fondazione del cappotto sismico, adiacente alla trave esistente e opportunamente collegata. Tale allargamento costituisce anche la base di partenza del cappotto sismico.

Vulnerabilità sismica 

Il Comune di Mareno di Piave, all’epoca della prima costruzione e dei successivi ampliamenti, non era classificato come sismico: tutti i corpi di fabbrica sono stati progettati facendo riferimento alle sole azioni verticali. Oggi invece, il Comune risulta essere in zona sismica 3 ad elevata pericolosità sismica avendo al confine comuni in zona sismica 2.

Dalle risultanze dell’indagine geologica e geofisica, il terreno su cui sorge il fabbricato è stato classificato di categoria C secondo le NTC 2018, con categoria topografica T1. L’edificio è strategico (C_U=2,0) e la vita utile nominale è stata assunta pari a VN=50 anni. Corrispondentemente la domanda di accelerazione sismica alla base dell’edificio allo SLV (tempo di ritorno TR=950 anni) è pari a PGA_DLV=0,349g.

A seguito della verifica di vulnerabilità sismica svolta nel 2016, si è riscontrato che la struttura allo stato di fatto non garantiva un livello di sicurezza adeguato a quello richiesto dalla normativa vigente per un edificio avente funzione pubblica e di importanza strategica in caso di calamità. Allo SLV la capacità di resistenza del corpo principale era pari a PGA_CLV=0,119g e il conseguente indice di rischio sismico era Ir_(ag),SLV=0,34. I vari corpi aggiunti garantivano livelli di sicurezza sismica appena superiori.

Le principali criticità riscontrate erano:

• Mancanza di giunti aventi un idoneo spessore fra il corpo centrale e l’ampliamento anni 80 e fra il corpo centrale ed il portico a sud. Lo spessore ridotto comporta il pericolo di martellamento fra le strutture in caso di evento sismico;
• Insufficiente resistenza a taglio delle murature
• Eccessiva deformabilità delle colonne del porticato;
• Eccessivo peso del doppio solaio presente in copertura del secondo piano, di cui quello inferiore composto da travetti gettati in opera (tipo Sapal R.D.B.) con tavelloni all’intradosso, con rischio di distacco e caduta di quest’ultimi in caso di sisma.

L’Amministrazione Comunale ha pertanto deciso di affrontare un intervento quantomeno di miglioramento sismico dell’edificio, che a mente delle NTC 2018 doveva portare ad un indice di rischio non inferiore a 0.6. 

Tabella  Indici di rischio dei corpi di fabbrica per SLV e SLD

---

Per approfondire l'argomento suggeriamo la visione del VIDEO del webinar sulla Modellazione strutturale degli edifici in muratura, migliorati sismicamente mediante l'applicazione del Cappotto Sismico Ecosism. All'interno la trattazione di un caso studio.

GUARDA IL VIDEO

---

La diagnosi energetica dell'edificio

Oltre alla verifica sismica, l’Amministrazione Comunale aveva fatto eseguire una attenta diagnosi energetica dell’edificio, dalla quale erano emerse le seguenti carenze. Dal quale risultava quanto segue.

L’edificio è caratterizzato da numerose superfici vetrate: tutti gli infissi sono dotati di avvolgibili, ad esclusione del secondo piano e delle portefinestre. Al secondo piano, le finestre sono tutte dotate di veneziane interne, così come alcune vetrate del prospetto principale. Sono presenti varie tipologia di infissi che differiscono per dimensioni, telaio, presenza o meno di doppio vetro e presenza o meno del sotto-finestra, ma prevalgono gli infissi aventi telaio in alluminio senza taglio termico e con singolo vetro.

Le murature esterne ed i solai di copertura siano i punti critici responsabili della dispersione termica dell’edificio. Sono state effettuate delle termografie durante il periodo di accensione degli impianti di riscaldamento invernale che hanno evidenziato come i serramenti rappresentino degli elementi di particolare dispersione e che le differenti tipologie costruttive creano dispersioni diversificate fra i corpi di fabbrica. 

Gli impianti termici vengono azionati dal 15 ottobre al 15 aprile, in base a quanto consentito in funzione della fascia climatica in cui ricade l’edificio (E). La generazione di calore avviene in maniera modulare tramite due caldaie in parallelo per una potenza complessiva di 218 kW realizzate nel 1986. I terminali di emissione per il riscaldamento sono costituiti da radiatori in acciaio (dotati di valvole termostatiche) e ventilconvettori. Le due caldaie provvedono anche alla produzione di acqua calda sanitaria (ACS), che viene immagazzinata all’interno di un serbatoio di accumulo del 1991.

La climatizzazione estiva è garantita dalla presenza di un gruppo frigo di potenza frigorifera nominale di 110,80 kW e potenza assorbita nominale di 38,08 kW. La distribuzione dell’aria di raffrescamento avviene per mezzo di tre unità di trattamento aria (UTA) che ne permettono la circolazione all’interno dei canali di distribuzione fino alle bocchette di immissione negli ambienti interni. La UTA funziona solamente in regime di raffrescamento estivo; il circuito di distribuzione dell’aria è provvisto oltre che delle condotte di mandata, anche di quelle di aspirazione. Il piano terra ed il primo piano erano serviti da un sistema di aspirazione d’aria viziata gestito da due estrattori canalizzati posti in copertura: le due UTA (unità di trattamento d’aria) erano al piano interrato, il secondo piano è privo di ricambio d’aria in quanto destinato agli archivi. L’UTA della sala consigliare aveva portata nominale di 2000 mc/h e provvedeva al riscaldamento e al raffrescamento, mentre quella degli altri locali era di 4500 mc/h che integrava il riscaldamento ed il raffrescamento, dato che ogni locale era dotato di ventilconvettore e di radiatori nei servizi igienici. Questo sistema risultava essere di vecchia concezione e senza recupero statico energetico, avente ventilatori a corrente alternata ad alto consumo e non idonei ai requisiti di risparmio energetico (nessun recupero di calore dall’aria espulsa).

Nella struttura si utilizzano per la maggior parte corpi illuminanti con lampade fluorescenti lineari, ma sono presenti anche lampade fluorescenti compatte e alogene: la potenza complessiva installata è di 9.44 kW.

La fornitura dell’energia elettrica avviene tramite un unico punto di consegna dotato di un contatore elettrico generale: a valle non sono presenti altri sistemi di monitoraggio dei consumi. Il consumo medio annuo di energia elettrica è di circa 46.300 kWh/anno: i valori maggiori si riscontrano durante i mesi estivi.

Il consumo medio di metano è di circa 20.000 m³/anno.

Durante le indagini svolte nel sopralluogo non sono state rilevate particolari criticità: sia l’involucro che le componenti impiantistiche si presentavano in buono stato di conservazione.

L’indice di prestazione globale dell’edificio per l’energia elettrica risultava pari a circa 35,51 kWh/m²anno, 10,10 kWh/m³anno e 1.787 kWh/utente anno. L’indice di prestazione globale dell’edificio per il vettore energetico gas metano risulta pari a circa 141 kWh/m²anno, di 40 kWh/m³anno di volume riscaldato e di 7.141 kWh/utente anno.

L’indice elettrico della struttura è al di sotto della media nazionale, ovvero l’edificio consuma meno del parco nazionale e della media europea; l’indice termico, invece, si colloca nella parte più elevata del range nazionale.

Complessivamente la sede comunale veniva classificata in classe energetica D. 

Classificazione energetica e fonti di dispersione termica

Il consumo totale di energia elettrica stimato mostrava uno scarto percentuale pari al 4% rispetto a quello misurato dai dati in fatturazione, a dimostrazione dell’accuratezza della diagnosi energetica condotta. 

Gli interventi che venivano suggeriti per migliorare la prestazione energetica dell’edificio erano i seguenti:

- Involucro edilizio (basamenti, pareti, involucro trasparente, protezione solare, daylighting, ecc.); 

- Impianti meccanici (climatizzazione invernale ed estiva, ventilazione, a.c.s., ecc.); 

- Impianti elettrici (generazione, distribuzione e utilizzo dell’energia, illuminazione, ecc.); 

- Fonti energetiche rinnovabili (solare termico, solare fotovoltaico, biomassa, ecc.); 

- Miglioramento della gestione (miglioramento della gestione, manutenzione e contabilità energetica). 

Descrizione dell'intervento 

Valutazione delle alternative progettuali

Nell’ottica di riqualificare e valorizzare il proprio patrimonio immobiliare, l’Amministrazione Comunale sta svolgendo una serie interventi programmati, e la ristrutturazione della sede comunale, ai fini di adeguamento sismico ed efficientamento energetico faceva parte di tale pianificazione.
Prima di decidere la tipologia di intervento da sviluppare nel progetto, l’Amministrazione Comunale ha valutato diverse alternative al fine di ottimizzare l’intervento.

Una prima ipotesi, configurata nella fase di Diagnosi Energetica, era quella di eseguire limitati interventi di efficientamento energetico (coibentazione copertura, isolamento superfici opache verticali, sostituzione dei serramenti, sostituzione della caldaia a condensazione, installazione dell’impianto fotovoltaico e sostituzione dell’illuminazione con altra a LED). Per la realizzazione di tali interventi e di quelli di miglioramento sismico al 60%, si era previsto un importo lavori di € 588.400, avendo accesso ad un incentivo GSE pari a € 120.000 circa.

Una seconda ipotesi valutata in fase di progettazione di fattibilità tecnico economica è stata quella di eseguire un intervento di adeguamento sismico e contestuale trasformazione dell’edificio in NZEB (Near Zero Energy Building). L’intervento nel suo complesso veniva stimato in € 852.650 al netto di IVA, comprensivo però anche della riqualificazione interna del 2° piano che nell’ipotesi precedente non era stata considerata. Ma, secondo quanto disposto dalla legge Conto Termico 2.0, tale ipotesi permetteva di accedere ad un contributo GSE per efficientamento energetico decisamente superiore (€ 530.000 circa).

Alla luce di tali valutazioni tecnica preliminari, la seconda ipotesi era quella di maggiore convenienza in quanto oltre a riqualificare integralmente l’edificio e ottenere l’adeguamento sismico, assicurava un minore esborso immediato per l’Amministrazione Comunale e anche una riduzione dei costi di manutenzione e funzionamento futuri.

L’Amministrazione Comunale ha pertanto deciso di far predisporre il Progetto Definitivo – Esecutivo in modo da poter accedere ai finanziamenti previsti dal Conto Termico per la trasformazione in Edificio ad Energia Quasi Zero (NZEB). Il raggiungimento dell’adeguamento sismico ha permesso anche di partecipare con successo al bando per il finanziamento degli interventi di rafforzamento sismico di edifici pubblici strategici (DGR Veneto n.1389 del 25 settembre 2018), ottenendo un ulteriore contributo a fondo perduto di € 315.900 circa.

Pertanto, l’insieme dei contributi a fondo perduto Conto Termico 2.0 per edificio NZEB e Regione Veneto per adeguamento sismico, coprivano per circa l’80% il quadro complessivo di spesa di € 1.050.000, permettendo all’Amministrazione Comunale di ottenere la riqualificazione completa dell’edificio a costo quasi nullo.

Descrizione degli interventi antisismici

Gli interventi di adeguamento sismico sono costituiti quasi integramente da lavorazioni svolte all’esterno dell’edificio, senza interrompere il funzionamento degli uffici e assicurando quindi la continuità del servizio e l’accesso al Municipio in totale sicurezza agli utenti e ai dipendenti.

Essi constano di:

- Realizzazione di nuove fondazioni perimetrali e del cappotto sismico

- Cucitura dei giunti di costruzione fra corpi adiacenti e realizzazione di cappa in c.a. sopra la terrazza sul lato nord dell’edificio, con funzione di ulteriore collegamento dei diversi corpi di fabbrica fra di loro e con il cappotto sismico

- Eliminazione del tavellonato a copertura del secondo piano dell’edificio.

L’insieme degli interventi sopra descritti ha assicurato un comportamento globale scatolare dell’edificio.

Il cappotto sismico

La nuova struttura sismo resistente è costituita da una membrana esterna di calcestruzzo armata gettata all’interno dei casseri prefabbricati Ecosism , realizzata in adiacenza alla struttura esistente. 

In sostanza si è realizzato un guscio sismo-resistente in calcestruzzo armato gettato entro moduli prefabbricati realizzati con una rete metallica e pre-isolati con pannelli in EPS, XPS e RESINE FENOLICHE. Il cappotto sismico ha una propria fondazione a trave continua, ancorata mediante barre di armatura resinate alle fondazioni esistenti, ed è collegato ai cordoli del solaio esistente mediante opportuni ancoraggi.

Dal punto di vista della progettazione sismica, il cappotto sismico è inquadrabile nella tipologia a pareti debolmente armate, progettate in campo non dissipativo con fattore di comportamento pari a q=1.5 (senza la necessità di rispettare i dettagli di armatura che sono tipici delle strutture in calcestruzzo armato dissipative).

Il modulo cassero fornito dalla ditta Ecosism è formato da una rete metallica tridimensionale in acciaio zincato contenente due pannelli di materiale isolante, di tipologia e spessore scelti in fase di progettazione, e preassemblato in stabilimento. Nel caso in esame si sono installati due diversi pacchetti diversificati a seconda delle esigenze di resistenza e di isolamento termico nelle diverse parti dell’edificio:

- 10/12/10: con isolamento in EPS (XPS la prima fascia a contatto con la fondazione) interno/esterno di spessore 10 cm e parete di calcestruzzo di spessore 12 cm;

- 10/16/6 con isolamento interno 10 cm in EPS ed esterno 6 cm in pannello di isolante fenolico e parete di calcestruzzo di spessore 16 cm.

Lo spessore totale è in ogni caso di 34 cm, compreso l’intonaco esterno da 2 cm. Lo strato di isolante lato interno è stato scelto di spessore maggiore rispetto all’usuale (10 cm) per potervi alloggiare i tubi di alimentazione dei nuovi fancoils. L’isolante fenolico è stato adottato nelle parti di cappotto a maggiore spessore di calcestruzzo per mantenere una sostanziale invarianza del potere isolante delle pareti a parità di spessore complessivo di cappotto.

Modello 3D utilizzato per la progettazione dei casseri prefabbricati del cappotto sismico

[...] continua la lettura nel PDF