Miglioramento sismico di un edificio scolastico in pietra con rinforzo bifacciale in acciaio e a secco: caso di studio

L’Italia è uno dei paesi europei con la più alta concentrazione di edifici storici. Destinate a una pluralità di funzioni (abitazioni, luoghi di culto, musei, scuole, municipi, uffici, ecc.), tali strutture pongono sfide significative quando si tratta di adeguare sismicamente le strutture portanti.

Nel caso di opere di riqualificazione volte a combinare miglioramento strutturale ed energetico, inoltre, si prediligono interventi capaci di ridurre al minimo l’invasività, in alcuni casi per preservare l’identità dell’edificio e in altri per far sì che le strutture pubbliche vengano riconsegnate alla comunità il prima possibile.

 

Il rinforzo sismico modulare in acciaio a secco: Sismagrid

I rinforzi modulari, in acciaio e a secco proposti da Progetto Sisma rappresentano un esempio di soluzioni capaci di aumentare la resistenza dell’edificio senza modificarne drasticamente il comportamento strutturale (qualità particolarmente indicata per edifici in muratura).

Nella maggior parte dei casi la loro installazione non interferisce con l’operatività della struttura e, qualora si renda necessario intervenire dall’interno, i lavori vengono completati in tempi significativamente ridotti rispetto alle soluzioni tradizionali.

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A questo proposito, un caso interessante da analizzare è rappresentato dall’intervento di miglioramento sismico effettuato su una scuola dell’infanzia situata nel comune di Montecreto, in provincia di Modena: un edificio a un solo piano con struttura portante in murature composte da pietre e mattoni in laterizio.

L’intervento ha visto l’adozione del sistema Sismagrid, rinforzo sismico modulare in acciaio che si applica a secco. Lo analizziamo in questo articolo.

  

Il caso studio della scuola dell’infanzia di Montecreto

I calcoli e i modelli numerici presentati in questo documento sono frutto del lavoro dei tecnici di Progetto Sisma, i quali hanno ripercorso l’iter progettuale che contemplava l’utilizzo del sistema Sismagrid e che è stato poi effettivamente realizzato anche in fase esecutiva. Per questo, si ringraziano gli ingegneri Fabio Iotti e Luca Iattoni, che hanno gentilmente condiviso le informazioni e i documenti di progetto necessari per redigere l’articolo.

L’edificio scolastico è caratterizzato da pareti a doppio paramento: il lato interno è composto da mattoni in laterizio di 25 cm di spessore e quello esterno con mattoni di pietra spessi 50 cm. I solai sono in laterizio e cemento.
I parametri sismici sono riportati nella tabella seguente, in conformità con le NTC2018.

  

   

Pacchetto di interventi di miglioramento sismico

Il progetto di rinforzo comprende una serie di interventi compatibili tra di loro e armonizzati, tutti finalizzati a migliorare la capacità dell’edificio, ognuno progettato con l’intento di agire su una specifica funzione del fabbricato:

• Consolidamento delle fondazioni mediante la realizzazione di un cordolo aggiuntivo esterno gettato in opera;
• Rinforzo delle pareti perimetrali tramite applicazione a secco, su entrambi i lati, del sistema modulare leggero in acciaio Sismagrid (Fig. 2a);
• Rinforzo delle pareti interne più sottili mediante intonaco armato;
• Consolidamento del solaio di sottotetto mediante realizzazione di soletta armata solidarizzata ai travetti e alle murature perimetrali, con inserimento di tiranti pretensionati con piastre di ripartizione;
• Risanamento della gronda e sistemazione dell’impermeabilizzazione in copertura, e piccole riparazioni localizzate (intonaci, copriferri, protezioni antiruggine).
• Isolamento termico applicato sulle facciate (strato isolante composto da 14 cm di EPS con grafite).

Tutti questi interventi concorrono a migliorare le performance sismiche globali della struttura, in maniera coordinata. Tuttavia, l’intervento sulle pareti perimetrali con Sismagrid non incrementa solamente il comportamento globale della struttura ma funge anche da presidio di antiribaltamento per inibire l’innesco dei cinematismi locali.

 

  

L’intervento di miglioramento sismico con Sismagrid

Sismagrid è un innovativo sistema di rinforzo sismico a secco, costituito da una rete preformata di 2 mm di spessore in acciaio strutturale prezincato S350GD+Z. È una soluzione modulare che consente la creazione di incatenamenti diffusi in direzione verticale e orizzontale del fabbricato.

  

Componenti del sistema

Sismagrid è proposto nella seguente configurazione:

• modulo 1300x2900 mm;
• piatti di sezione 50 mm x 2 mm;
• passo della maglia reticolare 400x400 mm;
• ancoraggi in corrispondenza dei nodi della maglia reticolare.

 

   

Modalità di applicazione e connessioni

La figura 3 mostra l’applicazione di Sismagrid su entrambi i lati della parete esterna. Di norma, le barre filettate utilizzate per l’ancoraggio della rete in acciaio alla muratura non attraversano l’intero spessore della parete.

Tuttavia, poiché in questo caso lo spessore è considerevole (circa 50 cm), si è scelto di far passare circa 2 barre per metro quadrato attraverso tutta la parete (dettaglio in fig. 4). Questo accorgimento è stato adottato per migliorare la collaborazione tra i due paramenti murari: interno ed esterno.

Sulla facciata esterna, il Sismagrid è ancorato anche al sistema di fondazione.

   

Grazie alle informazioni gentilmente fornite dai responsabili di cantiere, è stato possibile stimare una velocità di posa del sistema pari a 35-40 metri quadrati di Sismagrid al giorno, utilizzando tre operai.

Grazie alla semplicità e alla rapidità di installazione di Sismagrid è stato così possibile completare l’opera in tempi ridotti: un aspetto di primaria importanza nel caso di strutture scolastiche. Con un unico intervento, inoltre, sono stati combinati rinforzo sismico e isolamento termico, grazie alla possibilità di applicare il cappotto tradizionale in eps sulla rete in acciaio.

  

  

  

Valutazione della vulnerabilità sismica della scuola

La vulnerabilità sismica globale è stata valutata creando un modello numerico dell’edificio con il software commerciale Aedes PCM.

È stata adottato l’approccio a telaio equivalente e sono state eseguite una serie di analisi pushover (statiche non lineari), imponendo due distribuzioni di forze, in accordo con le NTC2018: il primo gruppo di forze proporzionali al primo modo di vibrare ed il secondo gruppo di forze con distribuzione uniforme.

Il primo periodo di vibrare è stato valutato, rispettivamente alle due direzioni principali, pari a: 0.14 s e 0.17 s.

Il primo effetto del sistema Sismagrid è stato quello di inibire i meccanismi di collasso fuori piano, risultato che ha reso possibile procedere con un’analisi globale dell’edificio.

La presenza del Sismagrid nel modello numerico globale è stata considerata in due modi:

• Incrementando il drift limite a taglio (incremento della capacità deformativa);
• Aggiungendo un’armatura orizzontale equivalente (incremento della resistenza).

Pertanto, nella condizione di progetto, la presenza del sistema di rinforzo Sismagrid è stata considerata in maniera semplificata ma efficace attraverso l’analogia con la “muratura armata”.

Il modello della struttura rinforzata deriva direttamente da quello della struttura non rinforzata, poiché sono stati cambiati solamente alcuni parametri specifici associati alle pareti rinforzate con Sismagrid, senza dover introdurre altri elementi strutturali.

Gli indicatori del rischio sismico (gentilmente condivisi dagli ingegneri Iotti e Iattoni), ovvero il rapporto tra capacità e domanda, in termini di PGA, nello stato di fatto (SDF) e stato di progetto (SDP), sono:

ζ_SDF = 0.07
ζ_SDP = 0.91

Risulta quindi evidente che la presenza del rinforzo non ha permesso soltanto di inibire i cinematismi locali ma anche di migliorare la performance sismica a livello globale.

Vuoi saperne di più sulle prestazioni di Sismagrid?
Contatta l’ufficio tecnico di Progetto Sisma alla mail commerciale@progettosisma.it