Negli interventi di riqualificazione strutturale degli edifici scolastici si riscontra spesso la necessità di adottare soluzioni che riescano a coniugare l’incremento delle prestazioni del fabbricato con interventi rapidi e non invasivi, al fine tutelare il più possibile la continuità dell’attività didattica.

In questo articolo, viene descritto e analizzato l’intervento di miglioramento sismico di un edificio scolastico in muratura portante, sito in una località dell’appennino modenese. Per ottenere benefici strutturali, sia a livello locale che globale, e garantire al contempo tempi brevi di installazione, è stato adottato Sismagrid , il sistema di rinforzo sismico leggero in acciaio sviluppato da Progetto Sisma .

Questa soluzione tecnologica è stata applicata a secco su tutte le facciate esterne dell’edificio, senza alcun intervento dall’interno.

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, che è stato effettivamente adottato in fase esecutiva. Per questo motivo, si ringrazia lo studio Dazzi e Filippi di Reggio Emilia, che ha gentilmente condiviso le informazioni e i documenti di progetto necessari.

 

      

Le caratteristiche dell’edificio scolastico

L’edificio in esame ospita una scuola dell’infanzia ed è stato edificato negli anni ’60 a Monteombraro, una frazione del comune di Zocca, in provincia di Modena.

L’ingombro in pianta è di circa 27 m x 22 m e ha un solo piano fuori terra, ad eccezione della zona centrale (il salone) che è caratterizzata da un doppio volume. L’edificio è costituito da muratura portante in pietre a spacco con buona tessitura, di spessore pari a circa 40 cm.

La struttura, seppur apparentemente semplice, presentava una certa vulnerabilità nei confronti dei meccanismi locali fuori piano.

  

L’intervento di rinforzo strutturale con Sismagrid

In fase di progetto, si è optato per l’utilizzo di Sismagrid , un innovativo sistema di rinforzo modulare, costituito da una rete a maglia quadrata di 2 mm di spessore in acciaio strutturale prezincato S350GD+Z. Il sistema può essere applicato su un solo lato della parete, sia all’interno che all’esterno dell’edificio, e viene installato a secco.

Adottando questa soluzione è possibile creare incatenamenti diffusi in direzione verticale e orizzontale del fabbricato.

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.

 

 

 

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Grazie al rinforzo delle pareti murarie esterne eseguito mediante placcaggio diffuso di questa rete antisismica a maglia quadrata, è stato possibile intervenire sia a livello locale, inibendo i cinematismi di collasso locali, sia a livello globale, aumentando la performance sismica dell’intero edificio.

La campagna sperimentale condotta su Sismagrid presso la Fondazione Eucentre di Pavia, infatti, ha dimostrato che questa soluzione è in grado di fornire un miglioramento delle capacità delle murature portanti nel piano, anche se applicata su un solo lato del paramento murario.

La campagna comprendeva prove pseudo-statiche nel piano su provini in muratura non rinforzati e rinforzati con Sismagrid. Nel corso dei test, il sistema ha permesso di raggiungere livelli di spostamento massimo in sommità di molto superiori alla configurazione non armata (figura 5).

    

    

Analisi dei cinematismi locali

Negli edifici in muratura costruiti senza specifici dettagli antisismici, possono avvenire collassi parziali per perdita di equilibrio di porzioni murarie in conseguenza dello scuotimento sismico. Questi “meccanismi locali” si attivano nelle pareti prevalentemente per azioni perpendicolari al loro piano medio.

Pertanto, in accordo con l’analisi cinematica lineare, dopo aver identificato i potenziali meccanismi locali che possono manifestarsi, è stato calcolato il moltiplicatore orizzontale dei carichi α₀ che porta all’attivazione di ognuno di essi e da cui si ricava l’accelerazione sismica necessaria per innescare il cinematismo stesso. I meccanismi locali cui è associato il moltiplicatore (o l’accelerazione) più basso sono anche quelli più probabili.

A titolo di esempio, si riporta il caso di ribaltamento semplice della parete indicata nella figura seguente, in cui si ha che:

Il moltiplicatore orizzontale dei carichi è α₀ = 0.11 [-]. A tale moltiplicatore è associato un valore di accelerazione a₀ = 0.09 [g], che rappresenta la capacità della struttura e restituisce un valore molto basso.

La domanda, sempre in termini di accelerazione all’SLV e applicata nel baricentro del corpo interessato dal meccanismo di collasso è pari a: Se(T1)ψ(Z)γ/q = 0.63 [g], un valore nettamente superiore alla capacità.

 

  

L’effetto primario del sistema Sismagrid è proprio quello di inibire i meccanismi di collasso. L’immagine seguente mostra la parete oggetto di analisi in cui è stato applicato il sistema di rinforzo modulare in acciaio dall’esterno. Post intervento, il moltiplicatore di collasso risulta pari a: α₀ = 0.90 [-], mentre l’accelerazione ad esso associata (capacità) è pari a: a₀ =0.75g. Da questi valori si ricava un rapporto capacità/domanda, per questo particolare cinematismo locale, pari a: 1.19 >1: verifica soddisfatta.

 

  

 

Analisi globale della struttura

I sistemi di rinforzo modulari in acciaio di Progetto Sisma non hanno il solo effetto di inibire i cinematismi locali. L’estensiva campagna sperimentale condotta presso Eucentre ha messo in luce come pareti in muratura (di diverse tipologie) rinforzate da un solo lato mostrino:

• Un incremento della capacità deformativa
• Un incremento della resistenza

Ciò determina anche un miglioramento del comportamento globale dell’edificio, come confermato dalle analisi numeriche condotte sulla struttura in esame.

La vulnerabilità sismica globale della struttura non rinforzata è stata determinata eseguendo una serie di analisi non lineari statiche (pushover), in accordo con la normativa vigente ed utilizzando il programma di calcolo PRO SAM (applicativo del software PRO SAP di 2Si), in cui le pareti murarie sono state modellate come telai equivalenti.

 

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.

Ad esempio, il valore del drift limite allo stato limite di collasso per taglio delle murature, a cui è stato fissato (a secco) il rinforzo sismico in acciaio, è stato incrementato di circa una volta e mezzo. L’incremento della resistenza a taglio, invece, è stato tenuto in considerazione attraverso la presenza di un’armatura equivalente (vedi figura seguente).

 

Conclusioni

La presenza del rinforzo sismico, applicato sulle facciate esterne delle pareti, ha permesso di ottenere un duplice effetto:

• inibire i cinematismi locali
• migliorare la performance sismica a livello globale

Difatti, gli indicatori di rischio sismico ricalcolati dai tecnici di Progetto Sisma sono quelli riassunti nella tabella seguente.

Risulta chiaro come, nello “stato di fatto”, la vulnerabilità sismica fosse fortemente determinata dall’elevato rischio di attivazione di cinematismi locali. Una volta inibiti questi ultimi, lo “stato di progetto” ha un comportamento controllato dalla performance globale.

Condizione:	( aPGA,SLV)
Stato di fatto (comandato dai cinematismi)	0,04 << 1.000	-
Stato di progetto (comportamento globale)	1.17 > 1.000	Miglioramento sismico

Per maggiori informazioni sulle caratteristiche tecnologiche e le prestazioni del sistema di rinforzo sismico a secco Sismagrid, ti invitiamo a contattarci all’indirizzo info@progettosisma.it o a visitare il sito www.progettosisma.it