FIPMEC - Adeguamento della scuola superiore Volterra-Elia di Ancona
mediante isolamento sismico alla base

Maria Gabriella Castellano, FIP MEC Srl
Francesco Cappanera, ALL INGEGNERIA – Studio Tecnico Associato
Daniele Guarnieri, ALL INGEGNERIA – Studio Tecnico Associato
Giorgio Orselli, ALL INGEGNERIA – Studio Tecnico Associato

 

L’intero complesso scolastico è stato edificato per lotti successivi a partire dall’inizio degli anni ’60, quando il territorio del Comune di Ancona era stato già classificato sismico.
Ciononostante, le limitate conoscenze dell’epoca, insieme al livello di sismicità attuale molto superiore, fanno sì che gli edifici non siano adeguati a garantire le prestazioni sismiche richieste dalla normativa vigente.
Dei diversi edifici che costituiscono il complesso, solo due sono oggetto dell’intervento descritto in questo articolo, il corpo B costruito nel 1962, ed il corpo C costruito nel 1970.
Il corpo B ospita le aule didattiche, ha una forma rettangolare di dimensioni circa 59 m x 17 m, ha tre piani fuori terra con altezza media di 4 m ed un piano seminterrato. La struttura è costituita da telai in c.a. che si sviluppano prevalentemente nella direzione longitudinale, e solai in laterocemento. Le fondazioni sono di tipo profondo costituite da plinti su pali, collegati da cordoli.
Il corpo C ospita aule, laboratori e l’aula magna, ha una forma rettangolare con estensione longitudinale di circa 137 m, trasversale massima di circa 28 m e trasversale minima di circa 20 m.
Si estende su tre livelli fuori terra di altezza media 4 m ed uno seminterrato, ricavato solo in alcune porzioni del fabbricato, di altezza 3,5 m circa. La struttura è costituita da telai di c.a. che si sviluppano principalmente nella direzione trasversale e da orizzontamenti in laterocemento. Le fondazioni, di tipo profondo, risultano costituite da travi rovesce su pali e plinti su pali collegati da cordoli.
Lo studio di vulnerabilità sismica ha evidenziato per entrambi questi corpi un livello di sicurezza nei confronti delle azioni sismiche di circa 0,2.
 

La scelta progettuale è stata quella dell’isolamento sismico. Si è scelto di posizionare il piano di isolamento subito sotto l’orizzontamento di calpestio del piano rialzato. Nel corpo B, al di sotto del solaio del piano rialzato è presente un vano non abitabile, utilizzabile come vano tecnico sia per l’inserimento degli isolatori che per le future ispezioni ed eventuali manutenzioni. Nel corpo C invece, in alcune porzioni, è stato necessario ricavare il vano tecnico scavando, e realizzare un nuovo orizzontamento al livello di quello delle altre zone. Sia il corpo B che il corpo C allo stato di fatto sono costituiti da più porzioni separate da giunti; ovviamente, dati i grandi spostamenti associati all’isolamento sismico, nello stato di progetto tali giunti vengono eliminati, con soluzioni diverse a seconda della situazione esistente. Attorno ai corpi B e C sono stati fatti interventi per eliminare le interferenze con gli altri corpi adiacenti, e creare quindi un nuovo giunto sismico di dimensioni sufficienti a garantire lo spostamento atteso.
Il sistema di isolamento sismico consiste in isolatori elastomerici ad alto smorzamento, serie SI, combinati con appoggi scorrevoli multidirezionali, serie VM. In totale sono previsti 208 dispositivi,di cui 58 nel corpo B e 150 nel corpo C (Figura 1).

 

Figura 1

 

Per ciascuno dei due corpi, circa la metà dei dispositivi sono isolatori elastomerici. Nel progetto delle posizioni in pianta di isolatori elastomerici ed appoggi scorrevoli, si è posta particolare attenzione ad ottenere una buona rigidezza torsionale del sistema di isolamento (grazie agli isolatori elastomerici disposti per lo più nei pilastri perimetrali) ed a minimizzare l’eccentricità tra centro di rigidezza del sistema di isolamento e centro di massa della sovrastruttura.
L’inserimento degli isolatori è stato eseguito previo trasferimento dei carichi verticali agenti mediante martinetti idraulici, posizionati a contrasto con speciali carpenterie metalliche (mensole) collegate mediante barre agli elementi strutturali, e successivo taglio con filo diamantato della porzione di pilastro da sostituire con l’isolatore (Figura 2 e Figura 3).

Figura 2

Figura 3

La porzione di pilastro al di sotto dell’isolatore è stata preventivamente ringrossata, per conferire al pilastro stesso la rigidezza necessaria.
Il periodo proprio dei due corpi allo stato di progetto risulta rispettivamente 3,4 s per il corpo B e 3,7 s per il corpo C, mentre allo stato di fatto era rispettivamente 1,28 s e 1,26 s. Lo spostamento massimo di progetto del sistema di isolamento risulta 260 mm allo Stato Limite di Collasso, caratterizzato da PGA=0,35 g. Il calcolo è stato effettuato mediante analisi lineari in spettro di risposta.  Le verifiche degli elementi strutturali della sovrastruttura sono state effettuate considerando un fattore di comportamento q=1,5, come previsto dalla normativa. Per quanto riguarda il corpo B, è stato necessario intervenire nella sovrastruttura realizzando un sistema di controventamento nella direzione trasversale dell’edificio, in corrispondenza di quattro telai, quelli di facciata e quelli adiacenti il corridoio centrale. Questi controventi sono finalizzati a limitare la deformabilità e la vulnerabilità strutturale nella direzione in cui allo stato di fatto non sono presenti telai. È stato inoltre necessario rinforzare pochi elementi strutturali mediante materiali compositi fibrorinforzati, in particolare nelle zone delle scale, per raggiungere l’adeguamento sismico.

Invece nel corpo C non è stato necessario nessun intervento aggiuntivo a quelli legati all’isolamento sismico.
Per quanto riguarda la fondazione, in entrambi i corpi sono stati demoliti alcuni cordoli di collegamento; la loro funzione è stata sostituita dalla realizzazione di una nuova soletta in c.a., che ha anche l’obiettivo di migliorare la fruibilità del piano tecnico seminterrato, sia per la messa in opera del sistema di isolamento che per le future attività di ispezione/manutenzione.
Il cantiere è stato organizzato in fasi caratterizzate da sottocantieri chiusi, delimitati e con accessi vietati ai non addetti ai lavori in modo da permettere l’utilizzo, sebbene non completo, del complesso scolastico durante le lavorazioni. Per garantire un’adeguata sicurezza nella fase transitoria del taglio delle strutture esistenti, è stato previsto il bloccaggio provvisorio dell’edificio mediante un sistema di contrasti sul perimetro e di controventamento dei dispositivi di isolamento (Figura 4): il progetto relativo alla fase transitoria è legato alla durata del cantiere, con un periodo di riferimento di circa 30 anni.

 

Figura 4

 

Per maggiori informazioni contattare l’Ing. Maria Gabriella Castellano di FIP MEC all'indirizzo gabriella.castellano@fipmec.it