SICUREZZA E CONSERVAZIONE
TECNICHE DI ISOLAMENTO DI EDIFICI DI PREGIO STORICO ARCHITETTONICO MEDIANTE SISTEMI SOLES DI
SOLLEVAMENTO.
CASO APPLICATIVO DELLA SCUOLA DE AMICIS A L’AQUILA.
L. BRISEGHELLA1
1
Dipartimento di Costruzione dell’Architettura, Università IUAV di Venezia
SOMMARIO
Nel campo degli interventi per il miglioramento e l’adeguamento sismico di edifici il sistema più
efficace è quello di svincolare la struttura in elevazione dal terreno. Fra le attuali tecniche di
isolamento sismico degli edifici esistenti viene presentato il sistema brevettato Soles di sollevamento
di manufatti, che consente di inserire i dispositivi antisismici alla base dell’edificio, svincolandolo dal
terreno sottostante senza dover alterare le strutture esistenti. Per la non invasività nei confronti del
manufatto e dell’ambiente circostante, questa tecnologia risulta particolarmente indicata nel caso di
interventi su beni di pregio storico – architettonico come viene illustrato nell’esempio applicativo della
scuola De Amicis a L’Aquila.
ABSTRACT
In the field for the improving and the seismic adaptation of buildings, the most effective method is to
disconnect the overstructure from the ground. Among the current techniques for the seismic isolation
of existing buildings is the patented Soles system for the lifting of structures, which is presented. This
system allows for the insertion of the seismic devices at the base of the building, disconnecting it from
the ground below without altering the existing structure. For the non-invasiveness towards the building
and the surrounding environment, this technology is particularly suited in the case of works on
properties having historical and architectural value - as shown in the example of the De Amicis school
in L'Aquila.
1.
TECNICHE DI SOLLEVAMENTO
Il sollevamento con sistema brevettato Soles è stato messo a punto sulla base di esperienze maturate
nel corso degli anni su diversi edifici ed è oggetto di continue innovazioni ed approfondimenti. Viene
realizzato andando a creare una nuova struttura di fondazione (con o senza pali) vincolata al terreno
ed indipendente dall’edificio e, sopra di questa, una nuova platea di calcestruzzo armato rigidamente
connessa alle murature dell’edificio. Mediante l’utilizzo di martinetti idraulici, posizionati sopra la nuova
platea e fissati attraverso una serie di organi meccanici assieme ai quali ogni martinetto va a
comporre il cosiddetto dispositivo di sollevamento, si procede al sollevamento utilizzando la nuova
struttura di fondazione come punto di appoggio.
Planimetricamente i dispositivi di sollevamento sono distribuiti in maniera tale da bilanciare nel
modo migliore possibile il peso dell'edificio e della platea. Il sollevamento viene condotto per
spostamenti verticali molto piccoli dei singoli punti, con velocità massima che globalmente può essere
valutata in circa 1 cm/h. Questi bassi valori di velocità e spostamento sono scelti al fine di garantire un
ulteriore margine di sicurezza nell'operazione di sollevamento in quanto, eliminando totalmente le
azioni dinamiche, è possibile fare riferimento alle prescrizioni normate per le condizioni statiche. Il
sollevamento, inoltre, deve potersi arrestare in ogni istante, per consentire ispezioni, monitoraggi,
tarature e modifiche dell'impianto elettrico o idraulico. L'impianto di automazione e controllo è gestito
in maniera unitaria da un controllore logico programmabile (PLC) dal quale vengono impostati e
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controllati in tempo reale i parametri di sollevamento da parte dell'operatore; l'unità di controllo riceve
e gestisce anche i dati relativi al monitoraggio delle strutture.
Figura 1. Dispositivo di sollevamento
Le fasi del processo di sollevamento sono le seguenti:
1) Fase di distacco della platea
La fase del distacco della platea di fondazione dal terreno sottostante e dalle fondazioni risulta la
più delicata dell'intero processo di sollevamento; per questo motivo si deve operare in completa
sicurezza, scegliendo una metodologia di azionamento controllato.
All'inizio del processo, tutti i cilindri sono scarichi e a quota zero. Si procede al sollevamento
progressivo della platea punto per punto, operando su di un singolo cilindro per volta in sequenza:
a) si imposta un valore massimo di pressione sulla valvola di massima della centrale di potenza di
ogni gruppo;
b) si inizia il ciclo; viene imposto un incremento di pressione p a ciascun martinetto, uno per volta;
le molle a tazza cominciano a comprimersi;
c) al termine di ogni ciclo, si incrementa il valore della pressione di un ulteriore p (tale valore può
essere variato ad ogni inizio di un nuovo ciclo);
d) raggiunta un valore di pressione p0x, si assiste al sollevamento della platea in prossimità del
palo x-esimo su cui si sta operando; tale distacco viene immediatamente segnalato dal sensore di
sfilamento relativo che blocca l'azionamento sul dispositivo;
e) si ripete il ciclo aumentando la pressione di p e saltando l'azionamento dei martinetti x sui quali
è avvenuto il sollevamento;
f) il processo viene iterato fino al raggiungimento di una certa pressione p, cui corrisponde lo
stacco di tutti i cilindri;
g) in ogni punto è avvenuto il sollevamento e il martinetto relativo è caricato ad una diversa
pressione p0x, corrispondente al peso specifico dell'edificio in quel punto di spinta.
2) Ciclo di sollevamento
Le fasi principali di ogni singolo ciclo di sollevamento sono:
1. impostazione del passo di sollevamento s, ovvero lo spostamento relativo massimo accettabile
tra due punti vicini;
2. impostazione di una variazione di pressione p1 ammissibile, al di sotto della quale nessun
cilindro può scendere durante l'azionamento di uno qualsiasi dei martinetti;
3. impostazione di una variazione massima di pressione p2 che determina il valore massimo a cui il
martinetto azionato può arrivare. Questo valore massimo è dato da p0x + p2;
4. impostazione di una sequenza di azionamento dei martinetti;
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5. azionamento di un singolo cilindro per volta; l'azionamento viene interrotto quando viene
verificata una delle tre ipotesi dei punti 1, 2 e 3 (raggiungimento dell' altezza impostata, variazione
della pressione al di fuori delle soglie impostate);
6. al termine di ciascun azionamento, memorizzazione dei dati di pressione e spostamento di ogni
singolo cilindro;
7. alla fine del ciclo, controllo di planarità per verificare lo stato di deformazione della platea;
8. possibilità di correggere la posizione di quei cilindri che non sono arrivati in quota prima di
ricominciare il ciclo; l'azionamento sul singolo punto di spinta, infatti, può essere interrotto qualora si
raggiungano pressioni di spinta elevate (vedi punto 3) che possono dipendere da attriti tra scatola
guida e palo e non da distribuzioni del carico problematiche;
9. iterazione del ciclo fino al raggiungimento dell'altezza desiderata.
10. rilevamento e controllo durante le varie fasi operative di sollevamento dei sistemi di
monitoraggio inseriti nelle strutture per verificare eventuali variazioni tensionali indotte.
Il sistema, pensato in completa sicurezza, prevede la possibilità di ancorare tutti i tiranti del singolo
dispositivo di sollevamento alla piastra inferiore per mezzo di un blocco meccanico, scaricando in tal
modo il peso dal martinetto. Questa misura permette di operare in completa sicurezza e può essere
applicata ogniqualvolta sia necessario, ed in particolare: - a fine giornata, prima di abbandonare il
cantiere; - nel caso di eventuale manutenzione o sostituzione di un martinetto di spinta; - nella fase di
recupero della corsa dei martinetti. In questa fase transitoria, l'azione di sostegno del carico viene
affidata alla piastra sottostante il martinetto e, quindi, direttamente al palo. Una volta serrati i dadi, la
corsa del martinetto viene recuperata; la piastra superiore, sulla quale sono alloggiate la molle a
tazza, segue lo stelo; i dadi che bloccano i sistema di alloggiamento delle molle vengono serrati. Nodo
fondamentale è il rapporto tra la platea e le strutture esistenti. Al fine di ridurre al minimo la perdita di
materiale storico la platea verrà realizzata al filo interno delle murature d’ambito e verrà collegata ad
esse mediante l’impiego di trefoli. All’esterno verrà posata una piastra in metallo inossidabile cui i
trefoli stessi verranno imbullonati. Tra la piastra e la muratura verrà posto un cuscinetto in malta ad
alta resistenza per regolarizzare il paramento ed introdurre una superficie di sacrificio tra la piastra
stessa e la muratura. La piastra verrà collocata ad una quota inferiore rispetto alla pavimentazione
esterna. In corrispondenza delle murature interne le platee verranno collegate tra loro mediante trefoli
passanti. La solidarietà tra la platea e la muratura è garantita dall’attrito generato dal tensionamento
dei trefoli. Eventuali porzioni di muratura ammalorate verranno preventivamente consolidate mediante
scuci cuci e stilatura dei giunti di malta.
Figura 2. Pianta tipo dei collegamenti platea – struttura esistente
SICUREZZA E CONSERVAZIONE
Figura 3. Sezione tipo dei collegamenti platea – struttura esterna
Figura 4. Sezione tipo dei collegamenti platea – struttura interna
2. TECNICHE DI ISOLAMENTO
Con la tecnica del sollevamento degli edifici, una volta sollevato il fabbricato, mediante la
realizzazione della doppia platea e dei dispositivi di sollevamento, si posizionano i dispositivi
antisismici e si riabbassa il fabbricato facendolo poggiare sugli isolatori.
Per isolamento sismico o isolamento alla base di un edificio s’intende l’inserimento tra la struttura e
le fondazioni (o il piano interrato) di opportuni dispositivi molto flessibili orizzontalmente, anche se
rigidi in direzione verticale. L’inserimento degli isolatori consente di ottenere l’aumento del periodo
proprio di vibrare della struttura per allontanarlo dalla zona dello spettro di risposta con maggiori
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accelerazioni. Ne conseguono i seguenti benefici effetti, rispetto ad un edificio senza isolamento
sismico:
1. la sensibile riduzione delle accelerazioni trasmesse alla sovrastruttura (la parte di edificio al di
sopra degli isolatori), anche ai piani più alti;
2. la riduzione degli spostamenti di interpiano.
Ciò consente di evitare qualsiasi danno agli elementi strutturali (la struttura si mantiene
sostanzialmente in campo elastico); evitare anche il danno degli elementi non strutturali; mantenere la
funzionalità dell’edificio; ridurre il panico degli occupanti.
Per apprezzare appieno questi benefici dell’isolamento alla base, occorre evidenziare che la
progettazione sismica tradizionale basata sulla gerarchia delle resistenze ha come obiettivo quello di
evitare il collasso dell’edificio e quindi la perdita di vite umane, ma prevede ed accetta il verificarsi di
danni ingenti, anche non riparabili. Ciò perché con le metodologie tradizionali sarebbe antieconomico
evitare completamente i danni e si fa quindi lavorare la struttura in campo plastico, facendo attenzione
che la sua duttilità sia sufficiente. Va inoltre sottolineato che con le metodologie tradizionali è
assolutamente impossibile ridurre le accelerazioni al fine di mantenere la funzionalità dell’edificio e
preservarne il suo contenuto.
La maggiore peculiarità dell’isolamento degli edifici è dunque la possibilità di eliminare
completamente, o quantomeno ridurre sensibilmente, i danni a tutte le parti strutturali e non strutturali
degli edifici e a tutto ciò che gli edifici contengono. Quest’ultimo aspetto è importantissimo per gli
edifici che devono rimanere operativi dopo un violento terremoto; ad esempio gli ospedali, le scuole o i
centri operativi di gestione dell’emergenza (centri di Protezione Civile, caserme dell’Esercito o dei
Vigili del Fuoco ecc.), oppure per gli edifici monumentali e di pregio storico - architettonico, oppure per
tutti quegli edifici il cui contenuto ha un valore molto superiore a quello degli edifici stessi (musei,
banche, centri di calcolo ecc.).
E’ importante notare che in un edificio isolato alla base occorre realizzare un giunto sismico intorno
all’edificio per consentirne gli spostamenti orizzontali, che possono raggiungere e anche superare i
20÷30 cm. Nel caso dell’applicazione dell’isolamento alla base nell’adeguamento sismico di edifici
esistenti, la necessità del giunto sismico impone quindi che non ci siano altri edifici adiacenti.
3. I REQUISITI SISMICI DEGLI EDIFICI SCOLASTICI E LA GESTIONE DEGLI
INTERVENTI DI RIABILITAZIONE
All’autore sembra necessario definire i requisiti di comportamento che devono avere gli edifici
scolastici, requisiti che sono alla base dei criteri di intervento. Tali requisiti in seguito vengono espressi
in termini comprensibili a coloro che utilizzano la scuola, scolari e genitori. Essi sono:
a) L’edificio si dovrà comportare bene durante i sismi frequenti, quelli che avvengono ogni 10-20
anni. L’edificio sarà utilizzabile senza interruzione di attività didattica.
b) L’edifico si dovrà comportare in modo sufficiente, con lievi danni agli impianti e agli elementi
secondari, durante sismi che avvengono ogni 100 anni.
c) L’edificio richiederà un tempo di fermata di due mesi per interventi di riabilitazione durante sismi
che hanno frequenza di 500 anni.
d) L’edificio non procurerà vittime per sismi che avvengono ogni 2000 anni.
Si tratta di condizioni molto severe, che si avvicinano ai requisiti richiesti agli edifici strategici.
Il requisito a) è determinato dalla necessaria continuità dell’attività didattica, che va svolta in un
clima sereno, in assenza di ogni turbamento.
Il requisito b) prevede danni agli elementi non strutturali. Si tratta di qualche lavagna spostata, di
frigoriferi ruotati, di porte fuori uso.
Il requisito c) prevede per un sisma analogo a quello sperimentato all’Aquila, un breve periodo di
interruzione delle lezioni. Occorre pensare che in tale sisma probabilmente gran parte delle abitazioni
risultano fuori uso e che comunque il centro storico risulterà chiuso per alcuni mesi.
In tal caso è pensabile che le scuole siano temporaneamente chiuse, e che in due mesi si
effettuino gli interventi di ripresa strutturale necessari.
Il requisito d), di tipo strutturale, è legato alla naturale salvaguardia delle vite umane, in presenza di
sismi molto forti.
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Occorre inoltre considerare la scuola e il contesto nel quale sorge. Tutto il percorso degli scolari va
ugualmente protetto. Il contesto deve essere sismicamente valutato e considerato alla luce di requisiti
analoghi. Il centro storico, nel quale si considera inserita la scuola, va considerato come un ideale
appartamento e la scuola una sua stanza. La sicurezza sismica va valutata nel complesso, con
requisiti definiti.
Gli edifici scolastici che sono inseriti in beni culturali vanno analizzati con particolare attenzione.
Occorre tener presente che le note prescrizioni del Ministero dei beni culturali si rivolgono alla
salvaguardia del complesso monumentale e non riguardano la sicurezza sismica degli studenti, che è
un concetto molto più complesso rispetto alla sicurezza del monumento. Va fatto nella progettazione
uno sforzo specifico, che parte dalle prescrizioni ministeriali ma che va risolto caso per caso. Non ci si
deve preoccupare di considerare ogni edificio scolastico un caso particolare: solo in questo modo si
garantisce la sicurezza sismica.
Grande attenzione va rivolta all’esecuzione delle strutture di riabilitazione. Si devono definire le
classi di esecuzione che dipendono dalle classi di conseguenze, dalle categorie di servizio e dalle
categorie di produzione. Si consiglia comunque la classe di esecuzione 4 per le strutture metalliche e
la classe di esecuzione 3 per le opere di cemento armato.
5. CASO APPLICATIVO DELLA SCUOLA DE AMICIS A L’AQUILA
Per la non invasività nei confronti del manufatto e dell’ambiente circostante, questa tecnologia risulta
particolarmente indicata nel caso di interventi su beni di pregio storico – architettonico come viene
illustrato nell’esempio applicativo della scuola De Amicis a L’Aquila. Tale scuola è stata posta
all’attenzione degli studiosi dal Ministero dei Beni Culturali.
Figura 5. Sezioni e pianta della scuola De Amicis a L’Aquila
SICUREZZA E CONSERVAZIONE
Figura
Figura 6.
6. Vista
Vista dall’alto
dall’alto della
della scuola
scuola De
De Amicis
Amicis a
a L’Aquila
L’Aquila
Figura
Figura 7.
7. Immagini
Immagini interne
interne della
della scuola
scuola De
De Amicis
Amicis a
a L’Aquila
L’Aquila
6. PROGETTO APPLICATIVO DELL’INTERVENTO
L’intervento proposto si articola in due fasi distinte così definite(sequenza figure seguenti):
FASE 1:
Caratterizzazione dell’edificio tramite uno studio diagnostico-conoscitivo sulle strutture
in elevazione, sulle tipologie fondazionali e sul terreno di fondazione; progettazione esecutiva della
nuova struttura fondazionale (con o senza pali) e della piattaforma rigidamente connessa all’edificio
funzionale al sollevamento e dell’impianto di sollevamento; progettazione dei sistemi di monitoraggio
delle strutture e studio delle interazioni con gli edifici adiacenti.
FASE 2:
Intervento vero e proprio sull’edificio con la costruzione della nuova fondazione, della
piattaforma di base, l’eventuale infissione dei pali ed il sollevamento dell’edificio con sistema
brevettato Soles-Mattioli® .
La FASE 1 è così articolata:
Campagna di indagini in sito adeguate a determinare le caratteristiche geologiche e
geotecniche dei terreni di fondazione.
Studio diagnostico-conoscitivo su facciate esterne e nei locali interni per determinare le esatte
caratteristiche delle strutture in elevazione e di fondazione dell’edificio; tale rilievo servirà ad integrare
e confermare l’eventuale documentazione già esistente e reperibile.
Studio delle interazioni tra l’edifico oggetto dell’intervento ed eventuali edifici in aderenza.
Sulla base delle indagini eseguite viene progettata la nuova struttura di fondazione e gli
eventuali pali e la piattaforma con i relativi collegamenti alle strutture esistenti, dimensionato il sistema
di sollevamento e quello di monitoraggio delle strutture in corso d’opera.
La FASE 2 si articola nei seguenti punti:
La rimozione dei pavimenti al piano terra e la realizzazione di bypass degli impianti per
permettere l’utilizzo dell’edificio (nei piani superiori) anche durante le lavorazioni;
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Lo scavo fino alla quota di progetto e, nel caso il progetto lo preveda, la rimozione e/o
demolizione delle eventuali strutture interferenti.
Raggiunta la quota di fondo scavo di progetto e gettato il magrone vengono montate le
armature della nuova struttura di fondazione e si procede quindi con il betonaggio.
A maturazione della platea, si procede con l’eventuale realizzazione dei pali Soles® con
l’utilizzo della macchina pianta pali dotata di potenti martinetti oleodinamici, operando di volta in volta
su ciascun punto di infissione ed utilizzando come contrasto il peso dell’edificio. Il palo viene realizzato
mediante l’infissione di un tubo in acciaio dotato alla punta di una flangia circolare di diametro
superiore a quello del tubo, in modo tale da realizzare un vuoto tra tubo e terreno che viene riempito
contemporaneamente all’infissione di microcalcestruzzo pompato in pressione.
Il sistema adottato per l’infissione permette di spingere il palo, senza alcuna vibrazione e
senza alcuna asportazione di terreno, fino ad una profondità tale da verificare e quindi garantire la
portata prevista dal progetto.
Sopra la nuova fondazione vengono posizionate le speciali scatole guida Soles® predisposte
per il sollevamento, vengono montate le armature della piattaforma con tutti gli elementi di
collegamento alle murature esistenti, vengono predisposti dei pozzetti di accesso per la successiva
posa in opera degli isolatori e si procede quindi con il betonaggio.
Dalla scatola guida inserita nella piattaforma viene lasciato sporgere la parte tubolare in
acciaio del piede di sollevamento per la lunghezza corrispondente all’entità del sollevamento previsto
e viene predisposto per l’applicazione dei dispositivi di sollevamento;
Ogni dispositivo di sollevamento è composto da un martinetto oleodinamico che esercita la
spinta necessaria per generare il sollevamento; due piastre in acciaio sulle quali agisce il martinetto
oleodinamico (una posta tra l’estremità superiore del tubo di armatura del piede di sollevamento ed il
martinetto, l’altra al di sopra del martinetto e collegata alle barre ancorate inferiormente alla speciale
scatola guida annegata nella platea);
I dispositivi di sollevamento sono suddivisi in gruppi indipendenti controllati da quadri periferici
ed azionati da centraline oleodinamiche. Il sistema viene continuamente monitorato mediante sensori
di pressione e misuratori di posizione posti su ciascun dispositivo di sollevamento. Un software
dedicato consente di impostare e controllare i parametri garantendo di operare sempre dentro i limiti di
sicurezza imposti.
La spinta sui dispositivi di sollevamento viene applicata secondo una sequenza stabilita in
fase di progetto. Le soglie massime di pressione e di sollevamento assolute (per ogni punto) e
differenziali (tra punti adiacenti), vengono impostate nel programma di monitoraggio del sistema di
sollevamento. Il monitoraggio è in tempo reale, e permette di controllare il sollevamento di ciascun
punto istante per istante. Il sollevamento viene realizzato per cicli ripetuti con incrementi di
sollevamento molto piccoli e lenti (la velocità media del sollevamento è di circa un centimetro all’ora),
così da evitare ogni possibile sollecitazione al fabbricato.
Viene predisposto anche un monitoraggio delle strutture progettato in base alle caratteristiche
dell’edificio e che può prevedere l’impiego di diversi sistemi di rilevamento al fine di tenere
costantemente sotto controllo le eventuali deformazioni e tensioni indotte sull’edificio durante la fase
del sollevamento.
Ultimato il sollevamento si procede con la messa in opera dei dispositivi di isolamento sismico
precedentemente dimensionati: essi saranno appoggiati e ancorati alla nuova fondazione attraverso i
pozzetti di accesso già predisposti.
Ultimata la posa in opera si procede con l’abbassamento dell’edificio al di sopra dei dispositivi
di isolamento e con il loro definitivo ancoraggio alla platea superiore.
Viene smontato l’impianto di sollevamento composto da martinetti, piastre e barre mentre la
parte annegata nella piattaforma viene coperta e rimane riattivabile in qualsiasi momento.
Si eseguono perimetralmente le opere di raccordo e finitura lungo il giunto creatosi con il
sollevamento e per garantire la possibilità di spostamento dell’edificio sopra gli isolatori.
Si realizzano le opere di finitura al piano terra per il ripristino funzionale dello stesso.
SICUREZZA E CONSERVAZIONE
Figura 8. Fase 1
Figura 9. Fase 2
SICUREZZA E CONSERVAZIONE
Figura 10. Fase 3
Figura 11. Fase 4
SICUREZZA E CONSERVAZIONE
Figura 12. Fase 5
Figura 13. Fase 6
SICUREZZA E CONSERVAZIONE
Figura 14. Fase 7
Figura 15. Fase 8
SICUREZZA E CONSERVAZIONE
Figura 16. Fase 9
7. CONCLUSIONI
Si sono esposte tecniche moderne di intervento di riabilitazione sismica adatte ad edifici monumentali.
Si sono presentati i requisiti simici degli edifici scolastici e la gestione dell’esecuzione degli interventi.
All’autore pare di aver presentato elementi progettuali utili alla salvaguardia delle scuole aquilane.
