sintesi di tesi di laurea

sa vicentina dell’Araceli, Vicenza,
sa vicentina dell’Araceli, Vicenza,
e.
sintesi di tesi di laurea
Università degli Studi di Firenze - Facoltà di Ingegneria
Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Edile
PROGETTO DI RIQUALIFICAZIONE ARCHITETTONICA E STRUTTURALE DELL’ISTITUTO DON
MILANI A FIRENZE
Autori: Matteo Biagiotti, Veronica Vargiu
Relatori: Prof. Arch. Frida Bazzocchi, Prof. Ing. Vincenzo Di Naso, Prof. Ing. Maurizio Orlando, Prof. Ing.
Gloria Terenzi
Correlatore esterno: Ing. Lorenzo Boganini
Data di Laurea: 29 settembre 2015
Nella loro tesi di laurea gli ingegneri Biagiotti e Vargiu hanno affrontato il tema di grande attualità di
riqualificazione funzionale ed adeguamento statico e sismico di un complesso scolastico: l’Istituto
Comprensivo Don Milani sito a Firenze in via Cambray-Digny.
L’interesse per lo studio dell’edificio è stato stimolato dall’Amministrazione Comunale, visto che lo stesso
attualmente presenta un’incongrua organizzazione spaziale, diffusi fenomeni di degrado ed una struttura
portante in acciaio con caratteristiche di prestazione non sempre soddisfacenti in ambito sismico.
Alternativa alla riqualificazione potrebbe essere la demolizione dell’edificio, finalizzata ad una successiva
ricostruzione; questa operazione presenterebbe tuttavia non pochi inconvenienti, perché l’area di
edificazione è posta in forte depressione rispetto alla sede stradale ed ha una pericolosità idraulica
medio-alta, tale da far sì che la quota d’imposta del nuovo fabbricato debba essere significativamente
al disopra di quella attuale.
Da qui la proposta avanzata nella tesi di un intervento concretamente realizzabile, definito in tutti i suoi
aspetti e sviluppato sino a livello di progetto esecutivo, fatta eccezione per il sistema degli impianti. Il
progetto, di natura fortemente interdisciplinare, a fronte di una attenta analisi conoscitiva dell’edificio, le
cui tecniche realizzative non erano note, ha quindi proposto un nuovo assetto distributivo e funzionale
degli ambienti scolastici, della palestra e dell’auditorium, la complessiva riqualificazione dell’involucro
esterno e l’adeguamento statico e sismico della struttura.
Il complesso scolastico ha pertanto acquisito razionalità, efficienza e riconoscibilità sul piano formale.
Per la riqualificazione sono state in massima parte previste tecnologie leggere a secco, riciclabili, che
hanno permesso il mantenimento dell’attuale struttura portante.
Il progetto di adeguamento sismico è stato sviluppato proponendo una duplice modalità d’intervento,
di cui l’una ha previsto l’introduzione di controventi tradizionali, disposti secondo il classico schema a
croce di S. Andrea, mentre l’altra è consistita nell’impiego di controventi dissipativi, includenti dispositivi
fluido-viscosi a matrice siliconica. Entrambe le soluzioni progettuali prevedono la realizzazione di plinti
su micropali come sistema fondale delle nuove strutture di controvento.
In generale la tesi rappresenta un’ottima dimostrazione delle capacità professionali e tecniche degli
Ingegneri Edili Magistrali formati a Firenze, operatori capaci di affrontare e risolvere aspetti diversi di un
progetto strettamente correlato con la prassi del produrre e del costruire e in cui lo sviluppo sino a livello
esecutivo dei dettagli costruttivi diviene parte integrante.
I relatori
INTRODUZIONE
La tesi affronta il tema del recupero di un edificio
prefabbricato in acciaio, costruito intorno al 1964
nel Comune di Firenze in via Cambray-Digny ed
oggi sede dell’Istituto Comprensivo Don Milani.
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2010
L’interesse per il fabbricato è stato stimolato
dall’Amministrazione Comunale, che ne sta
valutando la demolizione e costruzione exnovo: la scuola infatti presenta attualmente una
serie di problematiche, tra cui evidenti e diffusi
fenomeni di degrado, la presenza di amianto e
19
la non conformità delle strutture alla normativa
antisismica. D’altra parte la ricostruzione in sito
risulterebbe sconveniente dato che l’area di
edificazione, posta in forte depressione rispetto
alla sede stradale, presenta una pericolosità
idraulica medio-alta che determinerebbe
una nuova quota di imposta del fabbricato
molto maggiore di quella compatibile con la
configurazione attuale del terreno.
Fig. 19 - Icnografia del Palazzo Carignano, Torino, Archivio di Stato, Finanze, Azienda Savoia-Carignano, cat. 53, mazzo unico, Tipi,
n. 108, filigrana (ripresa a luce trasmessa).
Figura 1 – Ingresso principale all’Istituto Comprensivo
Don Milani
struttura, dove sono disposti gli ambienti
amministrativi, alcune aule, una palestra e
un auditorium. Mentre il piano secondo è
interamente occupato dalle aule didattiche, i
pochi laboratori presenti sono collocati senza
continuità al piano terra, dove si trovano anche
un piccolo refettorio ed i locali spogliatoio a
servizio della palestra, totalmente scollegati dalla
zona di attività motoria posta al primo piano.
L’assetto poco razionale degli spazi consente
di ospitare tre sezioni didattiche, con evidente
sottoutilizzo degli ambienti rispetto alle loro
potenzialità. All’interno del corpo di fabbrica non
si identificano inoltre aree ricreative ed i piccoli
atri presenti sono di bassa qualità ambientale,
scarsamente illuminati, attrezzati e valorizzati.
Per ciò che concerne l’involucro esterno,
i vari fabbricati compongono un insieme
architettonico organico, contraddistinto da una
fascia basamentale in mattoni faccia vista al
piano terra e da pannelli prefabbricati contenenti
amianto ai piani superiori (Figura 3 e 4). L’amianto
è presente attualmente anche in copertura.
1. ANALISI CONOSCITIVA DELL’EDIFICIO
1.1. Aspetti distributivi e architettonici
Il plesso scolastico esistente si compone di
quattro volumi distinti ed interconnessi, articolati
su due o tre livelli per un totale di circa 5000 mq;
nell’attuale configurazione si distinguono tre
Fig.
20 - Icnografia
del Palazzo
Carignano,
Torino,
di Stacorpi
edilizi che
ospitano
gli spazi
diArchivio
una scuola
to, Finanze, Azienda Savoia-Carignano, cat. 53, mazzo unico, Tipi,
n.media
108, contromarca
(ripresa aposto
luce trasmessa).
ed un blocco
a ovest, scollegato e
indipendente, sede dagli anni ‘90 di una scuola
per l’infanzia (Figura 2).
Fig. 22 - Icnografia della chiesa vicentina dell’Araceli, Vicenza,
Musei Civici, D 1053.
Figura 3 - Fronte nord con fascia basamentale in mattoni
facciavista e pannelli prefabbricati
Figura 2 - Vista aerea del fronte sud-est
Dato il dislivello altimetrico del lotto, l’accesso
principale all’istituto avviene attraverso una
Fig. 21 - Icnografia della chiesa vicentina dell’Araceli, Vicenza,
passerella
cheparticolare
immette
al piano
primo della
Musei
Civici, D 1053,
(ripresa
a luce trasmessa).
20
10
Fig. 23 - Icnografia della chiesa vicentina dell’Araceli, Vicenza,
Figura
4 - Fronte
del complesso
Musei
Civici,
D 1053, sud
particolare.
N.
2015
N. 12
7 --2010
1.2. Aspetti strutturali e costruttivi
L’impianto strutturale della scuola è stato
ricostruito grazie ad una serie di sopralluoghi
e saggi in sito che hanno compensato la non
reperibilità del progetto originario.
La struttura è risultata composta da telai in
acciaio su plinti isolati e concepita secondo
una logica costruttiva che mira alla massima
standardizzazione dei componenti tecnologici:
travi e colonne sono realizzate rispettivamente
con profili IPE e HE, disposti in maglie regolari
create sul modulo base di 1.20 m, con interasse
tra i pilastri di 2.40, 4.80 e 6.00 m (Figura 5).
Dalle ispezioni è emersa anche la mancanza di
elementi controventanti i telai.
poggiano sulla piastra sommitale del pilastro
inferiore e sul loro estradosso si vincola la piastra
di base della colonna superiore, come si osserva
in Figura 6.
I collegamenti perimetrali trave-colonna sono
realizzati tramite flange, che creano in maniera
diversificata, un vincolo di incastro per le travi di
bordo e di cerniera per quelle di spina (Figura
7 e 8).
6a
sa vicentina dell’Araceli, Vicenza,
sa vicentina dell’Araceli, Vicenza,
e.
Figura 5 – Planimetria strutturale impalcato del piano
primo e relativo estratto con individuazione delle maglie
tipo
Le colonne perimetrali si estendono per tutta
l’altezza della costruzione, mentre quelle interne
si interrompono ai vari impalcati, presentando
una sezione ridotta ai piani superiori.
Le travi principali sono realizzate in tre
lunghezze standardizzate di 2.40, 6.00 e 8.40 m
e presentano uno schema statico su due o tre
appoggi per gli elementi di spina e di doppio
incastro per quelli di bordo. Le travi secondarie
hanno invece una lunghezza di 6.00 m e schema
statico di semplice appoggio.
In corrispondenza dei nodi interni due travate si
interrompono su di una terza continua, vincolate
a quest’ultima tramite una flangia a T presaldata
all’anima del profilato passante; tutte le travi
N.N.127 -- 2015
2010
6b
Figure 6a e 6b – Viste del nodo interno tipo, in cui si evidenzia l’attacco tra le travi ortogonali
21
Figura 7 - Vista esterna del nodo perimetrale tipo
Fig. 19 - Icnografia del Palazzo Carignano, Torino, Archivio di Stato, Finanze, Azienda Savoia-Carignano, cat. 53, mazzo unico, Tipi,
n. 108, filigrana (ripresa a luce trasmessa).
Figura 8 – Vista interna del nodo perimetrale tipo, in cui
si osserva una trave di bordo e una di spina
Anche i solai sono elementi prefabbricati in
tegoli di calcestruzzo armato (Figura 9), posti a
interasse di 60 cm, tranne in corrispondenza dei
blocchi scala dove è invece presente una lamiera
grecata e una soletta in calcestruzzo.
Fig. 20 - Icnografia del Palazzo Carignano, Torino, Archivio di StaUn
altroAzienda
aspetto
particolarecat.è 53,costituito
to,
Finanze,
Savoia-Carignano,
mazzo unico,dalla
Tipi,
n.copertura
108, contromarca
(ripresa
a luce trasmessa).
della
palestra
e dell’auditorium,
realizzata con una struttura reticolare spaziale a
maglia tetraedrica in tubi metallici a sezione cava
(Figura 10).
Figura
- Vista dell'intradosso
del solaio
in tegoliVicenza,
in calFig.
21 - 9Icnografia
della chiesa vicentina
dell’Araceli,
cestruzzo
all’appoggio
con(ripresa
la travea secondaria
Musei
Civici, D
1053, particolare
luce trasmessa).
22
10
Figura 10 - Vista della struttura reticolare di copertura
presente in corrispondenza di auditorium e palestra
1.3. Analisi della struttura allo stato attuale
Per completare il quadro conoscitivo dello stato
attuale la struttura è stata modellata agli elementi
finiti con il codice di calcolo SAP2000NL (Figura
11) e ne è stato studiato il comportamento sotto
l’azione dei carichi verticali, eseguendo verifiche
di resistenza e stabilità agli Stati Limite Ultimi.
Non disponendo di informazioni sul materiale in
opera, le analisi sono state condotte nell’ipotesi
di un acciaio S-235, equivalente all’acciaio
Tipo 1 dell’epoca. In prima istanza le resistenze
di progetto sono state ridotte di un fattore di
Fig.
22 - Icnografia
della
vicentina
dell’Araceli, Vicenza,
confidenza
pari
adchiesa
1.35,
considerando
che,
Musei Civici, D 1053.
nonostante l’accuratezza delle informazioni
reperite a livello di geometria e dettagli costruttivi,
la mancanza di dati sulla qualità dell’acciaio
comporta complessivamente di non poter
superare un livello di conoscenza LC1.
Figura
- Modello
aglichiesa
elementi
finiti della
struttura
allo
Fig.
23 -11
Icnografia
della
vicentina
dell’Araceli,
Vicenza,
stato Civici,
attuale
Musei
D 1053, particolare.
N.
2015
N. 12
7 --2010
Da questa prima analisi è emersa l’incapacità
della maggior parte degli elementi strutturali
di soddisfare le verifiche attualmente previste,
rendendo di fatto sconveniente il recupero della
struttura. Una successiva indagine, condotta
assumendo un livello di conoscenza LC3, ha
invece evidenziato criticità a livello delle sole
travi secondarie e delle principali sulle quali
si appoggiano (Figura 12 e tabella 1). Questa
forte variabilità dei risultati tra le due analisi
effettuate mostra come le indagini diagnostiche
per la caratterizzazione dell’acciaio risultino
determinanti nell’ottica di una conveniente
riabilitazione delle strutture, ponendosi come
presupposto indispensabile per la successiva
fase di progetto.
Figura 12 - Individuazione degli elementi non verificati: a sinistra lo studio con LC1, a destra
con LC3
Tabella
1 - Riepilogo
elementi non verificati nel blocco centrale
sa vicentina
dell’Araceli,
Vicenza,
sa vicentina dell’Araceli, Vicenza,
e.
Dall’analisi modale dell’edificio, si è inoltre
osservato come il comportamento globale sia
fortemente influenzato dalla diversa deformabilità
dei vari blocchi che lo costituiscono; in particolare
i primi modi di vibrare interessano soltanto il
corpo della palestra, estremamente deformabile,
mentre le restanti parti entrano in gioco dal
quinto modo, raggiungendo una percentuale di
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massa totale attivata superiore all’85% solo al
dodicesimo modo.
3. INTERVENTI DI RECUPERO
3.1.
Modifiche
di
carattere
funzionale-
distributivo del sistema ambientale
Nel rispetto dell’attuale articolazione planimetrica
e altimetrica dei vari fabbricati, il progetto prevede
un intervento di sostanziale modifica dell’assetto
distributivo interno, ricercando nell’estrema
regolarità dell’impianto strutturale la possibilità
di una configurazione razionale e funzionalmente
efficiente degli spazi richiesti. Sfruttando la
particolare morfologia del complesso, ciascun
volume è stato destinato ad accogliere una
specifica tipologia di attività, separando gli spazi
strettamente richiesti dalla funzione scolastica
da quelli potenzialmente tramutabili in servizi
di quartiere, così da ampliare il bacino d’utenza
della struttura e massimizzarne lo sfruttamento.
Il nucleo didattico è stato dunque sviluppato
nel corpo edilizio principale, creando appendici
funzionali destinate allo spettacolo, allo
sport ed alle attività di laboratorio nei tre
blocchi secondari. La disposizione degli spazi
complementari in apposite ali del plesso è
volta sia ad assecondare le particolari esigenze
dei diversi sistemi ambientali senza venir
meno ad una diretta connessione con le unità
pedagogiche, sia un’autonomia gestionale delle
aree specialistiche rispetto al blocco didattico.
L’ingresso al corpo principale è stato spostato
alla quota d’imposta dell’edificio, in posizione
pressoché baricentrica rispetto allo sviluppo
del fronte principale posto a nord, prevedendo
un’ampia area di accesso esterno antistante la
scuola. Al piano terreno sono stati organizzati gli
ambienti con una destinazione d’uso più legata
alle funzioni pubbliche che a quelle prettamente
didattiche, in modo da limitare gli spostamenti
dei visitatori esterni: sono stati dunque previsti
gli spazi di accoglienza, di amministrazione e
la biblioteca, che comprende al suo interno un
apposito locale temporaneamente fruibile per gli
incontri insegnante-genitore. I due piani superiori
accolgono tutti gli ambienti per la didattica e sono
strutturati secondo una medesima configurazione
distributiva che sfrutta la modularità delle maglie
23
strutturali per la definizione delle fasce funzionali
interne e la perimetrazione degli ambienti. Le
aule sono disposte in successione lungo i fronti
nord e sud, collegate da una zona centrale in
cui sono disposti i servizi e l’atrio ricreativo, con
ampio affaccio sull’esterno.
Per non apportare modifiche all’assetto
strutturale, palestra ed auditorium sono state
mantenute al piano primo dei rispettivi volumi
posti ad est, organizzando al piano terra spazi
inerenti alla specifica funzione di intrattenimento
o di sport e dotando i padiglioni di ingressi
autonomi. Per potenziare i servizi offerti, in
corrispondenza del blocco auditorium sono
Fig. 19 - Icnografia del Palazzo Carignano, Torino, Archivio di Staprevisti
la musica, mentre
al piano
to,
Finanze, locali
Aziendaper
Savoia-Carignano,
cat. 53, mazzo
unico,terra
Tipi,
n. 108, filigrana (ripresa a luce trasmessa).
del nucleo sportivo si collocano gli spogliatoi,
un’ulteriore piccola palestra per le attività
ginniche e gli spazi di servizio, comprensivi
dell’infermeria scolastica.
Gli atelier e gli spazi di laboratorio sono stati
invece raggruppati e disposti nel blocco
ovest, concepito anch’esso come un nucleo
funzionale dotato di una sua indipendenza, con
proprio ingresso dedicato e aree parcheggio
prospicienti il corpo di fabbrica. Gli ambienti
predisposti al suo interno, comprensivi di spazi
per attività artistiche, scientifiche, informatiche
e linguistiche, si prestano così ad un utilizzo
continuativo anche da parte della comunità in
orario extrascolastico, per eventuali corsi di
recupero o di aggiornamento, oppure per lo
Fig. 20 - Icnografia del Palazzo Carignano, Torino, Archivio di Stasvolgimento
attività creative,
corsiTipi,
di
to,
Finanze, AziendadiSavoia-Carignano,
cat. 53,come
mazzo unico,
n. 108, contromarca (ripresa a luce trasmessa).
pittura o di ceramica.
Figura 13 - Planimetria del piano terra nella configurazione di progetto
Fig. 22 - Icnografia della chiesa vicentina dell’Araceli, Vicenza,
Musei Civici, D 1053.
Figura 14 – Planimetria del piano primo nella configurazione di progetto
3.2. Sostituzione dei componenti di involucro
A sostituzione degli attuali pannelli contenenti
cemento amianto si propongono tamponamenti
leggeri totalmente assemblati a secco,
facilmente integrabili con la struttura in acciaio
(Figura 16a). La composizione dei componenti di
facciata è concepita in modo tale da creare una
modularità delle partizioni opache e trasparenti
che stabilisca un rapporto dialettico tra la
scansione prospettica e la successione degli
ambienti interni.
Per le partizioni opache è previsto l’impiego di
pareti pluristrato, con sottostruttura metallica e
pannelli cementizi, esternamente completate
Fig. 21 - Icnografia della chiesa vicentina dell’Araceli, Vicenza,
con un rivestimento ceramico che, tramite
Musei Civici, D 1053, particolare (ripresa a luce trasmessa).
24
10
Fig. 23 - Icnografia della chiesa vicentina dell’Araceli, Vicenza,
FiguraCivici,
15 – D
Planimetria
del piano secondo nella configurazione di progetto
Musei
1053, particolare.
N.
2015
N. 12
7 --2010
l’impiego di tonalità cromatiche differenziate,
sottolinea l’articolazione prospettica delle varie
pareti perimetrali.
Le pareti trasparenti sono invece realizzate con
facciate continue a montanti e traversi, nelle
quali gli elementi portanti sono realizzati con
una struttura in legno, esternamente protetta
da un rivestimento in acciaio corten (Figura
16b). L’intento perseguito è quello di rendere
percepibile all’interno degli ambienti la struttura
lignea, conferendo agli spazi una familiarità
domestica, e al contempo garantire un’efficace
protezione della struttura agli agenti esterni
senza venir meno ad un analogo impatto formale.
Alla semplicità della composizione prospettica
del corpo principale si contrappone una spiccata
caratterizzazione dei tre padiglioni perimetrali,
prevedendo un rivestimento a lamelle in acciaio
corten che assolve contemporaneamente
funzione decorativa e di ombreggiamento (Figura
17).
In termini costruttivi il rivestimento impiegato nei
corpi perimetrali si traduce in pannelli modulari
precostituiti, in cui le lamelle in corten sono
saldate su un telaio retrostante, composto
da scatolari a sezione quadrata, che viene
vincolato alla sottostruttura di facciata. Inoltre, in
corrispondenza delle partizioni opache, sul telaio
portante del pannello viene direttamente incollato
il rivestimento ceramico, così da ottenere un
effetto di tridimensionalità tra le lamelle e la
retrostante superficie di chiusura (Figura 18a).
I pannelli sono stati esecutivamente progettati
in diversi formati standardizzati in modo che,
diversificandone l’assemblaggio si crei una
trama che permetta la continuità formale
dell’involucro annullando la percezione del
singolo componente (Figura 18b).
3.3. Interventi di rinforzo delle strutture
sa vicentina dell’Araceli, Vicenza,
Figura 16 - Dettagli costruttivi relativi alla parete opaca pluristrato (a) ed alla facciata continua
in vetro (b)
sa vicentina dell’Araceli, Vicenza,
e.
Gli
interventi
di
carattere
strutturale
comprendono: il rinforzo delle travi e, localmente,
di alcuni pilastri, la sostituzione dei solai,
l’inserimento di giunti sismici e controventi e, a
livello della fondazione, il collegamento dei plinti
e l’introduzione di micropali in corrispondenza
dei campi controventanti.
La resistenza e la rigidezza delle travi sono state
migliorate progettando membrature miste: i solai
Figura 17 – Due viste relative ai prospetti sud e nord
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2010
25
esistenti sono stati dunque sostituiti con solai
acciaio calcestruzzo e sono stati resi collaboranti
alle travi tramite connettori metallici a piolo (Figura
19). Per ridurre la deformabilità dell’impalcato e
stabilire un vincolo di piano rigido è prevista una
soletta strutturale di 5.50 cm, per un’altezza di
solaio, al netto dei completamenti, di 12 cm.
Per migliorare il comportamento modale del
complesso, sono stati inseriti dei giunti sismici alle
estremità dei blocchi scala, ottenendo tre volumi
strutturalmente indipendenti, per la palestra, il
corpo centrale comprensivo dell’auditorium, e i
laboratori (Figura 20)
L’adeguamento sismico della struttura è stato
Fig. 19 - Icnografia del Palazzo Carignano, Torino, Archivio di Stapoi
condotto
due
to,
Finanze,
Aziendapercorrendo
Savoia-Carignano,
cat. diverse
53, mazzo tipologie
unico, Tipi,
n. 108, filigrana (ripresa a luce trasmessa).
di intervento, tramite l’inserimento di controventi
di tipo tradizionale o di controventi integrati a
dispositivi avanzati per la dissipazione.
di salvaguardia della Vita (SLV) eseguendo
un’analisi dinamica lineare con spettro di risposta
con il codice di calco SAP2000NL.
Figura 18 - Pannelli modulari in lamelle di acciaio corten e talaio retrostante in profili scatolari
3.3.1 Adeguamento sismico con controventi
di tipo tradizionale
Una possibilità di adeguamento sismico è
costituita dall’introduzione di controventi
d’acciaio a croce di Sant’Andrea, realizzati con
profili tubolari cavi.
Tale soluzione incrementa la rigidezza della
struttura, riducendone il periodo di vibrazione,
limita le deformazioni in presenza di azioni
orizzontali e migliora il comportamento sotto
sisma dell’intero complesso.
Fig. 20 - Icnografia del Palazzo Carignano, Torino, Archivio di Stato,
Finanze,
Aziendala
Savoia-Carignano,
53, mazzo unico, Tipi,
Per
stabilire
strategia dicat.
adeguamento
più
n. 108, contromarca (ripresa a luce trasmessa).
conveniente da perseguire sono state vagliate
due ipotesi di intervento: progettare i controventi
rinunciando alle capacità dissipative della
struttura esistente oppure definire una “struttura
principale”
dissipativa
e
sismoresistente
rappresentata dai soli campi controventati,
nell’ambito della quale garantire il rispetto
della gerarchia delle resistenze, lasciando che
i restanti elementi “secondari” forniscano un
contributo resistente ai soli carichi verticali. In
questo secondo caso la struttura secondaria
deve comunque essere in grado di assorbire le
deformazioni trasmesse da quella principale ed
avere, rispetto ad essa, una rigidezza orizzontale
non superiore al 15%.
In entrambi i casi è stata quindi valutata la
Fig. 21 - Icnografia della chiesa vicentina dell’Araceli, Vicenza,
risposta
delle strutture
allotrasmessa).
Stato Limite
Musei
Civici, sismica
D 1053, particolare
(ripresa a luce
26
10
Figura 19 – Esempio di rinforzo di una trave principale nel blocco palestra
Fig. 22 - Icnografia della chiesa vicentina dell’Araceli, Vicenza,
Musei Civici, D 1053.
Figura 20 – Individuazione del posizionamento dei giunti sismici
In Figura 21 si riporta la modellazione agli elementi
finiti dei tre blocchi analizzati, mentre la Figura
22 chiarisce la disposizione dei controventi in
Fig. 23 - Icnografia della chiesa vicentina dell’Araceli, Vicenza,
pianta.
Musei
Civici, D 1053, particolare.
N.
2015
N. 12
7 --2010
sa vicentina dell’Araceli, Vicenza,
sa vicentina dell’Araceli, Vicenza,
e.
a
b
c
Figura 21 - Modelli agli elementi finiti relativi al blocco palestra (a), al blocco aule e auditorium (b) ed al blocco laboratori
(c) adeguati sismicamente con l’introduzione di controventi passivi a croce di Sant’Andrea
piastre aggiuntive per il soddisfacimento delle
verifiche di resistenza e stabilità agli SLV (Figura
25).
Figura 22 - Disposizione degli elementi controventanti
Confrontando i risultati si è deciso di rinunciare
al comportamento dissipativo della struttura
sebbene ciò comporti l’utilizzo di tubolari
con maggior diametro e quindi l’impiego di
una maggiore quantità di acciaio, perché
il soddisfacimento della gerarchia delle
resistenze avrebbe comportato un intervento di
adeguamento degli elementi e delle zone nodali
troppo oneroso visto l’elevato numero di campi
controventati costituenti la struttura principale.
A titolo di esempio in Figura 23 si riporta un
estratto dagli elaborati progettuali in cui si
evidenzia un controvento relativo al blocco C, per
il quale sono stati impiegati tubolari di diametro
101,6x10 mm. I collegamenti dei diagonali sono
stati progettati prevedendo delle unioni flangiate
con piastre circolari, inserendo anche dei
fazzoletti di irrigidimento radiali per contenerne
lo spessore (Figura 24).
L’introduzione dei controventi è accompagnata
anche dal rinforzo locale del 15% degli elementi
pilastro, per i quali si prevede la saldatura di
N.N.127 -- 2015
2010
Figura 23 – Controvento a croce di Sant’Andrea nel blocco C (estratto dalle tavole di progetto)
27
a
b
Figura 24 – (a) Particolare del nodo centrale tipo di una maglia di controvento; (b) modello agli elementi finiti per la determinazione dello spessore ottimale della flangia irrigidita
Fig. 19 - Icnografia del Palazzo Carignano, Torino, Archivio di Stato, Finanze, Azienda Savoia-Carignano, cat. 53, mazzo unico, Tipi,
n. 108, filigrana (ripresa a luce trasmessa).
Fig. 22 - Icnografia della chiesa vicentina dell’Araceli, Vicenza,
Musei Civici, D 1053.
Fig. 20 - Icnografia del Palazzo Carignano, Torino, Archivio di Stato, Finanze, Azienda Savoia-Carignano, cat. 53, mazzo unico, Tipi,
n.a108, contromarca (ripresa a luce trasmessa).
b
Figura 25 - (a) Individuazione planimetrica delle colonne da rinforzare; (b) esempi di intervento locale di rinforzo sulle
colonne esistenti
Il controllo sugli spostamenti è stato effettuato sia
allo Stato Limite di Operatività (SLO), verificando
il rispetto dei limiti fissati dalle NTC2008 per
Fig. 21 - Icnografia della chiesa vicentina dell’Araceli, Vicenza,
edifici
in classe
d’uso 3,(ripresa
sia allo
SLV,
osservando
Musei
Civici,
D 1053, particolare
a luce
trasmessa).
28
10
che gli spostamenti di interpiano risultano
inferiori a quelli limite indicati dalla normativa
americana ASCE-41 (ASCE-41 – 2006), pari a
Fig. 23 - Icnografia della chiesa vicentina dell’Araceli, Vicenza,
0.02hCivici,
essendo
l’altezza interpiano.
Musei
D 1053, h
particolare.
N.
2015
N. 12
7 --2010
sa vicentina dell’Araceli, Vicenza,
sa vicentina dell’Araceli, Vicenza,
e.
3.3.2 Adeguamento sismico con tecnologie
avanzate
In alternativa all’utilizzo di sistemi di
controventamento tradizionali è stato valutato
l’impiego di tecnologie avanzate di protezione
sismica per dissipazione supplementare di
energia, adottata da specifici dispositivi inseriti
all’apice di controventi a V rovescia.
Allo scopo sono stati prescelti dissipatori
fluido viscosi a matrice siliconica della serie
Jarret BC1N, per la loro efficienza e le buone
caratteristiche di ricentraggio al termine del
sisma. Tali dispositivi sono composti da un
serbatoio cilindrico dotato di un pistone, libero di
muoversi all’interno (Figura 26); la dissipazione
di energia avviene per effetto dell’elevato attrito
che si sviluppa all’atto dello scorrimento del
fluido viscoso nella sezione anulare posta tra la
testa del pistone e il serbatoio interno.
Come detto, l’intervento proposto prevede il
montaggio di coppie di dispositivi in testa a
controventi a V rovescia, realizzati anche in
questo caso mediante diagonali tubolari (Figura
27), lasciando inalterate le posizioni delle maglie
controventanti rispetto a quelle determinate in
precedenza.
Ai pistoni di ciascuna coppia viene imposta, in
fase di montaggio, una posizione iniziale a metà
corsa degli stessi, così da ottenere una risposta
simmetrica sia in compressione che in trazione.
Figura 27 – Controventi dissipativi a V rovescia con dispositivi del tipo Jarret BC1N
Figura 26 – Vista in sezione di un dispositivo fluido-viscoso a matrice siliconica
di accelerogrammi spettrocompatibili ed
effettuando analisi non lineari FNA. Per
ottimizzare il comportamento dei dispositivi
e della struttura stessa è stato valutato
l’inserimento di due diversi apparecchi: BC1GN,
con corsa massima di 80 mm e BC1FN, con
corsa di 60 mm.
Per scegliere il dispositivo ottimale è stato
effettuato un controllo allo Stato Limite ultimo
di Collasso (SLC) sui cicli di dissipazione, in
termini di spostamenti e forza massima registrati
nell’apparecchio; con tali valori di sollecitazione
sono poi stati dimensionati i diagonali dei
controventi.
Poiché l’intervento non si basa su un incremento
di rigidezza della struttura alle azioni orizzontali
ma sulla dissipazione dell’energia introdotta dal
sisma, i diagonali hanno solo una funzione di
sostegno del dispositivo e necessitano quindi
di sezioni ridotte rispetto al caso precedente,
dettate principalmente da problemi d’instabilità
delle aste compresse. In Figura 30 si riporta un
estratto delle tavole progettuali relativo ad un
controvento del blocco A, in cui si utilizzano
diagonali tubolari di diametro 88,9x5 mm.
Con riferimento allo SLV sono stati poi riverificati
tutti gli altri elementi strutturali, in termini di
resistenza e stabilità, determinato il numero di
rinforzi locali da prevedere per l’adeguamento
in ciascuna delle soluzioni vagliate. Le analisi
effettuate hanno portato a definire l’utilizzo di
La risposta strutturale è stata determinata
mediante il codice di calcolo SAP2000NL
(Figura 28), modellando il sisma con gruppi
dispositivi BC1FN nel blocco della palestra
e BC1GN negli altri, prevedendo comunque
interventi di rinforzo locale con aggiunta di
piastre saldate sul 10% dei pilastri.
Dall’analisi dei parametri modali della struttura
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2010
29
a
b
c
Figura 28 - Modelli agli elementi finiti relativi ai corpi edilizi di palestra (a), aule e auditorium (b), laboratori (c) adeguati
sismicamente con l’inserimento di controventi dissipativi
Fig. 19 - Icnografia del Palazzo Carignano, Torino, Archivio di Stato, Finanze, Azienda Savoia-Carignano, cat. 53, mazzo unico, Tipi,
n. 108, filigrana (ripresa a luce trasmessa).
Figure 29 - Esempio di ciclo dissipativo e rapporto tempo-spostamento relativi ad un dispositivo BC1GN posto
al piano terreno del blocco aule
riabilitata si osserva come i periodi propri di
vibrazione subiscano un abbattimento meno
evidente rispetto al caso precedente; al minor
incremento della rigidezza della struttura
si associano quindi spostamenti interpiano
maggiori, che si mantengono comunque al di
sotto dei valori limite indicati dalle NTC 08 e
anche allo SLV inferiori a quelli fissati dalla norma
americana ASCE-41 (Figura 31)
Fig. 22 - Icnografia della chiesa vicentina dell’Araceli, Vicenza,
Musei Civici, D 1053.
Fig. 20 - Icnografia del Palazzo Carignano, Torino, Archivio di Stato, Finanze, Azienda Savoia-Carignano, cat. 53, mazzo unico, Tipi,
n. 108, contromarca (ripresa a luce trasmessa).
Figura 31 - Confronto degli spostamenti interpiano allo
SLV del blocco aule relativi alla soluzione tradizionale e
dissipativa
Figura
– Controvento
dissipativo
blocco BVicenza,
(estratFig.
21 - 30
Icnografia
della chiesa
vicentinanel
dell’Araceli,
to dalle
tavole
di progetto)
Musei
Civici,
D 1053,
particolare (ripresa a luce trasmessa).
30
10
L’efficienza della tecnologia adottata è
confermata dai grafici dell’energia riprodotti
Fig. 23 - Icnografia della chiesa vicentina dell’Araceli, Vicenza,
in Figura
mostrano come l’aliquota di
Musei
Civici, D32,
1053,che
particolare.
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dissipazione sia attribuita per la quasi totalità
ai dispositivi, risultando dell’ordine del 90% di
quella in ingresso.
ipotizzando di aver definito la qualità del materiale
in opera per conseguire un livello di conoscenza
LC3. Si è visto che l’adeguamento sismico
della scuola può essere conseguito attraverso
l’introduzione di controventi, oggi assenti, sia di
tipo passivo che integrati a dispositivi avanzati
per la dissipazione di energia. Entrambe le
soluzioni sviluppate richiedono il rinforzo locale
di almeno il 10% dei pilastri e devono essere
accompagnate da un intervento sulle fondazioni
che prevede il ricollegamento dei plinti e la
disposizione di micropali in corrispondenza dei
campi controventanti.
RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI
Figura 32 - Quantità di energia sismica dissipata dai dispositivi nel blocco delle aule
sa vicentina dell’Araceli, Vicenza,
sa vicentina dell’Araceli, Vicenza,
e.
4. Conclusioni
Il lavoro svolto propone una serie di interventi,
di carattere architettonico e strutturale,
che costituiscono una concreta alternativa
alla demolizione del fabbricato esistente,
consentendo il mantenimento dell’edificio nella
sede e quota attuale e minimizzando l’impatto
ambientale dovuto alle demolizioni.
Nel rispetto della conformazione planimetrica e
altimetrica originaria del complesso scolastico
è stato elaborato un nuovo impianto distributivo
e funzionale degli spazi, che oltre a consentire
l’insediamento di una scuola media di quattro
cicli triennali permette di creare nuovi servizi
civici di quartiere, configurando un nuovo polo
urbano.
L’involucro edilizio è stato completamente
riformulato prevedendo soluzioni tecnologiche
totalmente a secco e l’utilizzo di componenti
leggeri e modulari a sostituzione delle attuali
tamponature. Il progetto dell’involucro mira
anche a conferire una nuova caratterizzazione
architettonica al complesso.
La struttura originaria, composta da telai in
acciaio, è stata recuperata ed adeguata nei
confronti delle azioni statiche e sismiche
N.N.127 -- 2015
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Fig. 23 - Icnografia della chiesa vicentina dell’Araceli, Vicenza,
Musei Civici, D 1053, particolare.
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