Verifica Sismica e successiva Progettazione Strutturale del Liceo Scientifico “F. Redi”, Arezzo

Committente:
Provincia di Arezzo
Tipo di appalto:
Pubblico
Affidamento:
Verifica di Vulnerabilità
Periodo di esecuzione:
2018-2019
Importo dei lavori:
€ 2.816.397,22
Ruolo di SB+:
Mandataria di RTP

Committente:
Provincia di Arezzo
Tipo di appalto:
Pubblico
Affidamento:
Progettazione Preliminare, Definitiva, Esecutiva + Coord. Sicurezza
Periodo di esecuzione:
2019-2020
Importo dei lavori:
€ 270.779,27
Ruolo di SB+:
Unica assegnataria
Sviluppo in BIM:
Si

Caratteristiche geometriche e strutturali

Il complesso scolastico ha forma di “doppio pettine” con i corpi delle aule, dei laboratori e degli uffici che si sviluppano su tre piani fuori terra mentre le due palestre e l’auditorium sono su un solo piano. Ha una superficie di 10.284mq e consta di due corpi principali, uno edificato nel 1961 e l’altro nel 1968, non separati da un giunto efficace dal punto di vista sismico.

Le strutture verticali sono costituite da pilastri in cemento armato, di sezione quadrata o rettangolare e dimensioni variabili da un minimo di 20×25 cm ad un massimo di 110×60 cm. Mediamente le sezioni più diffuse sono 30×30 cm, 30×40 cm.

Le strutture orizzontali sono costituite da travi ad L e a T di dimensioni variabili; I tamponamenti esterni sono realizzati mediante una parete in muratura di mattoni pieni dello spessore di 12 cm ed una realizzata in forati di 8 cm con un’intercapedine dello spessore di 12 cm tra le due.

I solai di interpiano sono in latero cemento: in particolare nei blocchi A, B, C, D sono presenti solai con pignatte di altezza pari a 15 cm e soletta in calcestruzzo di circa 5 cm; i travetti sono posti ad un interasse di 50 cm. Per quanto riguarda la copertura, quella del corpo del 1961 è (a seguito di progetto di trasformazione del 2003) di tipo ligneo, con capriate e puntoni, mentre nel corpo del 1968 è in latero cemento con la trave di colmo ribassata ed i puntoni in corrispondenza dei quattro spigoli dell’edificio.

Indagini e livello di conoscenza

Particolare rilievo ha assunto, per questo immobile, la campagna di indagini in ragione della cattiva qualità del conglomerato. Già ne erano state svolte in passato, nel 2006, sia in forma debolmente distruttiva che in forma di prove di carico; altra ne sono state aggiunte in fase di espletamento di questo Servizio per il raggiungimento del livello di conoscenza LC2, prima, e LC3, poi, attraverso implementazione del numero di carotaggi sul calcestruzzo (nelle travi in particolare), di estrazioni di barre di armatura e prove di carico su elementi principali. La caratterizzazione del suolo e sottosuolo ha richiesto l’impiego di più metodologie di indagine. Al fine di definire l’assetto stratigrafico generale dell’area di interesse, fino a profondità significative dal punto di vista sismico e per determinare il profilo sismico e il valore della Vs equivalente, sono state effettuate un’indagine sismica a rifrazione in Onde P e un’indagine sismica di tipo MASW+RE.MI. L’indagine sismica è stata eseguita, per una lunghezza complessiva dei ricevitori pari a 69 m; sono state inoltre effettuate n.3 misure del rumore ambientale HVSR per valutare la presenza di amplificazioni sismiche significative.

L’analisi delle risultanze ha consentito la distinzione finale delle caratteristiche meccaniche della struttura per elementi principali (travi e pilastri), per blocchi e per piano ottenendo una precisa calibrazione degli interventi necessari all’adeguamento statico dell’immobile.

Modello

La vulnerabilità sismica è stata svolta con il software MIDAS GEN che ha consentito la realizzazione di un modello ad elementi finiti che ha riprodotto, per quanto possibile, la geometria della struttura in accordo con le indicazioni delle tavole degli elaborati progettuali originali e dei rilievi geometrici svolti. Il calcolo degli effetti delle azioni sismiche sui diversi elementi strutturali è stato condotto mediante un’analisi dinamica lineare con spettro di risposta, opportunamente ridotto mediante applicazione del fattore di struttura.

È stato considerato un numero complessivo di modi di vibrare tale da attivare almeno l’85% della massa totale dell’edificio e sono comunque considerati tutti i modi che attivano più del 5% della massa totale. La sovrapposizione dei modi per il calcolo di sollecitazioni e spostamenti complessivi è stata effettuata adottando una Combinazione Quadratica Completa (CQC).

Verifiche sismiche

Per la determinazione del livello di protezione globale della struttura allo stato di fatto si è proceduto nella creazione di un modello tridimensionale a macroelementi mediante il quale è stata eseguita un’analisi lineare con spettro di risposta. Al fine di definire dei fattori di sicurezza che risultino rappresentativi dello stato di sicurezza globale, sono stati individuati quelli dei singoli telai di piano. A tal fine sono stati valutati i fattori di sicurezza che portano alla crisi di un intero telaio, considerando le crisi a taglio e pressoflessione dei pilastri appartenenti al telaio. Così facendo si definisce un fattore di sicurezza di piano quindi rappresentativo di una vulnerabilità globale della struttura.

Progettazione

La verifica di vulnerabilità ha posto in luce, oltre a inadeguatezze di tipo sismico, altre di natura statica. In realtà l’immobile non presenta segni di sofferenza, tuttavia le verifiche per le sole combinazioni con carichi di tipo statico hanno evidenziato problematiche diffuse sulle travi, con deficienza nei confronti del taglio e della flessione. Per i pilastri risulta invece una percentuale minima di verifiche non soddisfatte (taglio e pressoflessione). Di conseguenza la S.A. ha dato incarico a questa Società affinché provvedesse alla progettazione degli interventi necessari all’ottenimento dell’adeguamento statico dell’immobile rimandando ad una seconda fase quelli necessari al raggiungimento del miglioramento/adeguamento sismico della struttura. Questi sono stati dimensionati per conferire agli elementi che ne necessitano la resistenza complementare, a taglio e/o a flessione, necessaria per il soddisfacimento delle verifiche nei confronti degli stati limite ultimi. Nell’ottica di limitare il disturbo funzionale nell’edificio e dunque le problematiche di ri-allocazione degli studenti e l’invasività degli interventi stessi, si è cercato di applicare ovunque possibile l’intervento meno invasivo, ossia il rinforzo con placcaggio laterale in acciaio. Diversamente, nelle travi in cui sono emerse deficienze a momento negativo (in quantità minoritaria rispetto a quelle dovute al taglio), è stato introdotto l’intervento di rinforzo estradossale con fibre di carbonio CFRP. Questo tipo intervento è stato altresì utilizzato nei casi necessari al rinforzo dei pilastri per criticità a pressoflessione e/o taglio.