Adeguamento sismico ed efficientamento energetico di una scuola mediante cappotto sismico: la progettazione

Progettazione ed esecuzione di un intervento di adeguamento sismico ed efficientamento energetico della scuola secondaria di primo grado di Falze’ di Trevignano (TV) con la tecnica del cappotto sismico 

Miglioramento sismico ed energetico di un edificio scolastico in un unico intervento e operando dall'esterno: l'uso del cappotto sismico

L’intervento descritto in questo articolo è quello di adeguamento sismico e contestuale efficientamento energetico della scuola secondaria di primo grado di Falze’ di Trevignano (tv), edificio rilevante ai sensi della D.G.R.Veneto 28 Novembre 2003, n.3645. La tecnica di intervento utilizzata è quella del “cappotto sismico” che permette di dare risposta contemporaneamente sia alle esigenze di aumento della sicurezza sismica dell’edificio che di efficientamento termico e acustico delle superfici verticali opache, operando quasi esclusivamente dall’esterno dell’edificio. Nello specifico il cappotto sismico adottato per realizzare l’intervento è stato prodotto dalla ditta Ecosism di Battaglia Terme - Padova. L’intervento, in fase di completamento in questi giorni, è stato realizzato in continuità di esercizio dell’attività scolastica.

Scuola di Falzè di Trevignano: la descrizione dello stato di fatto

La scuola allo stato di fatto era costituita da diversi corpi fra loro separati da giunti di costruzione di ampiezza non adeguata a essere considerati come sismici: i corpi A, B, C e la palestra sono stati realizzati nell'ambito del primo intervento del 1969; successivamente è stato realizzato il primo ampliamento (A1) nel 1976 e il secondo ampliamento (A2) nel 1979. L’ultimo ampliamento A3 è stato realizzato nel 2009, secondo i dettami delle allora vigenti NTC 2008 ed è pertanto escluso dall’intervento di adeguamento sismico.

Figura 1  - planimetria del fabbricato e individuazione dei corpi di fabbrica allo stato di fatto

Il complesso di corpi di fabbrica si sviluppa su un'area di dimensioni 85x40m. Gli edifici si sviluppano su 2 piani con un'altezza massima di circa 10 m rispetto al livello del terreno.

Strutturalmente l'edificio è costituito da fondazioni dirette a trave continua e plinti collegati da travi in c.a.. La struttura fuori terra è costituita da un telaio in c.a. tamponato con muratura di laterizi semipieni. Il pavimento del piano terra è realizzato sopra un solaio in latero-cemento rialzato rispetto alla quota del terreno circostante.

La verifica di vulnerabilità aveva determinato che allo stato di fatto l’indice di rischio allo stato limite di salvaguardia della vita, I_r(ag),SLV era pari a 0.15, evidenziando una grave carenza sismica dell’edificio. Rispetto ai carichi verticali non si evidenziavano invece particolari problematiche.

Pertanto la scelta dell’Amministrazione Comunale è stata quella di procedere con l’adeguamento sismico dell’edificio e di contemporaneo efficientamento energetico dello stesso, approfittando anche dei finanziamenti pubblici concessi per l’esecuzione di tale tipo di interventi.

Figura 2  - foto dell’edificio allo stato di fatto. A sx: ingresso sul lato nord-est del corpo A. A dx: facciata ovest corpo B+A1+A2

Descrizione dell’intervento mediante l'utilizzo del cappotto sismico

Gli aspetti strutturali

Stante l'insufficiente resistenza alle azioni orizzontali da parte dell’esistente telaio, e considerata la destinazione d'uso scolastica che impone di limitare al massimo l'interferenza dell'intervento con l'attività scolastica, si è adottata la tecnica di intervento del “cappotto sismico” che consiste nel realizzare una “epidermide antisismica” mediante getto di una parete sottile di calcestruzzo armato – nel caso specifico di spessore 8/10 cm, con singolo strato di armatura baricentrico - all’interno di casseri di materiale isolante a rimanere.

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La presenza di giunti di costruzione di ampiezza non adeguata e la forma disarticolata in pianta dell’edificio, ha imposto la necessità di intervenire a livello di solaio per cucire due giunti esistenti ed ampliarne altri due. Il risultato finale è quello di avere l’edificio frazionato in 3 corpi sismicamente indipendenti: A+C, B+A1+A2 e la palestra.

Il raddoppio delle strutture portanti verticali in corrispondenza dei giunti che sono stati ampliati è diventata l’opportunità per inserire poche nuove pareti di controventamento interne che hanno permesso di ridurre le sollecitazioni flessionali e taglianti sui solai esistenti nel loro comportamento a diaframma di piano. Grazie all’uso di una epidermide antisismica diffusa esterna e con l’aggiunta di poche pareti interne è stato così possibile evitare qualsiasi intervento a livello dei solai di latero-cemento, pur se privi di idonea armatura nella cappa superiore.

Le nuove strutture antisismiche sono state poggiate su nuovi cordoli di fondazione in calcestruzzo armato, in ampliamento a quelli esistenti a cui sono stati collegati con idonei ancoraggi meccanici al fine di poterli considerare con un unicum strutturale.

Opportuni collegamenti – in questo caso viti autofilettanti per calcestruzzo - vengono eseguiti a livello dei solai esistenti per trasferire le forze sismiche di piano dalle strutture esistenti alla nuove strutture antisismiche, e da queste alle fondazioni.

Figura 3  - pianta a livello di fondazione dell’intero edificio. I colori permettono di apprezzare lo sviluppo del cappotto sismico sull’intero perimetro dell’edificio, nonché le nuove pareti di controvento interne.

Figura 4  - pianta interventi strutturali al piano terra – stralcio relativo al corpo A+C

Figura 5  - pianta interventi strutturali al piano primo – stralcio relativo al corpo B+A1+A2

Figura 6  - dettagli esecutivi architettonici: a sx – al piede pareti esterne; a dx – sulla cornice di copertura

Figura 7  - dettagli esecutivi strutturali: a sx – allargamenti di fondazione; a dx – collegamento del cappotto ai cordoli esistenti con la creazione di un ulteriore cordolo esterno

Dal punto di vista strutturale le strutture antisismiche aggiunte non vanno a modificare il regime di sforzi agenti per i carichi gravitazionali, che continuano a gravare sulle strutture esistenti.

In caso di sisma, il nuovo sistema di controventamento, molto più rigido del telaio esistente, assorbe per intero la spinta orizzontale. Infatti le nuove strutture di rinforzo sismico sono state dimensionate per assorbire interamente l’azione sismica, declassando le strutture esistenti al ruolo di “secondarie”. Tale assunzione è legittimata dal fatto che le nuove pareti antisismiche riducono fortemente la domanda di drift di piano dell’edificio mantenendo così il telaio in calcestruzzo armato esistente in campo elastico anche per il sisma dello S.L.Collasso.

Grazie all'elevata rigidezza laterale del cappotto sismico, le sollecitazioni sul telaio risultano trascurabili ed anche gli spostamenti orizzontali sono limitati, con conseguente miglioramento del comportamento sismico anche degli impianti ed elementi non strutturali sensibili agli spostamenti interpiano. Lo spostamento massimo in sommità, in combinazione SLV, risulta pari a compreso fra 3 e 3,3 cm per tutti i corpi di fabbrica.

Figura 8 - spostamenti orizzontali del corpo B+A1+A2 allo SLV (in m - da amplificare per il fattore di duttilità μ=1,70). A sx: inviluppo per sisma in direzione X. A dx: inviluppo per sisma in direzione Y

La nuova struttura antisismica è stata dimensionata come struttura non dissipativa adottando un fattore di comportamento q₀=1,5, in conformità ai dettami di del D.M. 17.01.2018.

Il Comune di Trevignano è dichiarato in zona sismica 3. L’edificio rientra nelle costruzioni ordinarie di dimensioni contenute o di importanza normale, per le quali si assume nominale VN ≥ 50 anni. Trattandosi di un edificio ad uso scolastico rientra III classe (CU = 1.5). Il terreno su cui sorge l’edificio è risultato essere riconducibile alla categoria B. Con tali scelte l’accelerazione di progetto al suolo allo SLV per edificio rigido è risultata essere di PGASLV,(T=0)=0,28g e quella di picco sul plateau dello spettro di risposta anelastico è pari a PGApeak=0,44g.

Il progetto sviluppato ha portato al raggiungimento dell’adeguamento sismico dell’edificio.

I dettagli costruttivi

Il cappotto sismico adottato per l’intervento è stato prodotto dalla Ecosism di Battaglia Terme (PD). Prevede uno strato isolante esterno di 10 cm di lana minerale e uno strato isolante interno (contro la parete esistente) in EPS da 4 cm. Alla base, per un metro di altezza, tali isolanti sono stati sostituiti da un estruso XPS allo scopo di evitare la risalita di umidità. Lo spessore della camera di calcestruzzo armato strutturale fra i due isolanti è di spessore 8-10 cm. I due strati isolanti sono inseriti entro una gabbia metallica tridimensionale di acciaio zincato con fili trasversali a maglia 10x15 cm che trattengono gli isolanti e contrastano la spinta del getto di calcestruzzo fluido, cosicché non sono necessari pesanti interventi di puntellazione per contenere la spinta dei getti. La stessa maglia metallica fuoriesce per 1 cm sulla parte esterna per diventare rinforzo dell’intonaco finale che assicura così consistenza superficiale e resistenza al punzonamento.

La quasi totalità degli interventi sopra descritti sono eseguiti dall’esterno. Solamente gli interventi sui giunti dei solai e la costruzione delle pareti antisismiche interne necessitano di far entrare il cantiere all’interno dell’edificio. E’ stato così possibile programmare le fasi delle lavorazioni in modo da poter eseguire l’intervento “a scuola aperta” e senza richiedere alcun trasloco degli arredi scolastici.

Ovviamente, l’applicazione del cappotto sismico all’esterno del fabbricato diventa anche occasione per una riqualificazione anche architettonica dell’edificio. Il cappotto sismico avrà una finitura ad intonaco con differenti colorazioni e l'installazione di nuove imbotti in alluminio verniciato, diversificate in profondità e colore, così da rendere più dinamiche le facciate. Sulle facciate esposte al sole saranno installate lamelle orientabili tali controllare l'illuminazione naturale e garantire un migliore livello di confort climatico ed evitare fenomeni di abbagliamento all'interno delle aule scolastiche.

Figura 9  - l’ipotesi di riqualificazione estetica e funzionale delle facciate

La fase esecutiva dell'intervento

Il cantiere è in fase di completamento proprio nei giorni in cui si scrive questo articolo.

Il fatto di operare quasi interamente dall’esterno, con ovvia riduzione della probabilità di imprevisti, ha permesso di rispettare perfettamente le attese progettuali, sia dal punto di vista temporale che economico. Il rapporto costi/benefici assicurato dalla scelta del cappotto sismico si è dimostrato essere nettamente più favorevole rispetto ad interventi alternativi, proprio per il fatto che non comporta la manomissione delle finiture interne e dell’impiantistica dell’edificio. Senza contare che assicura anche l’isolamento termico dell’edificio e pertanto rientra nella categoria degli interventi che beneficiano del contributo di cui al Conto Termico 2.0.

Le foto del cantiere che seguono, meglio di ogni altra parola, permettono di apprezzare l’efficacia dell’intervento e la pulizia delle operazioni. Così che l’intervento ha potuto conciliarsi con la concomitante attività scolastica, avendo avuto la sola accortezza di concentrare le lavorazioni più rumorose negli orari di pausa scolastica. 

Figura 12  - applicazione del cappotto sismico sulla facciata nord-est del corpo A

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