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L’Ospedale San Benedetto, situato ad Alatri e costruito nel 1978, si estende su un’area di circa 33.500 mq, con una struttura costituita da sei corpi di fabbrica, ciascuno caratterizzato da telai piani bidirezionali in calcestruzzo armato. Gli elementi strutturali sono stati progettati tenendo conto dell’azione sismica, in accordo con le normative tecniche dell’epoca di costruzione.
Ciò nonostante, le analisi recenti che La SIA ha svolto hanno evidenziato importanti lacune nella sua capacità di sopportare eventi sismici, secondo le normative tecniche vigenti.
La SIA è stata incaricata di progettare, inoltre, le necessarie migliorie strutturali. L’incarico ha riguardato la valutazione della vulnerabilità sismica ed il progetto degli interventi di consolidamento sismico del complesso ospedaliero.
Gli interventi studiati dal team di ingegneri di La SIA si sono concentrati sull’installazione di avanzati sistemi di isolamento sismico e l’adozione di tecniche di ingegneria all’avanguardia per aumentare la resistenza sismica dell’edificio, come se fosse di nuova progettazione.
La sfida più grande del progetto in questione è stata l’implementazione di questi interventi di ingegneria sismica in maniera tale da minimizzare l’interruzione delle attività quotidiane e garantire l’adeguamento sismico senza impatti negativi sull’operatività dell’ospedale.
Da un punto di vista strutturale, il complesso ospedaliero è costituito da una struttura portante intelaiata in calcestruzzo armato gettato in opera. Il progetto originario, risalente al 1978, ha previsto la realizzazione di n° 6 corpi di fabbrica separati da giunti di spessore 15 e 30 cm e, quindi, strutturalmente indipendenti tra loro.
Globalmente l’edificio presenta pianta irregolare a “H” ed un ingombro di circa 33500 mq, con coperture piane praticabili.
Figura 3 – Schematizzazione dei corpi di fabbrica della struttura
I corpi A, B e C si sviluppano su sei piani fuori terra e presentano, inoltre un piano seminterrato e un piano interrato.
I corpi D, E e F si sviluppano, invece, su due piani fuori terra e presentano anch’essi un piano seminterrato e un piano interrato.
Tutti i corpi di fabbrica presentano telai bidirezionali in c.a., solai latero – cementizi con soletta di ripartizione in c.a. e tamponature costituite da doppia fodera di laterizi forati
È interessante notare che all’epoca di costruzione della struttura originaria, il territorio ove essa insiste era stato classificato come sismico di seconda categoria.
La struttura risulta dunque concepita per sostenere non solo i carichi gravitazionali (secondo il D.M. 16/06/1976), ma anche per resistere alle azioni sismiche secondo quanto previsto dalle norme DD. MM. 3/3/1975 n° 39.
Le strutture del complesso ospedaliero sono state dettagliatamente analizzate e attraverso la modellazione FEM è stato possibile valutarne sia la capacità di resistenza ai carichi statici sia ai carichi sismici.
L’analisi numerica effettuata nella condizione dei soli carichi gravitazionali ha mostrato un esito sostanzialmente soddisfacente anche in relazione alle attuali NTC2018.
Per quanto concerne il comportamento del fabbricato in presenza di azioni sismiche il giudizio è tutt’altro che positivo: sebbene l’edificio sia stato progettato tenendo conto delle azioni orizzontali di tipo sismico, non possiede sufficiente capacità portante per sostenere i carichi di progetto orizzontali, valutati secondo le attuali normative tecniche vigenti. In particolare:
Alla luce di quanto sopra, considerato il tipo di analisi svolte (lineari dinamiche con fattore di comportamento), la valutazione della sicurezza dell’edificio in esame è stata valutata prendendo in considerazione il parametro definito dalla NTC2018, che costituisce il fattore indicativo per un rapido confronto tra l’azione massima sopportabile da una struttura esistente e l’azione massima che si utilizzerebbe in caso di progetto ex-novo.
Tale parametro è così definito:
In base al quadro di sintesi riportato nelle tabelle precedenti, è possibile dedurre il valore di indice di rischio sismico globale, relativo all’intera struttura, considerato pari al minore tra i valori pertinenti ai diversi corpi di fabbrica, per ciascuno stato limite considerato:
Attese le carenze allo stato di fatto, esistono diverse strategie di intervento. Partendo dal presupposto in cui la domanda risulti superiore alla capacità, in generale, è possibile classificare le strategie di intervento a seconda che negli interventi si agisca sulla riduzione della domanda e/o sull’aumento della capacità: si può, da una parte, intervenire aumentando la capacità delle strutture esistenti, attraverso rinforzi globali o agendo localmente aumentando la duttilità e/o la resistenza anche di singoli componenti.
Dall’altra parte, è possibile adottare strategie di intervento che riducano la domanda, ad esempio riducendo l’azione sismica sull’edificio tramite l’isolamento alla base, che aumenta il periodo della struttura, oppure lo smorzamento dell’azione sismica, con l’impiego di dispositivi di dissipazione viscosa, andando a ridurre lo spettro.
Data la principale esigenza di intervenire senza l’interruzione del servizio, ci si è orientati verso tecniche di controllo strutturale di tipo passivo come i sistemi di isolamento alla base: in caso di sollecitazione sismica, l’inserimento degli isolatori consente di incrementare il periodo proprio di vibrazione della struttura, allontanandolo dalla zona dello spettro di risposta con maggiori accelerazioni. Questo crea un disaccoppiamento dinamico della costruzione rispetto al terreno (effetto “filtro”), così da ridurre la trasmissione alla sovrastruttura dell’energia fornita dall’azione sismica.
Per effetto di quest’ultima, il sistema fondazione-isolatori-struttura è in grado di dissipare l’energia sismica del suolo: la dissipazione è concentrata quasi esclusivamente nei dispositivi di isolamento, i quali dissipano l’energia sismica trasmessa loro dalle fondazioni a spese di grandi deformazioni, mediante ampi cicli di isteresi.
Ciò consente alla sovrastruttura di avere una risposta praticamente in campo elastico.
Questo modifica considerevolmente l’input sismico, in quanto riducendo le accelerazioni trasmesse al fabbricato, si innalza considerevolmente la capacità di risposta della struttura nei confronti della resistenza ultima e dello stato limite di danno.
Tra le diverse tipologie di isolatori, la scelta progettuale si è orientata al sistema di isolamento sismico dell’intera struttura attraverso l’applicazione di Isolatori a scorrimento a superficie curva, con il puntuale dimensionamento delle caratteristiche nello studio delle sollecitazioni sui singoli pilastri.
Il vantaggio dell’utilizzo di isolatori a pendolo è la capacità auto-ricentrante del dispositivo, che, invece, viene persa nel caso di superfici piane. Un importante vantaggio di questa famiglia di isolatori è l’elevata capacità portante sotto carico verticale, se confrontata con la famiglia degli isolatori elastomerici. Importante anche la caratteristica di mantenimento della prestazione strutturale in caso di incendio.
Dal punto di vista progettuale, il parametro di maggiore importanza del sistema di isolamento è la sua capacità di spostamento, ovvero il massimo spostamento ammissibile prima dell’innesco della crisi del dispositivo. Questo valore deve essere confrontato con quella che in gergo tecnico viene chiamata “domanda di spostamento sismica”, che dipende principalmente dalla sismicità del sito. In sostanza, la domanda di spostamento sismica rappresenta la richiesta di spostamento relativo terreno-struttura innescata dal terremoto.
Questo intervento porta a dover effettuare degli interventi aggiuntivi sulle “condizioni al contorno” del fabbricato, in modo tale che lo spostamento relativo tra terreno-elevazione, non sia impedito o non provochi danni.
La struttura è circondata prevalentemente da una intercapedine a cielo aperto che rende questo sistema come il più conveniente rispetto ad altri: laddove l’intercapedine è coperta da marciapiedi solidali al muro di contenimento terra, si prevedono la demolizione dell’esistente e la realizzazione di passerelle di collegamento in corrispondenza degli ingressi al fabbricato dotate di apparecchi di scorrimento alla base.
Per garantire un completo disaccoppiamento del moto della sottostruttura rispetto a quello della sovrastruttura, si rende altresì necessaria la demolizione delle rampe di collegamento tra il piano S2 ed S1, per i vani scala dei corpi A e C. Il collegamento verticale tra tali piani potrà poi essere ripristinato con nuove scale in carpenteria metallica, opportunamente giuntate alla struttura esistente.
La scelta della tipologia di interventi di riduzione del rischio sismico e del livello di sicurezza da raggiungere sono stati dettati in primo luogo dalla ridotta capacità resistente degli elementi strutturali (evidenziate dall’analisi di vulnerabilità sismica); in secondo luogo, si è tenuto conto anche dell’attuale destinazione d’uso del fabbricato, avente funzione di struttura ospedaliera e che quindi deve garantire sempre la propria operatività, anche durante la realizzazione di qualsiasi tipo di lavorazione.
Si sono previsti, dunque, interventi mirati all’adeguamento sismico della struttura (secondo definizione da NTC 2018) attraverso una riduzione della domanda sismica, attraverso l’installazione di dispositivi di isolamento sismico.
Questa scelta, unitamente con le tecnologie di intervento adottate, comporta i seguenti vantaggi:
Come si può osservare dalle immagini sopra riportate, l’introduzione del sistema di isolatori consente il disaccoppiamento del moto sovrastruttura/sottostruttura. L’elongazione del periodo prodotta dai dispositivi, comporta spostamenti molto più elevati all’interfaccia di isolamento rispetto agli spostamenti ante operam, ma il moto della sovrastruttura è quasi completamente di tipo traslazionale (effetti torsionali indotti quasi esclusivamente dalle eccentricità accidentali prescritte dalla normativa) di tipo rigido, a conferma dell’efficacia del sistema progettato.
Per fornire una indicazione della sicurezza sismica del fabbricato isolato sismicamente POST OPERAM, come argomentato nei paragrafi precedenti, si è proceduto ad un’analisi di tipo dinamico lineare (RSA). Tale analisi è stata condotta per il 100% dell’azione sismica di progetto.
Come si può notare dagli spettri sopra riportati, per periodi T ≥ 0.8 Tis (periodo della struttura isolata), in accordo con la normativa vigente, vi è una riduzione delle ordinate spettrali pari a:
Dove:
è lo smorzamento viscoso equivalente del sistema di isolamento.
La struttura isolata, a seguito degli interventi previsti, presenta un periodo proprio significativamente maggiore, rispetto ai periodi fondamentali di ciascun corpo di fabbrica ante operam. Questo, unitamente con l’incremento di smorzamento offerto dai dispositivi a scorrimento a superficie curva, comporta una notevole riduzione della domanda sismica in termini di accelerazione.
La realizzazione del sistema di isolamento consente di adeguare sismicamente la struttura, in accordo con le prescrizioni delle vigenti NTC2018.
