6) IL PROGETTO DEL NUOVO MUSEO:
LE STRUTTURE PORTANTI
6.1) L’IMPIANTO STRUTTURALE ESISTENTE
L’edificio esistente è costituito da pilastri isolati di muratura portante e da un solaio di copertura rigido di latero-cemento.
Le tre file di pilastri sono collegate in testa in senso longitudinale da una trave rigida di cemento armato.
Le pilastrate in muratura sono controventate trasversalmente da due pareti piene di muratura, l’una in cima all’edificio e l’altra in fondo. Sono sprovviste di controventi paralleli ai lati lunghi, ove però una grossa trave di cemento armato assai rigida lega la testa di tutti i pilastri e raccoglie gli scarichi del solaio di copertura.
I due lati corti sono quindi chiusi e totalmente esposti al vento, che però resta assorbito dalle lunghe pilastrate che vi stanno dietro.
I lati lunghi nello stato attuale sono tutti aperti e quindi offrono una limitata resistenza al vento: il comportamento a telaio dei tre pilastri della sezione trasversale è in questo caso affidato al solaio di copertura, mancando travi trasversali di collegamento tra di essi. Muri e pilastri sono di mattoni pieni e malta di tipo M3, con tensioni di rottura per compressione stimabili in circa 70 daN/cmq secondo la tabella 2.3.1.1 del D.M. 16.11.87 che fornisce la resistenza a compressione di murature di cui siano noti i componenti malta ed elemento, in questo caso laterizio.
La struttura è scarsamente impegnata dai carichi verticali convenzionali e dal vento con sollecitazioni massime nelle murature di
inferiori a 4 daN/cmq e quindi ampliamente contenute in quelle ammissibili, valutate pari a 1/5 di quelle di rottura e cioè pari a 70/5 = 14 daN/cmq.
La struttura soffre invece per carichi sismici orizzontali, che generano alla base dei pilastri di muratura forze di trazione di alcuni daN/cmq. Questi valori sono stati determinati ricorrendo a schemi semplificati di verifica,
considerando i pilastri di muratura come incastrati alla base e soggetti al peso proprio, ai carichi verticali di competenza e a quelli sismici che ne derivano, valutati secondo i coefficienti più sotto descritti.
Occorre ricordare che gli edifici vincolati dalla Soprintendenza ai Monumenti sono soggetti al solo MIGLIORAMENTO SISMICO, come previsto da tutta la recente normativa tecnica ( D.M 16.01.96, Norme Tecniche per le Costruzioni del 14.09.05 ) e come confermato dalla DIRETTIVA DEL PRESIDENTE DEL CONSIGLIO DEI MINISTRI PER LA VALUTAZIONE E RIDUZIONE DEL RISCHIO SISMICO DEL PATRIMONIO CULTURALE CON RIFERIMENTO ALLE NORME TECNICHE PER LE COSTRUZIONI recentemente emanata.
Tuttavia volendo adeguare sismicamente l’edificio o almeno volendo conseguire una maggiore sicurezza sismica, i pilastri in muratura possono essere armati internamente ( esecuzione di foro dall’alto con una sonda a rotazione non percussiva, introduzione di barre di armatura, getto di calcestruzzo autocompattante ) oppure possono essere precompressi con cavi esterni in aderenza o ancora inseriti in un foro centrale ricavato come sopra.
Oppure si può pensare di rinunciare ad avere libera qualche specchiatura per introdurre alcuni muri di controvento.
L’edificio in questione ha una organizzazione strutturale insolita, in quanto è costituito da singoli pilastri in muratura a sezione quadrata anziché da muri veri e propri: mancano inoltre gli elementi “forti”
delle murature, cioè i cantonali e gli incroci tra muri trasversali ( “martelli”).
Il problema dell’adeguamento sismico di questa struttura, le possibili schematizzazioni di calcolo, il calcolo di strutture miste muratura – acciaio e muratura-cemento, il confronto delle possibili soluzioni in termini di efficacia, di estetica, di costo economico potrebbero costituire una tesi a parte assai interessante.
Nel caso della presente tesi si è assunta l’ipotesi che le opere di adeguamento sismico possano essere realizzate senza alterare l’estetica della struttura, secondo concetti di sensibilità conservativa ormai acquisiti e tutelati anche dalla recente normativa, come sopra esposto.
5.2) LE STRUTTURE PORTANTI NUOVE
Per motivi estetici, di inserimento e di compatibilità ambientale è stata scelta per le elevazioni una struttura costituita da materiali tradizionali e cioè acciaio e legno.
La nuova struttura interna è indipendente da quella esistente in muratura, essendone separata da un giunto sismico pari a un centesimo dell’altezza.
Tale scelta nasce dalla volontà di preservare da ancoraggi e manomissioni i bei pilastri esistenti di muratura facciavista e per poter continuare a “leggere” l’antico organismo murario scevro da interferenze.
La nuova struttura in acciaio è costituita da montanti in tubo quadro 160x8, da travi principali tipo IPE 270, da un’orditura secondaria in
travi HEB 140, da tavolato portante maschiettato da cm 5 e da un soprastante tavolato ortogonale di usura ( cioè di calpestio ) da cm 2.
Poiché la costruzione della struttura interna necessita di una propria fondazione e poiché le norme igieniche comportano la creazione di un vespaio aerato, si è previsto di realizzare una platea di cemento armato estesa a tutto l’edificio con le seguenti caratteristiche:
- creazione di una base di appoggio per le nuove strutture portanti;
- creazione di una base di appoggio per la nuova camera d’aria sottosolaio all’interno della quale passare anche le varie tubazioni;
- creazione di una struttura di collegamento tra le fondazioni, tale da legare tra loro non solo le nuove strutture verticali ma anche le teste dei plinti dei pilastri esistenti di muratura, conferendo all’edificio esistente un importante requisito di efficienza sismica.
In mancanza di uno studio geologico-geotecnico puntuale e mirato, per modellare compiutamente l’interazione suolo-struttura, il predimensionamento delle fondazioni ha carattere solo qualitativo.
Sul solaio di calpestio è stato considerato un sovraccarico variabile di 400 daN/mq, secondo il Prospetto 5.1 del D.M. 16.01.96 “ Norme tecniche relative ai criteri generali per la verifica di sicurezza delle costruzioni e dei carichi e sovraccarichi”.
Non comparendo nel prospetto ministeriale esplicitamente la categoria musei, si sono cautelativamente assunti i sovraccarichi di cui al punto 3: ambienti suscettibili di grande affollamento.
I pilastri sono stati verificati per i carichi verticali e sismici di competenza, utilizzando i coefficienti sismici più avanti dettagliati:
I materiali previsti per le nuove strutture sono: Calcestruzzo fondazioni: Rck = 30 N/mmq Acciaio per carpenteria metallica: Fe430 Acciaio per cemento armato: FeB44k
Legno strutturale ( tavolato ): abete di prima categoria.
Acciaio e legno saranno trattati con apposite vernici ignifughe tali da garantire una resistenza al fuoco di 90 minuti.
6.3) LA VERIFICA DEGLI ELEMENTI STRUTTURALI
PRINCIPALI
Per le verifiche statiche è stata adottata la seguente schematizzazione:
- tavolato semplicemente appoggiato sui profili secondari; - profili secondari incernierati su quelli principali;
- profili principali incernierati sui montanti; - montanti incastrati alla base.
I montanti sono costituiti da tubi a sezione quadrata e quindi hanno caratteristiche geometriche e meccaniche identiche secondo i due assi principali. In direzione trasversale si comportano come piedritti di un telaio a due montanti con traverso incernierato; in direzione longitudinale come mensole incastrate alla base, mancando per esigenze estetiche un profilo di collegamento tra telai successivi.
ANALISI DEI CARICHI DI SOLAIO
Tavolati 0.06 x 600 = 36 daN/mq
Profili HEB 140 e bulloneria = 44 daN/mq
TOTALE PERMANENTI = 80 daN/mq
Sono stati assunti i seguenti coefficienti sismici: - intensità sismica = 0-07 ( zona 3s )
- riduzione del sovraccarico s = 0.5 ( locali suscettibili di grande affollamento )
- fondazione ε = 1 - struttura β = 1
- protezione sismica I = 1.2
Il coefficiente di protezione sismica è stato assunto pari a 1.2 come da tabella B dell’allegato 7 recante l’elenco degli edifici e delle opere di cui all’art. 2 comma 3 dell’Ordinanza 3274703, che al punto 2f classifica i musei come edifici cosiddetti rilevanti in seguito a collasso sismico, sia in termini di vittime che di danni economici e ambientali.
Sono state eseguite le seguenti verifiche statiche, riportate nelle pagine successive:
- VERIFICA DEL TAVOLATO LIGNEO ( secondo EUROCODICE 5 )
- VERIFICA DEL PROFILO DI SOLAIO HEB 120
( metodo degli stati limite secondo D.M 16.01.96 )
- VERIFICA DEL PROFILO DI SOLAIO IPE 270
( metodo degli stati limite secondo D.M 16.01.96 )
- LA VERIFICA DEL MONTANTE QUADRO 160x8 A PRESSOFLESSIONE
