Contesto urbano e vincoli strutturali nel progetto di ristrutturazione dell’hotel

La Società “Lido Palace Hotel S.p.a.” ha deciso di ristrutturare ed adeguare secondo le norme vigenti in materia di superamento delle barriere architettoniche e di miglioramento sismico l’intero edificio storico dell’ex. Hotel Lido che riaprirà con il nome di “Excelsior Palace Santa”; lo stabile si trova al centro del Water front di Santa Margherita Ligure (GE), famosa località della riviera Ligure di Levante.

Si tratta di una location aulica e di un edificio storico importante per il tessuto urbanistico di Santa Margherita; nel corso degli anni era stato pesantemente trasformato da hotel a residence negli anni ‘70 del secolo scorso, attraverso la costruzione di una struttura in cemento armato in opera che limitava pesantemente la possibile ristrutturazione, volta al fine di restituire all’edificio le caratteristiche di un hotel 5 stelle, target turistico a cui punta la proprietà.

Nel 2020 sono così cominciate le progettazioni architettoniche, impiantistiche e strutturali volte a perseguire gli obbiettivi fissati:

• struttura più snella e meno ingombrante, adeguata sismicamente che soddisfacesse i più moderni criteri ambientali;
• maggiori prestazioni acustiche e termiche sia passive che attive per l’intero edificio;
• adeguato numero di camere e suite adatto al pubblico a livello 5 stelle.

In questo breve articolo tratteremo quindi della struttura portante, che è stata progettata e posta in opera; analizzando la geometria della struttura esistente si intuiva che il passo e le dimensioni delle pilastrature nonché la complanarità dei solai poneva problemi su un moderno e razionale utilizzo degli spazi.

Dalla struttura in c.a. ai telai in acciaio: criteri di scelta strutturale e architettonica

In pianta l’edificio si presentava come un rettangolo allungato di dimensioni interne di circa 43x11 ml composto da n. 1 piano interrato e n. 4 piani fuori terra.

Al termine di un confronto tra le varie esigenze abbiamo scelto una via radicale e cioè rimuovere in due fasi la struttura in cemento armato con pilastri 30x50 cm posta ad un passo di 4,5 ml, sostituita con una struttura in acciaio più snella e meno ingombrante, rispondente ai criteri ambientali e sismici, trovandoci a pochi metri dal mare.

Seguendo le richieste dei progettisti architettonici abbiamo quindi abbozzato il progetto di una struttura in acciaio poggiante su una platea di fondazione in modo da mantenere i nuovi orizzontamenti complanari con la scansione dei terrazzi esterni particolarmente importanti dal punto di vista architettonico.

Si è optato per una struttura imbullonata con trattamento protetto con zincatura a caldo 80 micron, che comportasse il minimo ingombro strutturale, soprattutto realizzando una manica senza pilastri intermedi; si sono ubicati i nuovi pilastri laterali in aderenza alle murature perimetrali, in modo che il volume interno fosse modellabile secondo le future esigenze, senza dover compiere ulteriori modifiche strutturali.

Tra le richieste della committenza vi era di poter sviluppare un piano quinto di suite, al di sopra del quale fosse possibile collocare, al piano sesto, una zona dedicata ad accogliere impianti oltre a uno ski bar completamente in acciaio e vetro, atto a sopportare un addensamento di persone di un locale pubblico; per questo la nuova struttura contiene un elevato numero di collegamenti verticali, n. 2 vani ascensori, vano scale e montacarichi realizzati in c.a., al fine di rendere fruibili il piano sesto e l’attuale copertura per l’installazione di attività di tipo ristorazione.

Sistema resistente: struttura mista acciaio-c.a. con platea areata, nuclei in c.a. e solai collaboranti

Dopo un attenta riflessione si è optato per una tipologia strutturale mista acciaio – c.a. composta dai seguenti elementi: Fondazione a piastra composta da platea di fondazione areata, resa impermeabile con additivi inseriti nell’impasto (ci troviamo praticamente sulla spiaggia e la geologia lo indica chiaramente), con bordo rialzato atta ad accogliere l’impiantistica ed un intercapedine areata nonché sostenere la pilastratura in acciaio.

La struttura metallica è realizzata da una serie di telai piani (con travi principali composte in acciaio e calcestruzzo con connettori saldati di luce netta nl 10.30, travi secondarie della serie IPE ad interasse 1 ml e soletta in lamiera grecata Hi bond collegata alle travi secondarie con connettori metallici in ragione di 4/mq) e pilastri della serie HEA-HEB che dalla fondazione giungono in copertura con giunzioni bullonate realizzate fuori dalla zona critica.

In pratica si è portato a realizzare un vano completamente privo di ostacoli di dimensioni 42x10 ml, le forze sismiche di piano sono state scaricate sui n. 2 nuclei ascensori e n. 1 montacarichi che sono interamente in c.a.

Analisi FEM e verifiche strutturali secondo NTC 2018

La progettazione strutturale dopo il dimensionamento preliminare è stata sviluppata attraverso l’uso del software Dolmen, il programma di calcolo strutturale che utilizziamo da ormai 30 anni nelle varie versioni successivamente sviluppate.

La struttura è stata calcolata secondo le NTC 2018 ed Eurocodice 5, costruendo un modello FEM tridimensionale con il programma Dolmen, ottenendo da questo le informazioni necessarie al dimensionamento e alla verifica della struttura.

Viste le ampie campate ed in riferimento agli spostamenti sismici della struttura metallica rapportati a quelli della muratura perimetrale, si è effettuata un’attenta analisi degli spostamenti sia verticali che orizzontali, i carichi dovuti agli eventi atmosferici sono stati ipotizzati anche sulla base della mareggiata del novembre 2018, occasione nella quale sono stati superati i valori previsti dalla normativa.

Particolarmente impegnativo sono stati il calcolo e la progettazione esecutiva dei nodi di piano, che vincolano la trave composta, in quanto, al fine di limitare gli spostamenti verticali, i solai sono stati realizzati in lamiera grecata e getto di completamento armato internamente.

Interazione tra struttura perimetrale e nuovi telai in acciaio

Particolare attenzione è stata riservata all’analisi sismica circa l’interazione tra la muratura perimetrale, che ora costituisce solo un tamponamento, e la nuova struttura; si è quindi cercato di realizzare un giunto che consentisse gli spostamenti delle due diverse strutture ma contestualmente rendesse stabile la muratura perimetrale.

Questa stabilizzazione è stata ottenuta posando in opera circa 1.000 connettori in acciaio B 450 C della lunghezza di 1 ml compresi nel getto del solaio distribuiti tra i 4 impalcati, nonché 8 coppie di catene con piastre esterne sugli angoli.

Nella zona dove si sviluppano gli sforzi dei connettori la muratura storica (realizzata in pietra locale) è stata rinforzata con una fascia di fibrorinforzo a matrice minerale in fibre di acciaio galvanizzato, posta lungo il prospetto interno della muratura.

Le case fi terra cruda in Frascheta

Nel panorama architettonico del territorio agricolo alessandrino, in particolare nella zona di pianura conosciuta come la “Frascheta” (area che si estende principalmente nelle campagne tra Alessandria, Tortona e Novi Ligure e in particolare nei comuni di Bosco Marengo, Pozzolo Formigaro e Frugarolo) vi sono molti esempi di case realizzate in terra cruda, chiamate impropriamente anche “Trunere” o semplicemente in dialetto alessandrino: “Cà d’tèra”. Sono molteplici, in questo territorio, gli esempi di costruzioni realizzati in terra cruda, dalle case alle cascine, dalle chiese fino addirittura a scuole e municipi.

In Frascheta, quindi, così come nella pianura di Marengo da sempre la terra è stata utilizzata dai contadini per costruire le proprie case. La terra impiegata in queste zone presenta un caratteristico colore rosso, dovuto alla forte presenza di minerali di ferro contenuti nell’argilla.

Tra le principali tecniche di lavorazione, impiegate per realizzare pareti portanti in terra specie nell’alessandrino, vi sono il “pisè” e “l’adobe”.

La prima, in particolare, si basa sulla realizzazione di murature con terra inumidita e battuta, cioè compressa strato dopo strato all’interno di una cassaforma in legno, al fine di ottenere il cosiddetto mattone crudo. La seconda tecnica è stata invece adottata marginalmente nel territorio della Frascheta.

Tra i fattori che incidono maggiormente sul deterioramento delle murature, realizzate con tale tecnica, al di là dei classici difetti costruttivi (legati ad una scarsa conoscenza del processo costruttivo, da parte di chi in passato realizzava questa tipologia di fabbricati), vi sono:

• patologie intrinseche, cioè relative a difetti dei materiali da costruzione impiegati, alla messa in opera e alla tipologia di terreno di fondazione presente (che in queste zone è principalmente di origine alluvionale);

• patologie legate a successive modificazioni ovvero: sostituzioni, demolizioni o inserimenti che possono aver contribuito a modificare il percorso dei carichi e a ridurre le capacità resistenti delle strutture rimanenti;
• patologie dovute al decadimento della struttura a causa di una pessima manutenzione e abbandono dell’edificio.

Stato di fatto del fabbricato

L’edificio in oggetto, a destinazione residenziale, si trova proprio nella provincia di Alessandria, in particolare nella frazione denominata Spinetta Marengo. La sua edificazione è indubbiamente ante 1967, anche se non sono stati trovati documenti certi che lo dimostrino. Allo stato di fatto il fabbricato presentava in pianta una forma ad L, in quanto con ogni probabilità rispetto all’assetto originario, erano stati accorpati due fabbricati distinti, identificabili anche dalle due coperture separate e di forma diversa (l’una a padiglione e l’atra a due falde). Complessivamente l’edificio si sviluppava su 3 piani fuori terra e un piano interrato.

Strutturalmente l’edificio era caratterizzato da muratura portante di mattoni pieni intervallata da porzioni in terra cruda, con solai in parte a volta in muratura e in parte con voltine e putrelle di ferro, il tetto invece è composto da orditura in legno e copertura in coppi di laterizio. Non risulta presente una platea di fondazione diffusa ma solo un allargamento dei muri portanti al di sotto del piano campagna.

I sopralluoghi effettuati sul posto avevano evidenziato le pessime condizioni conservative del fabbricato, come conseguenza della scarsa manutenzione effettuata negli anni in cui, l’edificio stesso, era rimasto inabitato. In particolare dall’analisi visiva effettuata erano emerse una serie di problematiche, tra cui:

• Presenza di infiltrazioni, problemi di umidità di risalita, perdite che causano le efflorescenze saline e le sub-efflorescenze lungo le pareti dell’edificio;
• Ampie fessure sub-orizzontali lungo le volte del piano primo;
• Ampie fessure sub-verticali lungo le pareti portanti del piano terra.

Problematiche strutturali

Anche dal punto di vista strutturale il fabbricato presentava diverse criticità sia in termini statici che dinamici, che lo rendevano vulnerabile nei confronti delle azioni sismiche.

Diverse pareti, infatti, (sia lungo le facciate interne che esterne dell’edificio) presentavano lesioni importanti, attribuibili alle scarse caratteristiche meccaniche della muratura, all’assenza di elementi resistenti a trazione in corrispondenza degli orizzontamenti (cordoli, tiranti, ecc.) ed alla presenza di elementi spingenti (volte e travi del tetto) oltre che a cedimenti del piano fondale. Anche le volte presentavano alcune problematiche.

In particolare, quelle che spingono sui muri esterni, presentano lesioni all’intradosso in corrispondenza della mezzeria. Nuovamente, si è ipotizzato che le stesse potessero essere attribuite alla scarsa capacità dei muri, su cui poggiano, a contrastare le spinte statiche orizzontali generate dalle volte, provocando, quindi, il conseguente rilassamento delle volte stesse.

La descrizione dell'intervento di consolidamento strutturale

L’intervento oltre a essere finalizzato alla ristrutturazione architettonica, come richiesto dalla committenza, ha innanzitutto previsto una serie di operazioni atte al miglioramento delle condizioni statiche e sismiche del fabbricato esistente.

Lo scopo principale, quindi, era ridurre le vulnerabilità intrinseche dell’edificio, ripristinando la configurazione antecedente al danno delle parti ammalorate ed incrementando, inoltre, le caratteristiche di resistenza e/o duttilità degli elementi danneggiati.

In aggiunta, visti i pregressi cedimenti avvenuti, un altro aspetto non trascurabile riguardava la sicurezza dell’immobile al fine di impedire futuri collassi locali soprattutto se differenziali.

Gli interventi strutturali realizzati hanno, quindi, previsto:

• La realizzazione di una fondazione superficiale, non presente allo stato attuale, caratterizzata da platea di fondazione in C.A. di spessore di 0.20 m, munita di vespaio areato realizzato tramite iglu. La platea sarà contornata da cordoli in C.A. di spessore pari a 0.50 m realizzati contro le pareti esistenti dell’edificio ed armati tramite barre e staffe ad aderenza migliorata B450C. La funzione dei suddetti cordoli perimetrali è quella di fornire un opportuno sostegno ai nuovi pilastri che affiancheranno le pareti in muratura esistenti ridistribuendone i carichi. Al fine di collegare opportunamente la nuova soletta della platea di fondazione ai muri perimetrali esistenti dell’edificio, favorendo il comportamento scatolare auspicato per ottenere un buon comportamento nei confronti delle azioni dinamiche sismiche, saranno adottati degli inghisaggi strutturali rappresentati da barre ad aderenza migliorate di classe B450C iniettate di diametro 16 mm, lunghezza 100 cm e piegati a 45° all’interno della muratura. Le barre saranno disposte a passo di 1 m l’una dall’altra previa realizzazione di apposito preforo di almeno 22 mm di diametro, riempito successivamente con geomalta strutturale come Geocalce;
• La realizzazione, in elevazione, di una nuova struttura portante a telaio in cemento armato composta da pilastri e travi che andranno ad affiancare le pareti esistenti in muratura. In particolare la struttura portante dell’edificio allo stato attuale è rappresentata da pareti in muratura di mattoni pieni intervallati da porzioni in terra cruda. Nel presente progetto la muratura presente sarà affiancata da una struttura a telaio in C.A., basata, quindi, sul cosiddetto sistema “a gabbia” composto da elementi strutturali verticali, che sono i pilastri ed elementi orizzontali rappresentati da travi. In particolare, i pilastri (in totale 14) presenteranno tutti medesima sezione pari a 25x40 cm mentre le travi del piano primo e del piano sottotetto presentano sezione 50x24 cm (travi principali) e 30x24 cm (travi secondarie);
• La sostituzione dei solai esistenti a volta o voltine e putrelle, in quanto presentavano un elevato stato fessurativo e in alcuni casi non garantivano l’altezza minima, con nuovi solai misti (travi in acciaio, tavelloni in laterizio e getto di completamento in C.A.), in grado di consentire in tutti i locali interni il raggiungimento dell'altezza minima. Come per la platea di fondazione anche per le solette di piano saranno realizzati opportuni collegamenti con i muri perimetrali dell’edificio impiegando degli inghisaggi strutturali rappresentati da barre ad aderenza migliorate di classe B450C iniettate di diametro 12 mm, lunghezza 100 cm e piegati a 45° all’interno della muratura. Le barre saranno disposte a passo di 1 m l’una dall’altra previa realizzazione di apposito preforo di almeno 18 mm di diametro, riempito successivamente con geomalta strutturale come Geocalce. Le caratteristiche stratigrafiche e strutturali dei nuovi solai (al piano primo e piano sottotetto) risultano composte da:

  - Travi principali in acciaio S275 – sezione IPE 160
  - Tavelloni in laterizio 120x60x6 cm;
  - Isolante ad alta densità – spessore 10 cm
  - Getto di completamento in CLS – spessore 6 cm
  - Connettori trave-soletta costituiti da angolari a lati uguali 40x4 mm saldati alle travi principali.

• Rifacimento completo della copertura. In particolare, la copertura esistente si presentava scomposta in due porzioni: l’una a due falde di inclinazione pari a 24° e l’altra a padiglione, con inclinazione delle falde pari a 21°. Entrambe presentavano un’orditura alla lombarda con travi in legno massiccio di dimensione variabili e manto in coppi. Nell’ambito del presente progetto, è stata prevista l’unificazione delle due porzioni di copertura in un'unica di forma ad L prevedendo la rimozione e completa sostituzione delle orditure presenti con nuovi elementi in legno massiccio;
• Realizzazione di un cordolo sommitale in muratura armata, di spessore 0.20 m, contrapposto da fasce di fibrorinforzo, al fine di migliorare la trasmissione delle azioni orizzontali, collegare le pareti sommitali, in cui la muratura risulta essere meno coesa e migliorare le interazioni con le strutture di copertura garantendo così un buon comportamento scatolare dell’intero edificio.

Per il calcolo delle sollecitazioni e per la verifica di travi, pilastri, solai e fondazioni in cemento armato si è fatto ricorso ad un solutore ad elementi finiti, utilizzando come programma di calcolo: DOLMEN WIN (R), versione 23 del 2023 prodotto, distribuito ed assistito dalla CDM DOLMEN srl, con sede in Torino, Via Drovetti 9/F.

Posto a ridosso della spiaggia della nota località balneare ligure, l’Hotel vanta una lunga tradizione che risale al 1910 ed è divenuto nel corso degli anni opera sottoposta a vincolo per le sue facciate dai distintivi lineamenti architettonici. Negli anni 70 del secolo scorso la struttura ha subito una radicale trasformazione interna in cemento armato, divenendo un residence con miniappartamenti, posti su piani sfalsati comportanti notevoli criticità strutturali e di accesso per disabili.

La nuova proprietà che ha acquisito l’immobile ha voluto procedere ridando lustro all’Hotel, portandolo a 5 stelle attraverso un radicale intervento di ristrutturazione interna – essendo le facciate vincolate dalla Soprintendenza – il progetto, tenendo conto delle peculiarità del luogo, delle difficoltà d’accesso con mezzi e gru, ha ridisegnato gli interni interamente in carpenteria metallica, fatti salvi i nuclei scala ed ascensori in cls ed utilizzati per scaricare le forze sismiche di piano. I muri perimetrali, invece, sono rimasti come semplice tamponamento ed i loro spostamenti sono compatibili con la nuova struttura in acciaio, sismicamente adeguata.

Procedendo in due fasi si è proceduto a montare le strutture metalliche costituite principalmente da travi ad H e I e solai in lamiera grecata, ottenendo una struttura omogenea, con ampie luci (fino ad oltre 10 metri) sfruttabili soprattutto nei luoghi di rappresentanza, ristorazione e relax.  La progettazione attraverso le NTC 2018 e l’EC 3 ha tenuto conto degli spostamenti sia orizzontali che verticali nonché di quelli causati dagli agenti atmosferici, superando pienamente i valori previsti.

Infine, è stata posta grande attenzione alla corrosività del luogo, andando a proteggere tutte le strutture metalliche con zincatura a caldo sp. 80 micron.

Intensità e localizzazione dell'intervento

Nella giornata e notte dei giorni 29 e 30 ottobre 2018 si è abbattuta sulla Liguria una potente mareggiata alimentata da vento di scirocco, in particolar modo nel golfo del Tigullio è stata colpita la costa che da Rapallo fino a Portofino, esposta proprio in quella direzione e con una batimetria del fondale che ha aiutato uno sviluppo di onde molto potenti. L’evento atmosferico è cresciuto di intensità nel corso della giornata: il vento ha raggiunto i 170 km/h e l’altezza delle onde incidenti perpendicolarmente alle strutture dell’Hotel è stata pari a 10,30 m, ossia circa il livello della strada superiore verso Portofino. L’evento si è dimostrato catastrofico su tutto il litorale e, in modo particolare su questo promontorio, tanto da abbattere, per un tratto di 300 m, la diga del porto di Rapallo, che in seguito a una mareggiata del 2000 era già stata ricostruita più alta di 1,30 m, portandola quindi ad un’altezza di 6,5 m.

Gli edifici balneari del G.H. Excelsior Palace colpiti dalla mareggiata sono stati costruiti negli anni 90 dello scorso secolo ed erano composti da fondazioni di tipo diretto, posate sulla roccia, pilastri in c.a., travi assorbite e solai latero-cementizi.

L’impatto delle onde è risultato devastante, demolendo molte parti delle strutture esistenti.

Per consentire la piena attività dell’importante complesso turistico nella stagione balneare 2019, era necessario procedere subito alla progettazione per la loro ricostruzione.

La committenza richiedeva quindi di porre in opera strutture che mostrassero una resistenza ben superiore alle onde pur mantenendo invariate le caratteristiche delle strutture turistiche e migliorando la stabilità complessiva della scogliera.

La forza del mare

Le azioni a cui possono essere sottoposte le strutture in quel punto erano state calcolate con la teoria di “Goda” ottenendo risultati simili a quelli poi rilevati durante la mareggiata, ciò comporta spinte sulle pareti verticali di circa 9.000 kg/mq.

Sviluppando i calcoli con i dati messi a disposizione dalla cartografia della Regione Liguria ed utilizzando la teoria di Goda si sono ottenuti i seguenti diagrammi di spinta sulle pareti verticali della struttura a varie altezze dal mare riferite allo zero della capitaneria di porto di Rapallo.

La scogliera su cui ricostruire

La scogliera è costituita da un banco disposto a franapoggio di “Calcare dell’Antola” alternato a strati di argilla; tale terreno di fondazione risulta discontinuo sia per la sua stratificazione sub-orizzontale, sia per la presenza di fratture verticali tra i vari scogli.

Da qui la necessità di portare in profondità delle strutture di fondazione quali i chiodi che consentono di distribuire all’interno dell’ammasso le azioni provenienti dalla struttura edilizia, portandole lontano dalla superficie di tale materiale che negli anni si può essere degradata.

Estratto relazione geologica:

“La classificazione dei suoli, in ragione di quanto indicato dall’Eurocodice 8 è ottenuta con l’indicazione di indagine penetrometrica effettuata nella vicinanze dallo scrivente, dalla quale emerge che la fondazione superficiale interessa una coltre mediamente addensata con predominanza di componente argillosa coesiva con valori medi Nspt = N10/.70 Nspt = 8 rispetto ai quali è indicata tabellarmente (Eurocodice 8) una Vs30 di riferimento ≤ 180 sovrapposta (limite stratigrafico rilevato) a depositi molto densi con Nspt ≥ a 50 (cappellaccio alterazione del sub strato lapideo) ai quali corrispondono valori di Vs30 compresi in un intervallo 360 – 800. La categoria del terreno viene di norma riferita alla velocità delle onde S e questa è calcolata come velocità nei primi 30 metri dal terreno secondo la formula   Vs = 30/ ∑i=1, N Hi/Vi”

Strutture fuori terra

Per le strutture da ricostruire si è quindi pensato ad una tipologia strutturale composta da:

• fondazioni di tipo indiretto per vincolare le strutture alla scogliera;
• setti in calcestruzzo armato e pilastri di dimensioni almeno 50x50 cm;
• solette piene armate a piastra.

 

Tutto utilizzando materiali ad alta resistenza ai cloruri, ad esempio calcestruzzo R45 con additivi per i cloruri, restava da decidere come vincolare in modo diffuso e definitivo le strutture alla scogliera sottostante

Opere temporanee o definitive

Le paratie dette “berlinesi” possono essere a carattere “definitivo”, quando con il solo rivestimento interno diventano un’opera di sostegno permanente, ma anche provvisionali, utili solo per lo scavo, nel caso che il contrasto definitivo alle spinte del terreno sia poi affidato al completamento delle strutture ipogee.

Allo stesso modo i tiranti che vengono posti in opera, per stabilizzare le paratie, potranno essere “definitivi” se realizzati in un suolo di cui la proprietà non ne chiede la successiva rimozione, o provvisionali se non possono permanere per la durata della vita della struttura poiché ubicate in un sottosuolo pubblico o di una privata proprietà che non intende cederne i diritti.

Equilibrio variabile

La progettazione delle paratie consiste quindi nel bilanciare in un modo adeguato la spinta del terreno e il suo stato di deformazione attraverso diversi fattori quali: l’inerzia della paratia, la sua lunghezza di infissione nel substrato oltre il piano di scavo, tipologia e tensione nei tiranti o puntoni.

L’applicazione combinata di queste forze consente di realizzare in divenire una struttura che soddisfa le nostre esigenze nella particolare situazione in cui si applica.

La struttura di sostegno di cui parliamo presenta alcune caratteristiche costruttive che la rendono perfetta per questi tipi di operazioni:

1. Può essere realizzata prima dello scavo;
2. Può essere sostenuta limitandone il cedimento laterale durante le operazioni di scavo in step successivi man mano che si scende di quota;
3. Opportunamente dimensionata può arrestare il cedimento del piano fondale di edifici o infrastrutture adiacenti, impedendo quindi lesioni che comprometterebbero il proseguo dei lavori.

Composizioni della struttura

Le parti componenti della paratia sono generalmente le seguenti:

• Una serie di micropali che dal piano di campagna scendono nel substrato più resistente posto sotto il piano dello scavo definitivo, la distanza tra i pali è uno degli elementi progettuali e varia con il diametro del palo in funzione della spinta attiva che la paratia riceve dal terreno nelle varie fasi di scavo;
• Un cordolo testa-palo in c.a. solito piuttosto robusto e ben armato con il compito di rendere solidali tutti i pali tra di loro, spesso il cordolo è sede del primo ordine di tiranti precompressi necessari a stabilizzare il manufatto e rendere quindi la paratia solidale;
• Ordini successivi di sistemi attivi, adatti ad esercitare sulla paratia una spinta positiva, tale forza viene ripartita tra i pali attraverso orizzontamenti di travi in acciaio accoppiate, la forza orizzontale può essere esercitata attraverso diversi sistemi:

1. Classici tiranti perforati in trefoli di acciaio ad ancoraggio distribuito iniettati con malta cementizia e successivamente post-tesi;
2. Tiranti composti da barre Dywidag che vanno ad inserirsi nella zona del substrato o chiodi di varia lunghezza se il substrato è roccioso e si trova immediatamente a tergo dei pali.
3. Puntoni da ubicarsi nello scavo nel caso, ove per ver varie ragioni, non possano essere realizzati i tiranti.

Interferenze con le falde acquifere

Spesso questo tipo di scavi fa si che si intercettino orizzonti acquiferi, oppure semplici vene d’acqua o perdite del sistema idrico/fognario nei dintorni del nostro sito; occorre quindi realizzare contro pareti in grado sopportare le spinte idrauliche e mantenere all’esterno degli edifici i liquidi.

Generalmente viene realizzata una nuova parete in c.a. previa posa di manto impermeabile di tipo bentonitico, da confinare tra getto e pali oppure, una controparte di maggior spessore in calcestruzzo additivato con sostanze impermeabili e che stanno riscontrando grande affidabilità.

Esempi di scavi in ambienti urbani confinati

A questo punto vorrei mostrare alcune realizzazioni eseguite con successo, ognuna delle quali aveva importanti problematiche ed ha richiesto una soluzione originale.

Edificio intercluso

Scavo per la realizzazione delle fondazioni e i piani interrati di un edificio residenziale in un’area ridotta interclusa tra un edificio alto esistente, un importante manufatto idraulico e la presenza di un rilevato ferroviario; il cantiere si caratterizzava per l’impossibilità di eseguire su alcuni dei suoi fronti i classici tiranti precompressi.

Lo scavo sviluppato in aderenza di altri edifici o pesanti manufatti infrastrutturali interferisce con il bulbo delle pressioni sviluppato nel terreno da fondazioni dirette di tipo isolato; solitamente i tiranti precompressi servono a contenere le spinte laterali del bulbo che viene inciso. In questo caso si è dovuto ricorrere alla costruzione di puntoni a cavalletto che fungessero allo stesso scopo.

Scavo tra le sorgenti

Il secondo esempio di scavo confinato che porto alla vostra attenzione, riguarda un profondo sbancamento eseguito in un’area centrale in adiacenza con una trafficata strada comunale, che doveva essere mantenuta in piena efficienza e in condizioni di piena sicurezza, in questo caso la presenza di sorgenti nel substrato marnoso fratturato ha comportato scelte tecnologiche per sopportare le spinte dell’acqua e mantenere asciutto il costruendo edificio.

A seguito di un evento franoso in una località del basso Piemonte, si è reso urgente intervenire per mettere in sicurezza il versante franato ai cui piedi era presente anche un edificio di civile abitazione in fase costruttiva. La soluzione scelta per stabilizzare il versante è stata quella delle terre armate. In questo articolo se ne analizzerà le motivazioni, la progettazione e gli aspetti di modellazione realizzata mediante il software IS GeoPendii

Nel novembre del 2019, in una località del basso Piemonte, in una zona collinare tra l’Appennino e le Langhe, un’intensa precipitazione, durata diversi giorni, favorì l’innesco di fenomeni franosi nel versante sito nella medesima località e già compromesso da eventi atmosferici avvenuti nei mesi precedenti. La frana, per scivolamento, si sviluppò per un fronte di circa 20 m lineari di forma conoidale, con altezza variabile dai 6 a 7 m lineari e profondità di circa 11 m lineari; essa produsse il distacco del margine di un terrazzo, composto da materiale colluviale poggiante su un banco roccioso, a sua volta costituito da strati alternati di arenaria, sabbia poco cementata ed argillite sovra consolidata. L’evento franoso, inoltre, trascinò con sé materiali litici di medie dimensioni, che distrussero parte di un muro di contenimento, ivi collocato, resosi inadatto a supportare una spinta di elevata intensità.

Scelta del tipo di soluzione da adottare per stabilizzare il versante

La pericolosità dell’evento, che ha rischiato di compromettere l’integrità di un edificio di civile abitazione in fase costruttiva sito ai piedi del versante franato, ha richiesto l’intervento immediato per la realizzazione di un progetto, atto a ripristinare, stabilizzare e, ovviamente, mettere in sicurezza il versante colpito.

Tale progetto è stato affidato all’Ing. Pierluigi Muschiato, titolare dello Studio Muschiato Ingegneria, che valutate le criticità dell’intervento e, soprattutto, dell’area di lavoro, ha deciso di adottare come tecnica per la ricostituzione del versante l’uso di terre armate, soluzione che, ad oggi, rappresenta indubbiamente una valida alternativa alle tradizionali tecniche di stabilizzazione dei pendii, sia per quanto concerne il lato economico quanto quello estetico e di sostenibilità e di inserimento ambientale, aspetto che è entrato a far parte dei capisaldi imprescindibili nella professione ingegneristica.

Il versante è stato, quindi, ricostruito con l’uso di terre armate disposte su due diversi livelli, il primo da quota +0.00 m a quota + 4.25 m, il secondo da quota + 4.25 m a 5.55 m, facendo, inoltre, particolare attenzione all’allontanamento delle acque dal corpo frana, necessario sia nella fase esecutiva dell’opera che successivamente ad opera ultimata, per evitare futuri eventi franosi prodotti dall’instaurazione di circolazione idrica sopra le rocce e nelle fratture con conseguente formazione di superfici di scivolamento.

Il drenaggio delle acque meteoriche e la loro regimazione superficiale sono stati eseguiti realizzando una sagomatura superficiale del versante al fine di ricondurre le superfici non orizzontali ad un angolo di declivio compatibile con la natura del materiale impiegato a regimare le acque meteoriche. La corrivazione delle acque è stata, invece, rinviata attraverso un rapido accrescimento del manto erboso ed una successiva piantagione di specie autoctone della zona.

Sul retro dell’abitazione, ivi presente, sarà realizzato un canale di scolo, che raccoglierà le acque superficiali di corrivazione e quelle derivanti dalle rocce. Per quanto concerne, invece, il drenaggio degli accumuli di terreno e le pareti in terra armata, ad esse saranno fissate tubazioni micro fessurate Φ 100mm su due diversi piani.

Perchè le terre armate

La scelta progettuale di intervenire tramite realizzazione di terre armate, tecnica ben nota nella letteratura dell’ingegneria naturalistica, si è resa immediatamente indispensabile per diversi motivi: in primo luogo la difficile accessibilità dell’area d’intervento e, in secondo luogo, per la conseguente necessità di ridurre la movimentazione di materiale esterno all’area di lavoro. La zona da stabilizzare, essendo circondata da boschi e caratterizzata da pendii particolarmente acclivi, ne rendeva difficile il raggiungimento da parte di grandi mezzi d’opera, che sarebbero stati necessari per un qualsiasi altro tipo di intervento. Per quanto riguarda la movimentazione di materiale esterno all’area di lavoro questo aspetto è stato risolto tramite il recupero ed il riutilizzo del materiale franato.

Le terre armate infatti sono sostanzialmente costituite da due materiali: la terra ed il rinforzo; la prima svolge sostanzialmente il ruolo di un calcestruzzo, ovvero si contraddistingue per una buona resistenza a compressione, la seconda, sopperisce alla scarsa capacità del terreno di resistere a trazione.

Nel caso specifico, la situazione ha consentito il reimpiego totale del materiale franato costituito da terra coloniale e rocce, che insieme ai rinforzi geosintetici (denominati geogriglie), inseriti per strati successivi orizzontalmente all’interno del terreno, hanno consentito lo sviluppo, per attrito, di uno stato tensionale di natura tangenziale che ha a sua volta consentito al sistema composito di sostenere livelli di sollecitazione ben superiori rispetto alle possibilità della sola matrice solida (terreno). La terra armata è, inoltre, nota come opera vegetata, consente quindi, un inserimento ambientale completo, garantito anche dall’inerbimento del fronte e dalla successiva piantagione di specie autoctone della zona, che oltre a dare risalto estetico mantenendo l’integrità del paesaggio circostante, aiuta a proteggere il paramento frontale dall’azione erosiva e fornisce sostegno maggiore.

Non meno importante è l’aspetto legato alla rapidità di costruzione dell’opera, infatti nonostante le difficoltà riscontrate nella zona di lavoro particolarmente accidentata, la celerità dell’intervento ha consentito di salvaguardare la zona e l’abitazione limitrofa in costruzione in tempi record; tale aspetto unito alla possibilità di adottare materiali reperiti in loco ed altri a costi vantaggiosi, come le geogriglie e le geostuoie o biotessili adottate per agevolare il rinverdimento, garantisce un vantaggioso risparmio economico. Rappresentano indubbiamente un valore aggiunto anche caratteristiche tecniche quali:

• L’elasticità che risulta possedere la struttura, dimostrando di sopportare le azioni sismiche molto meglio delle strutture rigide;
• Un migliore comportamento rispetto ad altre opere simili a carichi dinamici come gli impatti;
• Basso impatto energetico se confrontato ai tradizionali muri di sostegno.

La diffusione delle terre armate negli ultimi trent’anni, non è quindi frutto di casualità, ma è segno di una nuova consapevolezza progettuale che, pur non dimenticando l’aspetto funzionale, economico e soprattutto di sicurezza e stabilità dell’opera, si mobilita per rispettare l’ambiente che lo circonda, per mantenerlo e arricchirlo senza stravolgerlo.

Calcolo e modellazione dell'intervento con le terre armate

Merita, inoltre, di essere annoverato il metodo di calcolo e di modellazione strutturale che si è scelto di effettuare con l’ausilio di DOLMEN, software di calcolo di comprovata affidabilità che consente di eseguire un’analisi dettagliata del comportamento geotecnico e strutturale.

In particolar modo è stato utilizzato il software IS GeoPendii, che studia l’analisi di stabilità di pendii basandosi su i metodi all’equilibrio limite, consentendo l’inserimento dello specifico intervento che si è deciso di realizzare nel pendio stesso, nel caso specifico le terre armate.

Le terre armate, sono opere di sostegno a tutti gli effetti e come tali sono comprese nelle Norme Tecniche per le costruzioni NTC 2018, incorporate nel software DOLMEN per poter essere utilizzate, sia nel calcolo statico con l’approccio progettuale 1 che si è scelto di utilizzare, sia per il calcolo sismico di stabilità del pendio, eseguito anch’esso in accordo con quanto previsto dalle Norme Tecniche, in particolare al paragrafo 7.11.3.5.2, ossia tramite applicazione di un'azione pseudostatica equivalente proporzionale al peso del volume di terreno parzialmente instabile. 

Le verifiche

Le terre armate sono soggette in particolare modo a verifiche esterne, interne e composte.
Le verifiche esterne riguardano l'opera considerata come monolitica (opera di sostegno rigida), e consistono nello scorrimento lungo la base, il ribaltamento al piede e la capacità portante.

Le verifiche interne riguardano la verifica di monoliticità dell'opera in sé stessa, isolata dal pendio, e consistono nello scorrimento diretto lungo un livello di rinforzi, nella resistenza a trazione e a sfilamento dei rinforzi, e sono condotte come di seguito indicato.

Infine, le verifiche composte sono eseguite considerando il contributo che ciascuna terra offre alla stabilità globale, considerata come parte integrante del pendio.

I principi seguiti nel calcolo, come anticipato precedentemente, fanno riferimento al consolidato metodo all’equilibrio limite, nel quale all'interno di un pendio molto esteso e sottoposto a deformazione piana si isola un volume mediante una superficie cilindrica. Il terreno è in equilibrio limite quando viene soddisfatta la condizione di rottura, che nell'ipotesi del criterio di Mohr-Coulomb è funzione della coesione, dell'angolo di resistenza al taglio e della pressione interstiziale. Se lungo la superficie la tensione tangenziale applicata, detta resistenza mobilitata, è minore della resistenza a rottura disponibile, si può determinare una condizione di equilibrio limite tramite un coefficiente di sicurezza, che rappresenta il fattore per cui dividere i parametri di resistenza del terreno ed avere la rottura del pendio lungo la superficie considerata. Questo valore è assunto per determinare la sicurezza del pendio nei confronti della rottura per taglio e viene assunto costante lungo tutta la superficie, in modo che in ogni punto di essa venga mobilitata la stessa aliquota di resistenza al taglio. Si ricava che il fattore di sicurezza è dato dal rapporto tra la resistenza disponibile e quella mobilitata. Per determinare tale valore si utilizzano le equazioni dell'equilibrio dei corpi rigidi ossia le equazioni di equilibrio alla traslazione orizzontale e verticale ed alla rotazione rispetto ad un punto del piano delle forze. Nel pendio viene definito un numero elevato di superfici, ad ognuna di queste è possibile associare un fattore di sicurezza. Il fattore di sicurezza minore definisce la cosiddetta superficie critica e viene assunto come rappresentativo delle condizioni di stabilità del pendio. Nell'ambito della teoria dell'equilibrio limite sono stati sviluppati numerosi metodi per il calcolo del fattore di sicurezza, fra questi vi sono i cosiddetti metodi delle strisce, che prevedono di suddividere il volume di terreno considerato in blocchi di spessore finito, ma piccolo, di cui è possibile scrivere le equazioni di equilibrio. È possibile considerare, con questi metodi, pendii di forma complessa costituiti da terreni aventi caratteristiche fisiche e meccaniche diverse. Per mantenere le strisce in condizione di equilibrio bisogna applicare sui lati e sulla base le risultanti degli sforzi efficaci e delle pressioni interstiziali, che si trasmettono mutuamente tra i blocchi. Vengono, quindi generate nell’ambito del calcolo le possibili superfici di rottura e, fra tutte le superfici di scivolamento realizzate, verrà scelta nell’ambito delle diverse metodologie di calcolo solo la superficie di rottura denominata critica, ovvero quella che possiede il fattore di stabilità più basso.

Si riporta di seguito l’immagine presa direttamente dal software DOLMEN con riportate le superficie di rottura generate nel pendio attraverso diversi metodi adottati e implementati da IS GeoPendii, tra cui il metodo di Bishop, il metodo di Fellenius, il metodo GLE/Morgenstern-Price e, infine, il metodo di Spencer, impiegati per i due diversi pendii in cui si è deciso di suddividere il versante ai fini di calcolo. Una volta individuata la superficie critica, viene fatta la suddivisione a strisce precedentemente menzionata per attribuire l’opportuno coefficiente di sicurezza critico.

Al termine del calcolo, sviluppato con diversi metodi, è stato possibile confrontarli e realizzare una comparazione tra i diversi fattori di sicurezza calcolati, il risultato ottenuto è stato positivo, ossia verifiche soddisfatte secondo tutte le teorie applicate.

Ricostruzione delle strutture a mare di hotel a Rapallo

L’Hotel Excelsior Palace si trova in adiacenza al porto di Rapallo ed è ubicato sul promontorio; le sue strutture balnearie, consistenti in terrazze che ospitano piscine, bar e ristoranti, erano poste sulla scogliera a mare ed erano state realizzate semplicemente appoggiandosi su di essa.

Nella giornata e nella notte dei giorni 29 e 30 ottobre 2018 si è abbattuta sulla Liguria una potente mareggiata alimentata da vento di scirocco, in particolar modo, nel golfo del Tigullio, è stata colpita la costa che da Rapallo giunge fino a Portofino, esposta proprio in quella direzione e con una batimetria del fondale che ha aiutato uno sviluppo di onde molto potenti. L’evento atmosferico è cresciuto di intensità nel corso della giornata: il vento ha raggiunto i 170 km/h e l’altezza delle onde incidenti perpendicolarmente alle strutture dell’hotel è stata pari a 10,30 m, ossia circa il livello della strada superiore che porta a Portofino. L’evento si è dimostrato catastrofico su tutto il litorale e, soprattutto su questo promontorio, tanto da abbattere, per un tratto di 300 m, la diga del porto di Rapallo, che in seguito a una mareggiata del 2000 era già stata ricostruita più alta di 1,30 m, portandola quindi a un’altezza di 6,5 m.

I danni alle strutture a seguito della mareggita

Esaurita la mareggiata si è potuto constatare che tutte le strutture a mare dell’hotel (il ristorante, lo stabilimento balneare, la piscina, la zona della palestra, le cabine e il pontile) erano completamente distrutte. Gli orizzontamenti così come le murature verticali erano stati rimossi e la forza delle onde aveva divelto gli stessi banchi rocciosi su cui poggiavano e aveva scagliato grandi massi ai livelli superiori.

I danni alle strutture risultavano essere importanti, qui di seguito una sintesi delle zone colpite:

• crollo della terrazza ex “Kursaal”,
• demolizione piastra in c.a. interna alla S.P.A. e crollo di tutti i muri poggianti sulla scogliera,
• erosione della parte alta della muratura, dei sottofondi e della pavimentazione dell’intera zona,
• crollo di murature verticali, archi di sostegno in mattoni e solai per tutta la zona a mare.

L’unica parte che restava intatta era la parete costruita nell’estate 2018: era stato realizzato un tratto di muro frangiventi ed un solaio a doppia travatura a quota 10,00 m, chiodando il muro alla roccia sottostante. Questa porzione di struttura era stata calcolata opportunamente, infatti, dal punto di vista energetico, le onde hanno rispettato le previsioni di calcolo effettuate con il metodo di Goda utilizzato; con gli stessi principi strutturali si è proceduto anche con questa nuova ricostruzione.

Il nuovo stato dei luoghi è stato rilevato per mezzo dell’impiego della tecnologia “laser scanner”.

Le scelte strutturali per la ricostruzione dell'albergo

L’intenzione della proprietà dell’hotel è stata quella di rimediare subito ai danni subiti e di ricostruire in modo da avere la struttura alberghiera completamente funzionante per la stagione estiva 2019. Al fine di poter restituire l’intera area al suo impiego turistico originario era necessario ricostruire le strutture colpite conferendogli una resistenza tale da sopportare le sollecitazioni indotte da eventuali future burrasche eccezionali.
Appare evidente che l’intervento ricostruttivo avrebbe dovuto risultare il più possibile fedele, dal punto di vista della geometria e del materiale di rivestimento a vista, all’originale.

Nel progetto di intervento è stato necessario prestare una particolare attenzione alla valutazione delle sollecitazioni ambientali a cui sono sottoposte le opere e fare riferimento alla documentazione in merito, prodotta per i precedenti lavori.

A causa della location la preparazione e il rinforzo del cantiere (che si estendeva su un fronte di circa 150 m) è risultata particolarmente impegnativa; l’area da ricostruire si sviluppava lungo la strada che porta da Rapallo alla frazione di San Michele, per un‘altezza di circa 12 metri s.l.m.

Per questo motivo è stato necessario installare due gru a torre e le macchine operatrici sono state calate nel cantiere per mezzo di esse. Particolarmente impegnativa è stata anche l’operazione di rimozione dei detriti: per quelli di maggior peso e dimensioni è stato necessario l’intervento di un pontone opportunamente attrezzato.

Si è optato per strutture così realizzate:

• Setti in c.a. sia disposti secondo la linea di massima pendenza che paralleli;
• Solette piene in c.a. dello spessore di cm 25;
• Archi in c.a.;
• Fondazioni ancorate alla roccia da chiodature eseguite sino alla profondità di 4,00 metri nella roccia.

Particolare attenzione è stata riservata alla progettazione ed esecuzione dei chiodi di ancoraggio, che costituiscono il vero nodo cruciale della stabilità della struttura, in quanto devono trasmettere le sollecitazioni dinamiche della struttura all’ammasso roccioso che la sostiene. Tale sistema è articolato su due serie di chiodi: la prima con chiodi lunghi 4,50 m e con diametro di 40 mm, la seconda con chiodi lunghi 1,50 m.

I chiodi sono stati inseriti rafforzando la roccia con un rotopercussore di diametro superiore, le barre sono in acciaio B450 e nel foro è stata gettata a pressione una miscela cementizia appositamente studiata con l’uso di superfluidificanti e basso dosaggio di acqua, leggermente espansiva.

In tutto sono stati realizzati circa 400 chiodi, distribuiti secondo un preciso schema, una parte di questi sono stati utilizzati per stabilizzare parti rocciose che erano state mobilitate dal moto ondoso, oppure per costruire tiranti per vincolare la soletta della passerella verso il porto.

Le strutture in acciaio, che sono state posate, sono state realizzate con membrane in acciaio zincato a caldo e bullonature sono state evitate saldature in opera.

Lo schema strutturale adottato per il calcolo è quello di una struttura composta da setti verticali e piastre orizzontali vincolati e piastre orizzontali vincolate a terra da link rigidi che sono serviti per ricavare le sollecitazioni dei chiodi. Particolare importanza ha rivestito il calcolo delle sollecitazioni, in particolar modo la spinta delle NTC 2018 per strutture in zona sismica 3.

La struttura è stata calcolata con il programma DOLMEN, prodotto e distribuito da CDM DOLMEN SRL di Torino, attraverso una modellizzazione dinamica che ha consentito di ottenere risultati in termini di sollecitazioni, tensioni dei materiali e spostamenti.

I dettagli della modellazione strutturale

Il muro in cls armato si fonda su di una base rettangolare in cls armato gettato in opera di spessore pari a 30 cm, calcolata reagente su suolo elastico alla Winkler. Essa è impostata sul profilo roccioso esistente, in alcuni punti riprofilato e regolarizzato per l’occasione, e risulta vincolata alla roccia mediante le chiodature in precedenza descritte. Il muro ed i setti irrigidenti sono stati modellati con gusci membranali il cui spessore varia da un minimo di 30 cm per la base ad un massimo di 100 cm per la spalla.

Le verifiche del calcestruzzo e dell’armatura sono state eseguite allo Stato Limite Ultimo, come previsto nel capitolo 7.2 delle NTC 2018. I valori medi del carico al suolo sono ovunque inferiori al carico limite relativo alla tipologia di roccia esistente.

La ristrutturazione della piscina dell’Hotel Excelsior Palace di Rapallo con realizzazione di solai in lamiera grecata e telaio in acciaio

Di seguito si descrivono gli interventi strutturali adottati dallo Studio O&M Ingegneria per la ristrutturazione di diverse parti dell’Hotel Excelsior Palace di Rapallo, struttura alberghiera a 5 stelle affacciata sul Golfo del Tigullio, che gode di un suggestivo panorama della Baia e del Monte di Portofino. L’importante volume edilizio vanta una posizione strategica sulla strada che conduce a Santa Margherita Ligure ed a Portofino, collocazione che lo pone al centro di una zona con forte vocazione turistica.

Lo Studio O&M Ingegneria è stato chiamato ad intervenire per la ristrutturazione di diverse parti strutturali del centro benessere dell’albergo; a fronte dell’esperienza maturata operando spesso in lavori speciali in ambienti industriali e anche in ambienti naturali difficili, ha affrontato l’incarico con un’attenta programmazione e con l’impiego di tecnologie innovative. Le principali criticità riscontrate hanno riguardato la stretta interconnessione tra le strutture su cui intervenire e quelle limitrofe, appartenenti anche ad altri proprietari per i quali risulta necessario impedire ogni variazione di regime statico e tensionale, l’ubicazione della struttura che rende molto difficile la gestione nonché la logistica di uomini e attrezzature, e ancora le complessità derivanti dalla geologia della zona d’intervento e dalla sismicità dell’area.

La descrizione dell’intervento di ristrutturazione delle strutture dell'hotel

Di seguito vengono descritti gli interventi che hanno riguardato le opere strutturali in acciaio e cemento armato della zona denominata “emiciclo” e che, in particolare, hanno interessato la ristrutturazione della piscina esterna esistente, situata all’ultimo piano dell’Hotel, e la realizzazione di solai e di telai metallici nella zona sottostante l’emiciclo a supporto della piscina stessa.

La scelta di voler descrivere dettagliatamente le tipologie di interventi strutturali che hanno riguardato esclusivamente questa zona del complesso è da riferirsi alle enormi difficoltà riscontrate durante l’esecuzione, dato che il cantiere si estendeva in una zona difficile da rifornire in quanto si tratta di una scogliera interclusa tra il mare e la strada provinciale.

Merita, inoltre, di essere annoverato il metodo di calcolo e la modellazione strutturale che si è scelta di effettuare con l’ausilio di DOLMEN, software di calcolo di comprovata affidabilità che permette di eseguire un'analisi dettagliata del comportamento dell'intera struttura, tenendo conto del comportamento irrigidente di setti anche complessi e di solai, considerati con la loro effettiva rigidezza.

Il centro benessere è stato interessato dalla demolizione del parcheggio automatizzato, dalla realizzazione di due solai interpiano in lamiera grecata e di telaio metallico e dalla ristrutturazione della piscina esterna.

Al di sotto della piscina esterna, all’ultimo piano della porzione di Hotel con affaccio sul mare, vi era un’autorimessa meccanizzata che si estendeva in parte anche al di sotto dell’edificio adiacente, denominato Kursaal. L’autorimessa era stata destinata ad ospitare nuovi servizi per gli ospiti dell’Hotel, di conseguenza possedendo essa altezze di interpiano ridotte necessitava di essere svuotata delle strutture portanti e sostituita da nuove membrature adatte alla nuova distribuzione interna e, quindi, alla nuova destinazione d’uso. Il primo e il secondo piano sono, quindi, stati interessati dalla realizzazione di nuovi solai in lamiera grecata, in particolare si è scelto di adottare la lamiera EGB/210 D avente un’altezza pari a 55 mm, uno spessore di 1,2 mm e un interasse medio fra le gole pari a 150 mm; lo spessore complessivo della soletta (calcestruzzo e lamiera grecata) è di 125 mm.

Al sostegno dei solai interpiano e della piscina esterna con fondo misto acciaio-calcestruzzo, è stato realizzato un nuovo telaio in acciaio, formato da una maglia di travi principali travi HEB 240 per i solai intermedi e travi principali HEB 220. Le travi secondarie per i solai intermedi sono delle IPE 160 o IPE 200, le travi principali sono sostenute da delle colonne in acciaio (HEB 240 o HEB 280) che sono state ancorate al fondo roccioso della costruzione.

La ristrutturazione della piscina esterna esistente posta all'ultimo piano

L'ultimo piano ha subito la ristrutturazione della piscina esistente, l'intervento prevedeva infatti la demolizione e successiva sostituzione del fondo della piscina scoperta esistente mediante struttura mista acciaio-calcestruzzo costituita da una lamiera grecata su cui è stato eseguito un getto di calcestruzzo.

La lamiera ha la funzione di cassero durante la costruzione e costituisce l’armatura longitudinale dopo l’indurimento del calcestruzzo. Le lamiere grecate sono state sostenute da un graticcio di travi in acciaio ancorate alle pareti in cemento armato, sono stati utilizzati profilati HEB 260 per le travi principali e profilati IPE 200 per le travi secondarie; complessivamente il getto del calcestruzzo ha uno spessore pari a 30 cm.

Per rendere solidale la soletta di cemento armato con le travi principali in acciaio sono stati installati dei connettori di taglio aventi diametro pari a 20 mm e altezza di 20 cm, con passo di 50 cm. La soletta in c.a. è stata armata superiormente ed inferiormente mediante barre di diametro 14 mm e passo di 20 cm, in direzione longitudinale e trasversale; in corrispondenza dei nodi trave colonna è stata infittita l’armatura inserendo delle barre di diametro 16 mm e passo di 20 cm.

La modellazione delle strutture

Le opere strutturali sono state modellate con il metodo degli elementi finiti, applicato a sistemi tridimensionali; gli elementi utilizzati sono sia monodimensionali (pilastro), che bidimensionali (piastre).

La struttura è stata schematizzata escludendo il contributo degli elementi aventi rigidezza e resistenza trascurabili a fronte dei principali. La soluzione del problema iperstatico ha comportato come risultati le reazioni vincolari ai vincoli esterni, le sollecitazioni Mx, My, Mxy, Sx, Sy, Sxy di tutti i gusci componenti il sistema e le sollecitazioni N, Tz, Ty, Mx, My, Mz di tutti gli elementi asta.

Le membrature in acciaio S355 sono state tutte modellate come aste, mentre la resistenza della lamiera grecata e del sistema costruttivo misto acciaio-calcestruzzo è stato considerato nullo. La lamiera è stata, di conseguenza, considerata nel calcolo come un cassero per il sostegno della soletta in c.a; questa scelta è stata effettuata a favore di sicurezza.

Lo studio del comportamento dell'edificio e della piscina è stato sviluppato analizzando la struttura e la piscina sotto l'effetto dei carichi gravitazionali e sismici, considerando le condizioni di carico più sfavorevoli. È stato possibile, in tal modo, calcolare gli spostamenti massimi verticali e sismici nelle due direzioni principali; i risultati ottenuti osservando gli spostamenti orizzontali nelle due direzioni, sono del tutto compatibili con la struttura analizzata.

Sono state, inoltre, svolte le verifiche di instabilità su tutti i profili in acciaio ed esse sono risultate soddisfatte.

Per quanto riguarda il solaio è costituito da una lamiera grecata di spessore 1.2 mm e altezza 55.0 mm sulla quale viene eseguito un getto in calcestruzzo armato di 45.0 mm di spessore, fino al raggiungimento di uno spessore complessivo della soletta pari a 70 mm, che poggerà sulle travi principali sottostanti.

La lamiera è resa collaborante con il calcestruzzo mediante impronte capaci di ancorare il getto impedendo sia lo scorrimento orizzontale che il distacco verticale. In fase di getto fino a quando il calcestruzzo non avrà raggiunto un adeguato livello di maturazione (1° fase), il peso proprio del calcestruzzo, del personale e dei mezzi utilizzati viene sostenuto dalla sola lamiera. Una volta avvenuta la maturazione del calcestruzzo (2° fase), la lamiera ed il calcestruzzo formeranno una sezione omogeneizzata con tutte le caratteristiche dei solai in cemento armato tradizionali, dove la lamiera, dopo aver assolto la funzione di cassaforma, assumerà per i momenti positivi, quella di armatura metallica. Al fine di incrementare la resistenza dell’intera soletta è stato aggiunto in zona tesa un ferro di diametro 12 mm in ogni canaletta per l’intero solaio, mentre in zona compressa è stata posizionata una rete elettrosaldata di diametro 10 mm con maglia quadrata 20x20 cm.

I sistemi di collegamento strutturale tra le membrature in acciaio che sono stati utilizzati sono piastre, bulloni e saldature; le verifiche effettuate sono di resistenza delle saldature, delle unioni bullonate e di compressione e di tensione delle piastre.

Il condominio Olimpia è realizzato nella città di Acqui Terme, in provincia di Alessandria. In totale la costruzione raggiunge 21,70 m di altezza e presenta 7 piani, tra i quali quello terreno che è destinato ad attività commerciali e assimilabili.

Sono presenti, inoltre, 2 piani interrati che raggiungono la quota di 5,95 metri al di sotto dell’edificio, aventi un’altezza di 2,40 m ciascuno. La struttura, progettata da Muschiato  Ingegneria e modellata con il software DOLMEN prodotto e sviluppato da CDM DOLMEN Srl, si trova accanto allo scolmatore del rio Medrio.

Le problematiche legate agli scavi e alle condizioni idrologiche del sito

I lavori di costruzione, iniziati nell’autunno 2010 e terminati nell’autunno 2014, hanno presentato non poche difficoltà per la realizzazione del complesso anche a causa delle condizioni idrogeologiche del sito.

La realizzazione di un edificio e in generale l'asportazione di una parte di terreno turba la situazione di equilibrio. Nel terreno sono presenti delle pressioni orizzontali e verticali autoequilibrate e l’operazione di scavo, rimuovendo la porzione di terreno che assicurava localmente l’equilibrio, modifica lo stato di sollecitazione del terreno che tende a franare all’interno dello scavo.

In generale l’effetto dello scavo è dunque quello di decomprimere il terreno inizialmente in equilibrio e provocare la frana delle pareti. Per evitare tale inconveniente è necessario disporre un elemento strutturale (generalmente una paratia) adeguatamente infisso nel terreno al di sotto del fondo scavo, in modo da equilibrare le pressioni orizzontali. Nessuna attenzione viene normalmente adottata per le pressioni verticali sul fondo scavo e, quindi, si ha un rigonfiamento del terreno. Le pressioni orizzontali agiscono sulla paratia che si inflette e, se lo scavo è troppo profondo o la paratia non è adeguatamente rigida, possono comunque verificarsi crolli e smottamenti parziali o totali. L’applicazione di un puntellamento sulla testa della paratia ne riduce la luce libera e quindi riduce drasticamente le sollecitazioni e le deformazioni della stessa.

Un'altra problematica da tenere in conto è quella degli scavi in adiacenza di altri edifici. La modifica dello stato tensionale, in seguito a sbancamenti del terreno a loro intorno, è molto spesso fonte di danno. L’asportazione del materiale provoca cedimenti nelle strutture vicine dovuti principalmente dalla natura del terreno; nel caso di scavi a sezione obbligata in sabbia, l’area soggetta a cedimenti è inferiore alla sua profondità. Negli scavi a sezione obbligata in terre coerenti normalconsolidate si hanno due tipi di deformazioni: la prima interessa il fondo della trincea con il suo sollevamento e la seconda coinvolge le pareti laterali dello scavo con conseguente abbassamento, per entrambe, del piano campagna prossimo ai bordi. Per queste terre l’estensione areale della deformazione ai lati dello scavo, se questo è stretto o se al fondo è presente un litotipo consistente, è inferiore alla profondità della trincea. Se lo spessore dell’argilla normalconsolidata è molto superiore alla profondità dello scavo o se quest’ultimo presenta una sezione ampia, la zona laterale soggetta a cedimenti è di gran lunga superiore alla profondità della trincea.

Inoltre è bene ricordare che quando si esegue uno scavo veloce, è importante vedere la presenza dell’acqua e non solo quando questa è visibile nel fronte di scavo, perché è noto che addirittura non è tanto la portata dell’acqua filtrante che compromette la stabilità delle pareti del terreno, bensì la distribuzione delle pressioni interstiziali causate, in particolare, dallo scavo medesimo. Nei terreni coerenti in cui non si riscontrano venute d’acqua, le pressioni interstiziali possono generare forti deformazioni nell’intorno dello scavo, solo a volte premonitrici del collasso.

Viste le numerose problematiche che comporta la realizzazione di una struttura confinante con realtà esistenti, si è deciso di procedere alla realizzazione delle fondazioni in fasi differenti, affrontando man mano le difficoltà riscontrate già in fase preliminare.

Le prove di caratterizzazione del terreno

Allo scopo di fornire una ricostruzione del sedime di intervento sono state eseguite 2 prove penetrometriche dinamiche continue per testare le caratteristiche di compattezza degli orizzonti sovrastanti il substrato litoide in posto. La prova P1, eseguita in prossimità del cancello di ingresso, ha rinvenuto un primo livello dalle basse caratteristiche di compattezza rappresentato da depositi alluvionali limosi e limi sabbiosi fini estesi dal piano campagna sino a 3,80 m di profondità. Al di sotto si ha un orizzonte dalle buone caratteristiche di compattezza ed alto grado di addensamento sino a -4,70 m, profondità alla quale la prova è terminata per il rifiuto all’avanzamento del dispositivo di infissione.

La prova P2, eseguita al centro dell’area in esame, ha riscontrato una forte analogia con la precedente.

Per risolvere il problema principale, ovvero il rischio di esondazione del torrente, si è dovuto scavare 6 metri sotto il livello del suolo, ossia 2 m in più rispetto a dove è situato lo scolmatore, e sigillare eventuali fuoriuscite di acqua, così da non rischiare eventuali cedimenti del terreno.

Le opere di sostegno

L’opera di sostegno che ha permesso la realizzazione dello scavo e delle successive fondazioni è una paratia di micropali per la quale la funzione di sostegno è assicurata principalmente dalla resistenza del volume di terreno posto innanzi l’opera e da due ordini di tiranti attivi provvisori.

La paratia in questione ha le seguenti caratteristiche:

• Micropali in acciaio Fe430 / S275, lunghezza 9 m, diametro 139.7 mm, spessore 8 mm e interasse 50 cm;
• Cordolo di coronamento in c.a. di 2 m di altezza, 52 cm di spessore, posto 25 cm al di sotto del piano stradale;
• Posizione testa palo 30 cm più basso della sommità del cordolo in c.a.;
• Quota fondo scavo a 6.65 m dalla sommità del cordolo in c.a.;
• Quota del primo ordine di tiranti a 1.30 m dalla sommità del cordolo in c.a., con inclinazione di 45° rispetto all’orizzontale;
• Quota del secondo ordine di tiranti a 4.0 m dalla sommità del cordolo in c.a., con inclinazione di 45° rispetto all’orizzontale;
• Presenza di profilati HEB 140 come travi di contrasto al secondo ordine di tiranti;
• Tirante a trefolo in acciaio liscio composto da tre trefoli;
• Lunghezza di infissione micropali pari a 2.65 m.

Per rinforzare la stabilità dell’edificio sono state piantate alla base delle travi di sostegno che penetrano nel terreno e dalle quali partono dei tiranti che perforano in diagonale il sottosuolo garantendo un’equa distribuzione del peso della struttura alla base. Le fondazioni, inoltre, sono poste più in basso, oltre che allo scolmatore del Medrio, anche rispetto alla palazzina confinante, per fare in modo di incastrare l’edificio tra i due spazi e renderlo il più saldo e meno invasivo possibile.

L'altra problematica sorta riguarda la comparsa della falda idrica.

Per ovviare all'inconveniente si è provveduto a realizzare delle opere di drenaggio superficiali: queste hanno l’obiettivo di limitare il ruscellamento superficiale e la conseguente erosione, tenendo sotto controllo le condizioni idrauliche al contorno.

Si è proceduto in seguito alla posa dello strato di calcestruzzo magro e al posizionamento dell'armatura della platea e del getto.

Uso di sistemi innovativi a secco per costruzioni sicure, efficienti, ecosostenibili

Di seguito si descrive la progettazione, da parte dello studio O&M Ingegneria e di dHw System, di un edificio di civile abitazione prefabbricato nella località collinare di Cogorno. Il territorio, contornato dal fiume Entella, si trova tra la bassa val Fontanabuona e la val Graveglia, a est di Genova, in un paesaggio suggestivo posto nel mezzo dell’Appennino Ligure caratterizzato dalle innumerevoli vallate che lo percorrono, dai fitti boschi e dal lento scorrere dei fiumi che sfociano nell’antistante mar Ligure.

L’edificio di civile abitazione è monofamiliare e formato da tre piani, di cui uno interrato avente box auto. L’intera struttura sarà strutturalmente realizzata in acciaio, avrà dimensioni in pianta pari a circa 17,49 x 12,09 m e un’altezza massima pari a 11,32 m, con copertura a doppia falda realizzata mediante falsi puntoni in acciaio.

L’intervento prevede la realizzazione di un telaio formato da travi e da colonne in acciaio, mentre le fondazioni saranno realizzate mediante una platea di cemento armato avente spessore pari a 20 cm. Questo permetterà alla struttura di appoggiarsi su un piano solido, resistente e non soggetto a particolari condizioni di umidità, in modo da ridurre al minimo gli inconvenienti legati alle infiltrazioni dal basso e garantendo così all’edificio di conservarsi perfettamente nel tempo. Il piano terreno della struttura è interrato su tre lati e, a protezione dello scavo che verrà effettuato nel lotto, sarà realizzato un muro di sostegno in cemento armato che contornerà l’edificio.

L’aver scelto l’acciaio e il sistema a secco innovativo usati da dHw System sono dovuti al fatto che offrono proprietà antisismiche eccezionali, di gran lunga superiori a quelle che si possono riscontrare in altri materiali. Le abitazioni che utilizzano strutture in acciaio sono in grado di assorbire l’energia sismica, che viene dissipata, salvaguardando sia la vita delle persone che l’integrità dell’edificio.

In Italia gli edifici realizzati in acciaio, ad oggi prevalentemente destinati alla produzione e al commercio, non hanno subito danni strutturali a seguito dei terremoti del 2009 a L’Aquila, del 2012 in Emilia Romagna e Lombardia e nel 2016 in Lazio, Umbria e Marche. L’efficienza della costruzione metallica di fronte ai sismi risiede nella sua elevatissima duttilità che, sommata a un processo costruttivo che prevede la prefabbricazione e la connessione a secco, conduce alla realizzazione di strutture leggere sottoposte ad azioni sismiche più contenute. In secondo luogo l’acciaio è un materiale di alta qualità e permette tempi di consegna brevi, riducendo così i costi di investimento, difatti i tempi di costruzione si abbattono del 50-60% rendendo possibile assemblare la struttura con estrema facilità.

Il metodo con cui si costruiscono le abitazioni in acciaio contribuisce, inoltre, a migliorare il comfort abitativo microclimatico, grazie al suo isolamento termico e acustico, abbassando i costi di energia elettrica e di gas per il riscaldamento degli ambienti, garantendo una maggiore efficienza energetica e rendendo la costruzione di Classe A. Si diminuisce anche il rischio di incendio dal momento che le strutture realizzate a secco in acciaio presentano una resistenza passiva al fuoco più elevata rispetto ad altri sistemi costruttivi industrializzati che impiegano differenti materiali da costruzione.

In ultima analisi il cantiere di un’opera in acciaio è un cantiere “pulito” che impiega manodopera qualificata, con spazi molto più organizzati di quelli relativi a edifici realizzati con altre tecnologie tradizionali; dà la possibilità, inoltre, di intervenire anche in spazi ristretti e in condizioni non favorevoli, permettendo di realizzare non solo interventi ex novo ma anche ampliamenti, sopraelevazioni o interventi di recupero con il minimo impatto possibile.

Il telaio dell’abitazione sarà costituito da colonne HEA 200 di contorno all’edificio e di colonne HEB 200 per il sostegno della trave di colmo. Le travi, invece, saranno realizzate in profilati HEA 200 per quanto riguarda le travi principali perimetrali, IPE 200 per le travi principali interne e IPE 160 per le travi secondarie di sostegno ai solai realizzati interamente in pannelli ISOBOX, a esclusione della zona adibita a box auto, nella quale saranno utilizzate delle lamiere grecate EGB 210/D collaboranti.

L’intera costruzione in esame è stata modellata con l’ausilio di DOLMEN, programma di calcolo agli elementi finiti prodotto e distribuito da CDM DOLMEN di Torino. DOLMEN ha consentito di verificare sia le parti in cemento armato, che quelle in acciaio e di progettare le connessioni in acciaio, di cui si possono vedere alcuni particolari nelle immagini qui di seguito. DOLMEN ha consentito, inoltre, di eseguire le verifiche geotecniche e strutturali delle fondazioni e dei muri controterra.