Analisi di vulnerabilità sismica con il software 3Muri Project per il restauro e riqualificazione della prima Zecca d’Italia

Le verifiche di sicurezza statiche e di miglioramento sismico e gli interventi strutturali effettuati su un edificio di grande valore storico e culturale

di S.T.A. DATA - 26/11/2021
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Analisi di vulnerabilità sismica con il software 3Muri Project per il restauro e riqualificazione della prima Zecca d’Italia

L’edificio dell’Istituto Poligrafico e Zecca dello Stato Italiano a Roma (prima Zecca di Italia) è stato oggetto di riqualificazione, con il mantenimento della scuola dell’Arte della Medaglia e la nuova destinazione d’uso a museo e foresteria, ed ha richiesto sia interventi strutturali a supporto del progetto architettonico ed impiantistico, sia interventi necessari per soddisfare le verifiche di sicurezza statiche e di miglioramento sismico.

Le analisi di vulnerabilità sismica sono state condotte da Redesco Progetti S.r.l. (Milano) con il software 3Muri Project di S.T.A. DATA (Torino), sia nei confronti dei cinematismi locali che della risposta sismica globale dell’edificio, il tutto come meglio descritto ed illustrato in questo articolo.

L’edificio si trova nel quartiere Esquilino a Roma e rappresenta uno dei Palazzi più importanti della zona; si estende all’interno di un intero isolato compreso tra via Principe Umberto, via La Marmora, via Principe Amedeo e via Cairoli.

Il complesso è stato progettato e costruito tra il 1907 e il 1911 e si compone di un corpo monumentale prospiciente Via Principe Umberto che ospita tuttora la sede della Scuola dell’Arte della Medaglia, un corpo centrale con due ordini di sopraelevazione risalenti agli anni’50, un corpo di fabbrica di due piani su Via Principe Amedeo e i due restanti corpi laterali monopiano che si affacciano su via La Marmora e via Cairoli che unitamente all’interrato ospitavano le attività produttive della Zecca (coniature monete, medaglie, ecc.).

Gli interventi realizzati nel corso degli anni

Nel corso degli anni si sono susseguiti una serie di interventi in varie zone dell’edificio, specialmente nel corpo centrale e nei corpi laterali, per adattarsi alle esigenze produttive (edificio fabbrica), mentre il corpo monumentale è rimasto pressoché originale, a meno di isolati soppalchi aggiunti, in quanto avente funzione di rappresentanza e sede dalla Scuola dell'Arte della Medaglia.

È stata effettuata una campagna di indagini per conoscere le proprietà dei materiali e i rilievi dei dettagli strutturali e sono stati compiuti anche scavi a campione per verificare la congruità delle opere interrate con le informazioni desunte dai documenti storici.

L’edificio è soggetto a tutela ai sensi del D.Lgs. 22 gennaio 2004 (Codice dei beni culturali e del paesaggio) con provvedimento di vincolo che risale al dicembre 2013.
L’analisi storico critica e le indagini hanno permesso di identificare le varie tipologie costruttive impiegate per la realizzazione del complesso originale e le successive opere e modifiche che si sono susseguite nel corso degli anni.

La riqualificazione e gli interventi di ristrutturazione

La riqualificazione dell’edificio, con il mantenimento della scuola dell’Arte della Medaglia e la nuova destinazione d’uso a museo e foresteria, richiede da un lato interventi strutturali a supporto del progetto architettonico ed impiantistico e contemporaneamente interventi necessari per soddisfare le verifiche di sicurezza statiche e di miglioramento sismico. In accordo con la Soprintendenza, gli interventi sono stati limitati al miglioramento sismico per limitarne il numero e l’invasività.

In estrema sintesi, gli interventi strutturali progettati da Redesco Progetti S.r.l. (Milano) consistono nella creazione di nuovi nuclei scale/ascensori e relative fondazioni per adattarsi alle nuove destinazioni d’uso, rinforzo di pareti e maschi murari con tecnica CRM / FRCM ove ritenuto strettamente necessario, nuovi mezzanini in struttura mista acciaio-cls, nuove scale metalliche, nuovi impalcati tecnici, rinforzo delle scale voltate in muratura esistenti, cerchiature metalliche per nuove forometrie e aperture, rinforzo delle coperture ai vari livelli con la formazione di un nuovo diaframma di piano in calcestruzzo alleggerito.

Analisi di vulnerabilità sismica con il software 3Muri Project per il restauro e riqualificazione della prima Zecca d’Italia

Fig. 1: Vista del complesso della Zecca

 

Analisi di vulnerabilità sismica con il software 3Muri Project per il restauro e riqualificazione della prima Zecca d’ItaliaFig. 2: Sezione dello stato di fatto del complesso della Zecca

 

Verifiche di vulnerabilità sismica eseguite con 3Muri Project 

Le analisi di vulnerabilità sismica sono state eseguite da Redesco Progetti S.r.l. (Milano) con l’utilizzo del software 3Muri Project, realizzando prima il modello dello stato di fatto e successivamente implementando tutte le modifiche per ricavare il modello dello stato di progetto.
Nel modello dello stato di progetto sono stati implementati i nuovi elementi resistenti in calcestruzzo (nuclei scale e ascensori), sono stati introdotte le membrature metalliche dei nuovi mezzanini, sono state modificate le condizioni di vincolo delle coperture piane per tenere conto della rigidezza del nuovo diaframma di piano e sono stati considerati localmente i rinforzi per i maschi e le pareti interessati dagli interventi in CRM/FRCM necessari per aggiornare i carichi permanenti e variabili alle nuove destinazioni d’uso.
Di seguito si mostra una vista tridimensionale del modello della struttura e una vista della stessa struttura schematizzata a telaio equivalente.

 

 

 

Analisi di vulnerabilità sismica con il software 3Muri Project per il restauro e riqualificazione della prima Zecca d’Italia

Fig. 3: Modello tridimensionale della struttura - stato di fatto

 

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Fig.4: Schematizzazione della struttura a telaio equivalente - stato di fatto

 

Analisi di vulnerabilità sismica con il software 3Muri Project per il restauro e riqualificazione della prima Zecca d’Italia

Fig.5: Modello tridimensionale della struttura - stato di progetto

Le verifiche di vulnerabilità sismica mediante software 3Muri Project sono state condotte sia nei confronti dei cinematismi locali che della risposta sismica globale dell’edificio.
I meccanismi locali nelle pareti si attivano prevalentemente per azioni perpendicolari al loro piano medio e si manifestano generalmente attraverso rotazioni di macro elementi attorno a cerniere puntuali o cilindriche.
Nello svolgimento di tali analisi devono essere presi in considerazione i dettagli costruttivi della struttura al fine di poter ipotizzare la più probabile tipologia di meccanismo locale. 
Gli ammorsamenti tra le pareti e gli orizzontamenti e l’inerzia dei paramenti murari risultano essere, nel caso in questione, gli aspetti più rilevanti da considerare. L’edificio non presenta elementi spingenti nei piani fuori terra che potrebbero generare delle vulnerabilità locali. Le coperture principali sono tutte piane.
In generale i cinematismi analizzati sono basati su ipotesi di tipo conservativo; sono stati analizzati i meccanismi di ribaltamento semplice e composto senza considerare alcun contributo di incatenamento fornito dai solai non essendo presente un cordolo perimetrale ad eccezione dei solai in latero-c.a. delle sopraelevazioni del corpo centrale.
I cinematismi locali sono stati studiati nella configurazione di stato di fatto e di stato di progetto.
La realizzazione di un nuovo diaframma di piano connesso alle murature in corrispondenza delle coperture piane alle varie quote migliora di molto l’indice di vulnerabilità dei cinematismi rendendoli di fatto tutti verificati nello stato di progetto.
La verifica è stata eseguita attraverso l’analisi dei cinematismi di corpo rigido mediante l’uso del software 3Muri Project e del foglio Excel C.I.N.E-Reluis per la validazione indipendente.
Si riporta di seguito un esempio di cinematismo elaborato con il software 3Muri Project e lo stralcio della tabella riassuntiva dei cinematismi locali del corpo monumentale nella condizione stato di fatto.

Clicca qui per scaricare le Brochure di 3Muri Project e i suoi Moduli dedicati alle Verifiche Locali

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Analisi di vulnerabilità sismica con il software 3Muri Project per il restauro e riqualificazione della prima Zecca d’Italia

Fig.6: Esempio cinematismo 3 e stralcio tabella riassuntiva delle verifiche dei cinematismi locali

In seguito alla modellazione a macro elementi della struttura nella configurazione dello stato di fatto e in quella di progetto, sono state condotte le analisi statiche non lineari per effettuare l’analisi di vulnerabilità globale dell’edificio. 
Le analisi di pushover sono state condotte con particolare attenzione ai punti di controllo, la cui scelta è stata motivata sulla base dell’analisi dell’andamento delle curve di pushover risultanti e verificando che si riesca a mobilitare il comportamento globale dell’edificio.
L’analisi statica non lineare per lo stato di fatto ha restituito un valore minimo di zE,sdf = 0.35, mentre per lo stato di progetto zE,sdp = 0.64.
In particolare, si mostra un grafico riassuntivo elaborato da 3Muri Project in cui sono riportati i valori dei coefficienti di sicurezza di tutte le analisi di pushover ottenute sia con il modello dello stato di fatto (blu) che con il modello dello stato di progetto (verde).
Si dimostra di aver raggiunto il miglioramento sismico richiesto, in quanto zE,sdp > 0.6 e zE,sdp  > zE,sdf +0.1.

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Analisi di vulnerabilità sismica con il software 3Muri Project per il restauro e riqualificazione della prima Zecca d’ItaliaFig. 7: Confronto analisi pushover stato di fatto e stato di progetto 

Le analisi svolte con il software 3Muri Project sono state validate e controllate mediante calcoli manuali indipendenti e mediante una modellazione FEM al continuo, con altro software commerciale, di tipo elastico-lineare e analisi sismica modale con spettro di risposta.
Il confronto tra le modellazioni è stato possibile assumendo nell’analisi modale un fattore di comportamento ricavato dalle analisi pushover con software 3Muri Project misurando le reali risorse dissipative della struttura. Il fattore “q” è definito come il rapporto tra la forza massima ottenuta da un sistema elastico e la forza massima assorbibile dallo stesso sistema ma con proprietà inelastiche.
A seconda se il periodo principale del sistema sia minore o maggiore di Tc, si può applicare rispettivamente il principio di uguale energia o di uguale spostamento per calcolare il fattore di comportamento.
Nel caso in oggetto per ogni pushover sono stati individuati lo spostamento massimo richiesto per SLV e lo spostamento di snervamento di capacità, ricondotto al sistema MDOF, per poi calcolare il fattore di comportamento “q”.
Le modellazioni indipendenti possono essere confrontate mediante il taglio alla base.
Considerando le due curve di pushover che forniscono il minore coefficiente zE in direzione x e y si ricavano i tagli alla base ottenuti dalla bilinearizzazione della curva di pushover e utili per i confronti.Analisi di vulnerabilità sismica con il software 3Muri Project per il restauro e riqualificazione della prima Zecca d’Italia

Fig.8: Curva di pushover n.12 in x– stato di progetto

Analisi di vulnerabilità sismica con il software 3Muri Project per il restauro e riqualificazione della prima Zecca d’ItaliaFig.9: Curva di pushover n.20 in y– stato di progetto

 

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RIFERIMENTI
Progetto Strutturale: Redesco Progetti S.r.l. (Milano)  e-mail: redesco@redesco.it 
3Muri Project - software di analisi strutturale: S.T.A. DATA SRL (Torino), tel. 011-6699345 - www.stadata.com