CONFIGURAZIONI ARCHITETTONICHE E STRUTTURALI

Le attuali norme sismiche non richiedono che unacostruzione debba resistere senza danni all’evento “massimoprevedibile”, ossia al terremoto atteso con un periodo diritorno di circa 500 anni. Richiedono invece che la costruzio-ne possegga la capacità di fronteggiare questo evento estre-mo, di intensità molto maggiore rispetto a quella che le nor-me precedenti indicavano per le abituali verifiche si resisten-za, con una prestazione che impegni il sistema strutturaleben oltre i limiti elastici dei materiali mobilitando localmentecomportamenti post-elastici anche ampi ed assicurando, condeformazioni duttili, una grande capacità dissipativa globale.L‘obiettivo primario consiste pertanto nell’assicurare l’inco-lumità delle persone.

Questi requisiti non sempre si conciliano con le configu-razioni strutturali che è possibile ottenere con un progettoarchitettonico nel quale di ciò non si sia tenuto conto pre-ventivamente. Spesso, i requisiti architettonici e funzionalispingono i progettisti verso l’ideazione di forme complesse,prive delle caratteristiche di regolarità e di “compattezza”che costituiscono invece le proprietà fondamentali dellecostruzioni in zona sismica.

Questo era il caso del progetto architettonico del nuovoedificio scolastico di San Giuliano di Puglia. Per compensarele mancanze di regolarità, le attuali norme avrebbero richie-

sto un consistente aumento (almeno del 42%) delle resi-stenze da attribuire a tutti gli elementi strutturali. D’altra par-te, i nuovi sistemi di protezione proposti oggi dall’IngegneriaSismica, basati su criteri di approccio alternativi, sono in gra-do si ridurre in modo considerevole le azioni trasmesse daiterremoti alla struttura resistente.

Nel caso in esame, l’opzione dell’isolamento alla base haconsentito di abbattere a tal punto l’input sismico trasmessoda non dover neppure prevedere significativi comporta-menti post-elastici, pur avendo potuto progettato le struttu-re a livelli di resistenza inferiori rispetto a quelli che sarebbe-ro stati richiesti per una costruzione a base fissa, ancorchéquesta avesse avuto una configurazione regolare.

IL SISMA DEL 31 OTTOBRE 2002

L’evento sismico che ha colpito il Molise il 31 ottobre2002 ha prodotto effetti particolarmente gravi a San Giulia-no di Puglia, causando il crollo dell’edificio scolastico France-sco Iovine, sotto le cui macerie hanno trovato la morte 27bambini e una maestra.

L’impatto emotivo è stato molto forte e l’episodio haportato ancora una volta in evidenza il problema della sicu-rezza sismica delle scuole e degli edifici pubblici in genere. Ècosì che l’8 maggio 2003, con l’Ordinanza PCM 3274/2003,

LA NUOVA SCUOLA DI SAN GIULIANO DI PUGLIA

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140 edA speciale giugno 2007 - La sfida dell’isolamento sismico

è entrata il vigore la nuova normativasismica, con la quale sono stati emanatii criteri per la riclassificazione del terri-torio italiano ed è stato introdottol’Isolamento Sismico come possibilesistema costruttivo. Il Dipartimentodella Protezione Civile ha voluto per-tanto che la nuova scuola di San Giulia-no fosse realizzata adottando un siste-ma di isolamento alla base. Va ricordatoin proposito che la nuova classificazio-

ne sismica ha inserito in zona 2 ilcomune di San Giuliano, prima nonclassificato.

LA STRUTTURA DELLA NUOVA SCUOLA

Il complesso di San Giuliano diPuglia è formato da due edifici adibitiuno a “scuola” e l’altro a “centro univer-sitario” (Fig. 1). Il progetto architettoni-

co presentava sostanziali irregolarità diforma, sia in pianta, sia in altezza, cheavrebbero reso difficile la realizzazionedi un’appropriata struttura antisismica:luci notevoli, corpi con forti asimme-trie, presenza di “piani soffici”, tampo-nature arretrate rispetto ai telai, carichinotevoli in copertura, ecc. Gli stessiprogettisti avevano cercato di ovviare aqueste caratteristiche improprie divi-dendo ciascun edificio in 3 parti e pre-vedendo giunti tecnici che avrebberodovuto consentire spostamenti relativinon inferiori ai 15 cm. Ciò avrebbecomportato, oltre alla perdita di spaziutili, duplicazioni di travi e di pilastri edavrebbe posto problemi per la manu-tenzione dei giunti medesimi.

La soluzione isolata proposta dagliscriventi, ha previsto invece di porre lacostruzione sopra un unico impalcatodi base dal quale spiccano i due edifici,poggiando il tutto sulle fondazionimediante il sistema d’isolamento. Leparti in elevazione hanno comunqueuna rigidezza che, rispetto a quella degliisolatori, è sufficiente a garantire il“disaccoppiamento” tra il moto oriz-zontale della struttura rispetto a quellodel suolo. Tale soluzione sfrutta bene lasimmetria che l’opera possiede nel suocomplesso e rispetta completamentel’idea architettonica originaria.

Il sistema d’isolamento è stato forni-to gratuitamente dall’ACEDIS (associa-zione dei produttori); consta di 73dispositivi prodotti da ALGA, FIP e TISconsistenti in 12 SD acciaio-teflonlubrificati e 61 HDRB. Le prove diaccettazione sono state eseguite gra-

1. Il nuovo complesso scolastico di San Giuliano di Puglia.

2. Disposizione degli isolatori.

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tuitamente dal Laboratorio Strutturedell’Università della Basilicata. Il proget-to dell’isolamento è stato offer to dal-l’ENEA con la collaborazione degliautori della presente nota.

La disposizione degli isolatori ripor-tata nella Fig. 2 ha consentito di ottimiz-zare il comportamento dinamico dellastruttura, ottenendo i primi due modidi vibrazione di pura traslazione, conun periodo di oscillazione di 2.19 s. Ilcalcolo delle sollecitazioni è stato svol-to applicando i metodi dell’analisimodale con spettro di risposta e com-ponendo gli effetti delle azioni agentisecondo le due direzioni principali,tenendo conto degli effetti torsionaliaccidentali, nel rispetto delle prescrizio-ni di norma. Lo spostamento massimodegli isolatori è risultato pari a 240mm.

Le figure 3, 4 e 5 illustrano alcunefasi del montaggio. La Fig. 6 mostra l’in-stallazione del sistema di isolamento. LaFig. 7 mostra un “pilastro” presente trala fondazione e l’impalcato di base,

interrotto da un isolatore. Nella Fig. 8 sivede l’appoggio di uno dei due nucleiper l’ascensore.

3. Isolatore a scorrimento in fase di istallazio-ne: sul baggiolo si vede la cassaforma latera-le, il getto di malta a stabilità volumetricafino al livello massimo della cassaforma, nelquale emergono i tre elementi composti dapiastrine di acciaio.

4. Installazione di un isolatore elastomericotipo 1: controllo dell’orizzontalità e posizio-namento degli spessori in acciaio.

5. Isolatori elastomerici tipo 2 istallati in cor-rispondenza dell’edificio scuola.

6. La struttura di fondazione con i dispositivi di isolamento sismico.

7. Un pilastro d’angolo tra la fondazione el’impalcato di base, interrotto da un isola-tore elastomerico.

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CONCLUSIONI

Per l’edificio scolastico di San Giu-liano di Puglia l’isolamento alla baseha consentito di semplificare il pro-getto strutturale e di conseguire unlivello di protezione sismica irraggiun-gibile con una soluzione a base fissa;ha permesso di eliminare i giunti tec-nici previsti nel progetto originario,consentendo un risparmio aggiuntivorispetto a quello determinato dallariduzione delle forze di progetto; hacompor tato soltanto la necessità dispazi in fondazione più alti, necessariper l’ispezione dei dispositivi. (eraperaltro già prevista, nel progetto ori-ginario, la realizzazione di un solaio alpiano terra e non di un semplicevespaio); ha consentito infine di elimi-nare numerosi problemi che sarebbe-ro sor ti nel redigere un progettostrutturale legato alla complessità del-la configurazione architettonica.

Grazie all’isolamento, nel caso di unsisma di intensità pari a quella di pro-getto (evento dei 500 anni, presumibil-mente superiore a quella dell’eventodel 2002), l’edificio traslerà lentamente,quasi come un corpo rigido, con spo-stamenti non superiori a 24 cm, men-tre le accelerazioni ai piani saranno for-temente ridotte rispetto a quelle che simanifesterebbero nello stesso edificio abase fissa. Di conseguenza, non siavranno danni sostanziali né alle strut-ture, né ai contenuti.

Quanto ai costi, in generale l’isola-mento sismico è conveniente non soloperché consente un risparmio del

costo di costruzione (risparmio chepuò anche bilanciare il costo aggiuntivodel sistema di isolamento), ma soprat-tutto, in un’ottica di lungo termine, per-ché in occasione di eventi sismici del-l’intensità massima attesa, la strutturaisolata non richiederà sostanziali lavoridi riparazione.

La nuova scuola Francesco Iovine diSan Giuliano di Puglia rappresenta per-tanto un esempio significativo di unedificio pubblico a prova di terremoto,

in grado di mantenere la sua funzionali-tà durante e dopo un terremoto anchemolto violento.

8. L’appoggio di uno dei due nuclei per l’ascensore.

9. L’edificio scolastico a strutture ultimate.

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ARCHITECTURAL AND STRUCTURAL

CONFIGURATIONS

According to the present seismic codestructures are not supposed to be able tosupport the maximum expected eventwithout any damage, i.e., the earthquakehaving a return period of about 500 years,which is much higher than the maximumintensity considered by the previous codefor the usual resistance checks. Structuresshould have a good ductility, which meansthat they should be able to face the seismicactions with stresses that are higher thanthe limit strenghts of the materials, but acti-vating local large post-elastic behavioursand with a very high global dissipation.Under the extreme event, the main goal isthe safety of human life.

These requirements are often veryhard to obtain with the structural configu-rations allowed by an architectural design,in which these requirements have notbeen considered. In fact, due to architec-tural and functional requirements, design-ers often propose complex shapes, whichare not regular nor compact. These are thefundamental properties of an antiseismicconstruction.

Such complexity and irregularity char-acterized the architectural design of thenew shool building in San Giuliano diPuglia. A traditional structural design wouldhave required, according to the presentseismic code, an important increase of theresistance of all the structural elements(more than 42%). On the other hand, thenew systems for the seismic protection

proposed by the Earthquake Engineering,based on different approaches, allow a sig-nificant reduction of the seismic actions inthe structures.

In the case of the new school in SanGiuliano, the reduction of the seismicactions has been very important, so thatno inelastic behaviour of the structure hadto be taken into account. Besides, thestructure has been designed with refer-ence to a resistance level even lower thanthat required for a regular building withoutbase isolation.

THE OCTOBER 31ST 2002 EAR-THQUAKE

The seismic event that struck theMolise Region on October 31st, 2002,caused very serious damages in San Giu-liano di Puglia, where the shool buildingFrancesco Iovine collapsed and 27 childrenand one teacher died. The event shookpublic opinion and brought to light, onesagain, the key issue of the safety of schoolsand other public buildings throughout Italy

On May 8th, 2003, with the Ordinanceof the Prime Minister’s Office (OPCM3274/2003), the new italian seismic codehas got in force. The new criteria for theseismic classification of the Italian territoryhave been approved and seismic isolationhas been introduced as structural type thacan be used. So the Italian Departementfor Civil Defence wanted the new schoolin San Giuliano di Puglia to be reconstruct-ed with a base isolation system. It is worthreminding that according to the new classi-fication the territory of San Giuliano diPuglia, which was not classified before the2002 event, is in seismic zone 2.

THE STRUCTURE OF THE NEW SCHOOL

The new construction is composed bytwo buildings, the “scool” and the “universi-ty centre” (Fig. 1). The architectural designshowed very irregular shapes, both in planand in elevation. Therefore it was very hardto design a suitable antiseismic structure.The structural designers had tried to getround this problem by dividing each build-ing into three blocks, separeted by meansof seismic joints. These joints should allowrelative displacements between them of atleast 15 cm and would have caused theloss of space, the necessity of more beamsand pillars. Finally the usual problems relat-ed to the mantainence of the joints wouldbe resolved in the future.

According to the solution proposed bythe authors, the two buildings are placedon a unique base deck, which is supportedby the foundations by means of the isola-tion system. The structures in elevationhave a suitable stiffness, much higher thatthe stiffness of the isolation system. Thisoccurrence guarantees the so called“decoupling” between the horizontalmotion of the structure and of the soil. Thissolution take very well advantage of theglobal symmetry of the construction andrespects the architectural design.

The isolation system have been sup-plied by ACEDIS. It is composed by 73 iso-lators produced by ALGA, FIP and TIS, 12of them are sliding isolators, 61 are HDRB.They were tested at the Structural Labora-tory of the Basilicata University in Potenza.The design of the isolation system wasdone by ENEA with the contribution ofthe authors.

The deployment of the isolators (Fig. 2)allowed to optimize the dynamic behav-iour of the structure. In fact, in the first twovibration modes the structure just traslateswith a period of 2.19 s. The seismic checkhas been carried out by means of the

THE NEW SCHOOL INSAN GIULIANO DIPUGLIA

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response spectrum analysis, combining theeffects of the two horizontal componentsof the seismic actions and accounting forthe additional torsional effects according tothe code requirements. The maximum dis-placement is 240 mm.

Figures 3, 4 and 5 show some construc-tion phases.The isolation system just afterthe installation is in figure 6. Figure 7 showsa pillar between the foundation and thebase deck with the isolator. The support ofthe structure of an elevator can be seen infigure 8.

CONCLUSIONS

Use of seismic isolation allowed to sim-plify the structural design of the newschool in San Giuliano di Puglia and toobtain a high level of seismic protection,which could not be obtain without seismicisolation. It also allowed to avoid all theseismic joints nedeed in the traditionalsolution and therefore a reduction of thecosts to be added to the reduction relatedto the decrease of the seismic actions. Theonly worse thing was the necessity of high-er spaces at the foundation level in orderto allow the inspection of the isolators.Finally, seismic isolation allowed to elimi-nate most of the problems encountered inthe traditional structural design, related tothe complexity of the architectural configu-ration.

Thanks to seismic isolation, in case of anevent of intensity equal to that consideredin the design (with a return period ofabout 500 years, probably with intensityhigher than the event of 2002) the con-struction will oscillates very slowly, almostlike a rigid body. The displacements will benot higher than 24 cm, the accelerationswill be much lower than those in the samebuilding without base isolation. As a result

no significant damages will occur to thestructure nor to its content.

Seismic isolation is convenient alsofrom an economic point of view. It allowsthe reduction of the costruction cost ofthe concrete strutures, which can balancethe additional cost due to isolation system.Besides, in case of seismic events of theexpected maximum intensity, no relevantreparation works will be necessary in abase isolated building.

The new school Francesco Iovine inSan Giuliano di Puglia represents an impor-tant example of antiseismic public building,which keeps being operative also duringand after an earthquake, even of very highintensity.

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