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1 PREDIMENSIONAMENTO DELL ADEGUAMENTO SISMICO MEDIANTE CAPPOTTO ECOSISM DI UNA SCUOLA IN PROVINCIA DI TREVISO (TV) In questo documento verrà effettuato il pre-dimensionamento dell adeguamento sismico mediante cappotto sismico Ecosism da effettuarsi una scuola in provincia di Treviso (TV). 1. DESCRIZIONE DELL EDIFICIO In fig.1 e fig 2 si riportano alcune viste in pianta e prospettiche dell edificio analizzato. Figura 1 - Planimetria 1

2 2 Figura 2 Viste prospettiche L Edificio sito in provincia di Treviso presenta due piani fuori terra. L edificio è composto da due porzioni indipendenti realizzate in epoche diverse: il corpo A, di prima edificazione ma non interessato dalla riqualificazione, ed il corpo B di ampliamento, di più recente costruzione e oggetto di questa analisi. Quest ultimo è stato realizzato prevalentemente con struttura a telaio semplice di travi e pilastri in c.a. L unica eccezione è rappresentata dalla parete nord del fabbricato realizzata con muratura portante di mattoni semipieni tipo doppio UNI a due teste, avente spessore grezzo di 26 cm. I solai di piano e di copertura sono in latero-cemento realizzati con travetti prefabbricati in c.a.p. tipo RDB, singoli e doppi lungo le luci maggiori, pignatte interposte di alleggerimento e cappa collaborante. Inoltre il corpo B si presenta abbastanza regolare sia in pianta che in alzato. In fig 3 - fig 4 si riportano le piante dell edificio.

3 Figura 3- Pianta piano terra Figura 4 - Pianta piano primo 3

4 2. APPLICABILITA DEL CAPPOTTO SISMICO ECOSISM Dall analisi della conformazione strutturale dell edificio e delle sue forometrie, l applicazione del miglioramento con cappotto sismico ECOSISM può essere agevolmente fatta sul fronte NORD dell edificio (linea verde). Sui lati EST e OVEST verranno realizzati dei contro-telai riducendo leggermente le forometrie presenti, sempre col sistema cappotto sismico ECOSISM (linea azzurra). Sul lato SUD, in aderenza al giunto col corpo A verranno realizzate due pareti interne (linea rossa). Si riporta di seguito una pianta con indicata la posizione in pianta dove si intende applicare il cappotto sismico ECOSISM. 4 Figura 5 - Posizione in pianta del posizionamento del cappotto sismico ECOSISM

5 3. ANALISI DEI CARICHI CARICHI PERMANENTI In assenza di indagini specifiche, il pre-dimensionamento verrà effettuato con riferimento ad una analisi dei carichi tipologica e conservativa per la tipologia di edificio in questione. Solaio in latero cemento Intonaco Massetti e impianti Pavimento Tramezzature TOTALE Solaio di piano 3.00 kn/mq 0.30 kn/mq 2.00 kn/mq 0.70 kn/mq 1.00 kn/mq 7.00 KN/mq Per il tamponamento perimetrale in laterizio è stato assunto un peso pari a Gk = 5 kn/mq, comprensivo dell intonaco sulle entrambe le facce. Per il cappotto è invece stato assunto un peso pari a Gk = 2.50 kn/mq considerando uno spessore medio della parete in calcestruzzo armato pari a 10 cm. CARICHI VARIABILI L edificio presenta destinazione d uso residenziale pertanto il carico variabile è assunto pari a Qk = 3 kn/mq. In combinazione sismica tali carichi sono ridotti dal coefficiente 0 =

6 AZIONE SISMICA Il sito dell edificio presenta le seguenti coordinate: 6 - Latitudine: Longitudine: Assumendo un periodo di riferimento dell azione sismica pari a V R = 50 anni e un fattore di comportamento pari a q = 1.5 (struttura non dissipativa) si ricava lo spettro di progetto di seguito riportato. 4. MODELLO FEM Figura 6 - Spettro di risposta definito in accordo con NTC18 L edificio è stato modellato con il software MidasGen utilizzando elementi beam per la rappresentazione delle pareti perimetrali in calcestruzzo armato C25/30 con una riduzione del modulo elastico del 50% per valutare lo stato fessurato dell elemento stesso (fig 17). Ulteriori elementi beam, infinitamente ridigi, sono stati utilizzati per modellare le zone rigide delle colonne e delle travi (fig.17).

7 Figura 7 - Modello FEM dell'edificio: elementi beam rappresentativi di pareti, travi e pilastri Ad ogni livello sono state inserite le masse di piano corrispondenti valutate in accordo con l analisi dei carichi riportata in sezione 3. Al fine di rappresentare il piano rigido, tali masse sono state connesse agli elementi beam attraverso rigid link (Figura 7). 5. DEFINIZIONE DEI PERIODI DI VIBRAZIONE DELL EDIFICIO L analisi frequenziale svolta dell edificio ha definito i seguenti periodi di vibrazione dello stesso: - Direzione x: 0.16 s - Direzione y: 0.19 s Si riportano le partecipazioni di massa per le prime 4 forme modali. 7

8 6. ANALISI SPETTRALE Si procede di seguito al calcolo delle masse di piano. Il peso proprio dell edificio esistente è pari a: - peso sismico impalcato x 3 = 8.8 kn/mq - peso tamponamento esterno 5 kn/mq - massa primo impalcato 460 mq x m x 3.5 m x 5 = 5378 kn = t - massa copertura 460 mq x m x 3.5 m x 5 /2 = 4713 kn = t Il peso proprio del cappotto sismico è computato direttamente dal programma ed è pari a: - massa primo impalcato t - massa copertura t Nella seguente tabella sono riepilogate le masse considerate nella modellazione: Le masse di piano sono pertanto pari a: - primo impalcato 603 t - secondo impalcato 514 t Si procede di seguito al calcolo delle forze sismiche equivalenti, secondo il capitolo della normativa vigente. Il periodo di vibrazione dell edificio risulta pari a T 1 = 0.19 sec (periodo ricadente sul plateau dello spettro). Si determina un ordinata spettrale pari ad S d (T 1 ) = g. F h (100%) = S d (T1) W /g = x x 0.85 = 3040 kn. Il calcolo delle forze sismiche ai piani, i tagli e i momenti di piano sono di seguito riportati: Forze di piano [kn] Taglio di piano [kn] Momenti di piano [knm] 8

9 7. CALCOLO DELLE SOLLECITAZIONI Si riporta l inviluppo delle sollecitazioni per le 32 combinazioni sismiche: Momento flettente [knm] Taglio [kn] 9

10 Sforzo normale [kn] Momento flettente [knm] (telaio laterale) 10

11 Taglio [kn] (telaio laterale) Sforzo normale [kn] (telaio laterale) 11

12 12 8. PREDIMENSIONAMENTO DELLE PARETI Si riporta di seguito l identificazione in pianta delle pareti: Si riporta di seguito il predimensionamento delle pareti e delle armature al piano terra: PARETE N M Ed [KNm] V Ed [KN] sp[cm] L [m] arm vert arm orizz M Rd [KNm] V Rd [KN] f 16/20 f 12/ f 16/20 f 12/ f 16/20 f 12/ f 16/20 f 12/ f 16/20 f 12/ f 16/20 f 12/ f 16/20 f 12/

13 Si riporta di seguito il predimensionamento delle pareti e delle armature al piano primo: PARETE N M Ed [KNm] V Ed [KN] sp[cm] L [m] arm vert arm orizz M Rd [KNm] V Rd [KN] f 12/20 f 10/ f 12/20 f 10/ f 12/20 f 10/ f 12/20 f 10/ f 12/20 f 10/ f 12/20 f 10/ f 12/20 f 10/ PREDIMENSIONAMENTO DEL TELAIO Con riferimento alle colonne si determinano le seguenti sollecitazioni massime (inviluppo): M Ed =117 knm V Ed = kn N Ed = 213 kn Ipotizzando di realizzare dei pilastri in cemento armato 25 x 50 cm armati con 4+4 f20 longitudinali e staffe f8/15cm si determinano le seguenti resistenze: M Rd (N Ed ) = 158 knm > M Ed V Rd = 1.5 x 2 x 50 /150 x 0.9 x 450 x 391 /1000 = kn > V Ed 13

14 Con riferimento alle travi si determinano le seguenti sollecitazioni massime (inviluppo): M Ed =286 knm V Ed = 174 kn Ipotizzando di realizzare delle travi in cemento armato b x h = 25 x 100 cm armati con 4+4 f16 longitudinali e staffe f8/15cm si determinano le seguenti resistenze: M Rd (N Ed ) = 287 knm > M Ed V Rd = 1.5 x 2 x 50 /150 x 0.9 x 950 x 391 /1000 = kn > V Ed 14

15 10. PREDIMENSIONAMENTO FONDAZIONI Concentrando le sollecitazioni sulle pareti esterne del cappotto sismico si verifica di seguito l eventuale necessità di introdurre dei pali di fondazione per contrastare le trazioni. Assumendo una resistenza a metro lineare pari a 12.5 kn/m relativa alla portata per attrito laterale, e ipotizzando di utilizzare micropali diametro reso 22cm di lunghezza pari a 20 m, si determina per un singolo palo una portata pari a 250 kn a trazione. Adeguamento sismico PARETE N M Ed [KNm] N Ed [KN] L [m] T [kn]= M Ed /L-N Ed /2 n pali Nel caso dell adeguamento sismico si ha la necessità di introdurre qualche palo alle estremità delle nuove pareti. Miglioramento sismico al 60% PARETE N M Ed [KNm] N Ed [KN] L [m] T [kn]= M Ed /L-N Ed /2 n pali Nel caso di miglioramento sismico al 60% le trazioni residue sono di modesta entità e pertanto posso essere trascurate, o eliminate mediante un appesantimento (ringrosso) delle fondazioni delle pareti. 15

16 PREDIMENSIONAMENTO DEI CONNETTORI A LIVELLO DI PIANO I connettori vengono pre-dimensionati con riferimento alle forze massime agenti nelle due direzioni (determinate dalla massima differenza tra i tagli di piano) Direzione X Fx = 2200 kn / 30m = kn/m Direzione Y Fy = 2200 kn / 47m = kn/m Ipotizzando di installare connessioni con passo pari a 40cm. Il carico a taglio di progetto del singolo connettore viene determinato come: V Ed = F Y /n c = 73.33/2.5 = kn < 36.8 kn (resistenza a taglio da catalogo) Si utilizzano inghisaggi con resina epossidica e barre in acciaio classe 8.8 adatte per applicazioni sismiche. Considerata la classe di importanza dell edificio (classe II) e le caratteristiche dello spettro sismico di progetto, la scelta del tipo di ancorante avviene con riferimento a prestazioni sismiche relative alla categoria C2, secondo ETAG : Allegato E. Di seguito si riportano i valori di resistenza forniti dal produttore per le connessioni adottate. Figura 19 Resistenze caratteristiche e di progetto per carichi sismici Hilti HIT RE 500 V3 Ad un singolo livello dell edificio la connessione cordoli-cappotto avviene mediante 2.5 x (30+47) = 193 connettori. 12. PREDIMENSIONAMENTO DEI CONNETTORI A LIVELLO DELLA FONDAZIONE Si prevede un cordolo di fondazione realizzato attorno all edificio in adiacenza alle pareti perimetrali, che costituirà il piano d imposta delle pareti del cappotto sismico. Il cordolo di fondazione risulta largo 60cm e alto 80cm. In corrispondenza degli spigoli del fabbricato esso risulta vincolato ai micropali di fondazione. I connettori vengono predimensionati con riferimento alle forze sismiche totali agenti nelle due direzioni: Direzione X Fx = 3500 kn / 30m = kn/m Direzione Y Fy = 3500 kn / 47m = kn/m

17 Ipotizzando di installare connessioni con passo pari a 30cm, si ottiene una distribuzione caratterizzata da un numero di connettori al metro pari a n c = Il carico a taglio di progetto del singolo connettore viene determinato come: V Ed = F Y /nc = /3.33 = kn < 36.8 kn (resistenza a taglio da catalogo). Si utilizzano inghisaggi con resina epossidica e barre in acciaio classe 8.8 adatte per applicazioni sismiche. Considerata la classe di importanza dell edificio (classe II) e le caratteristiche dello spettro sismico di progetto, la scelta del tipo di ancorante avviene con riferimento a prestazioni sismiche relative alla categoria C2, secondo ETAG : Allegato E. In fondazione la connessione cordolo-cappotto avviene mediante 3.33 x (30+47) = 257 connettori. 17