UNIVERSITA DEGLI STUDI DI FIRENZE FACOLTA DI INGEGNERIA CORSO DI LAUREA IN INGEGNERIA CIVILE STRUTTURE
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1 UNIVERSITA DEGLI STUDI DI FIRENZE FACOLTA DI INGEGNERIA CORSO DI LAUREA IN INGEGNERIA CIVILE STRUTTURE Tesi di laurea: Progetto di recupero strutturale e adeguamento alle normative antincendio per la realizzazione di un. Parte Prima: Individuazione geografica e rilievo dei fabbricati. L area del Pollino fa parte della catena montuosa dell Appennino meridionale che corre dal Tirreno allo Jonio, situata sul confine tra Basilicata e Calabria, geograficamente immersa nel cuore del mediterraneo e nella quale sono presenti vette tra le più alte del mezzogiorno d Italia, il comprensorio naturale ha un estensione di circa 200 mila ettari. Fig. 1 Individuazione geografica del Parco Nazionale del Pollino. 1
2 Il territorio di Rotonda, Comune in provincia di Potenza e sede del Parco, misura circa 4233 Ha. Trova collocazione nel Foglio 221 della Carta Topografica d Italia dell I.G.M. Il nucleo urbano, disposto attorno ad un colle conico, è di origine romana o addirittura precedente. Fig. 2 Il Comune di Rotonda nel Parco del Pollino. Un nugolo di case si arrampica lentamente sul rilievo collinare avente forte pendenza, alla cui sommità si erge, dominandole, il rudere di un castello feudale. La struttura morfologica del centro abitato è ancora legata, quasi interamente, alla matrice agricola ed alle origini della sua fondazione. Fig. 3 Rotonda: il centro storico. 2
3 A circa un chilometro dal centro abitato, ad una quota sul livello del mare che supera i 620 metri, si erge il complesso di Santa Maria della Consolazione (un fabbricato centrale che costituisce il santuario e due fabbricati ad esso simmetrici, che costituivano il seminario). L ala Nord del complesso è, allo stato attuale, in fase conclusiva di ristrutturazione e ospiterà un museo dedicato all Elephas Antiquus, in cui verranno ricomposti i resti di un pachiderma preistorico ritrovati nelle campagne della valle del Mercure. La pianta dell edificio costituente l ala Sud, oggetto della tesi, presenta alcuni fuori squadro e si sviluppa al piano terra secondo un corpo di fabbrica principale lungo all incirca ml e largo circa 9.00 ml. I muri in elevazione non sono tutti completi per cui la loro altezza varia a seconda che siano perimetrali o interni; quelli che costituisco il perimetro esterno del fabbricato misurano circa 8.60 ml, mentre l altezza dei muri divisori interni varia da 4.60 ml a 6.60 ml a 7.60 ml. Anche il loro spessore varia da muro a muro e da piano a piano. Si evidenzia, infine, la presenza di volte a botte e a schifo. Le fondazioni sono costituite dal prolungamento dei muri nel terreno fino ad una profondità di 1.50 ml. Fig. 4 Il complesso di Santa Maria della Consolazione. 3
4 Parte Seconda: Il progetto delle opere di completamento. La scelta delle opere di completamento (copertura e solai) è stata effettuata seguendo due linee guida fondamentali: mantenimento del tradizionale e distinzione fra le epoche di realizzazione; per cui, come materiale da costruzione principale da utilizzare, si è deciso di considerare il legno lamellare e massiccio. Per quanto riguarda la scelta della struttura di copertura, si sono considerate, inizialmente, due ipotesi conducendo un predimensionamento degli elementi e tenendo conto del fatto che il manto di copertura avrebbe comunque dovuto poggiare su arcarecci in legno massiccio. La prima copertura analizzata è stata quella costituita da una capriata palladiana avente le falde con una pendenza di 30. Prima ipotesi di copertura x Fig. 5 Prima ipotesi di copertura. La seconda soluzione studiata prevedeva la realizzazione di una serie di strutture ad arco in legno lamellare su cui poggiare la copertura. Seconda ipotesi di copertura x15 18x R x Fig. 6 Seconda ipotesi di copertura. 4
5 Fori φ Fori φ Fori φ Tesi di laurea: Progetto di recupero strutturale e adeguamento alle normative antincendio per la realizzazione di un Una volta valutati gli aspetti positivi e negativi delle due ipotesi strutturali (quali il carattere invasivo delle opere, la semplicità di posa, l aspetto estetico, ecc.), si è scelto di adottare delle travi in legno lamellare del tipo bifalda curvata per la realizzazione della copertura. TRAVE PORTANTE IN LAMELLARE TIPO -A- Ltot = ml; s = 0.45 ml R Fig. 7 Una trave di copertura. Nodo -A- Scala 1:10 Vista frontale Tegole Unione arcareccio 25x25 - trave portante Scala 1:10 Vista frontale Scarpa di collegamento in acciaio (Dimensioni in mm) Vista laterale Staffe φ 8 / 30.0 cm Ltot = cm 30 Coibente Manto bitumato Tavolato, s = 3.0 cm Correnti 22x13 cm Trave portante Tipo -C- Muratura di completamento Tavolato, s = 3.0 cm Trave portante Tipo -A Viti φ 20 x Viti φ 20 x Viti φ 12 x φ 16 2 φ 16 8 Bulloni φ 8 x 475 Arcareccio 25x25 Vista frontale Tegole Coibente Manto bitumato Tavolato, s = 3.0 cm Correnti 22x13 cm 2 Bulloni φ 8 x Vista in pianta Scarpa in acciaio 4 Bulloni φ 8 x Vista in pianta Arcareccio 25x25 cm 2 Bulloni φ 8 x Bulloni φ 8 x Bulloni φ 8 scarpa - arcareccio Bulloni φ 8 scarpa - trave portante Ferri di ancoraggio 2 φ 16 / cm Bulloni φ 16 x φ 16 Iniezioni di resina epossidica Trave portante in lamellare 4 cm Trave portante in lamellare Ltot = 6 cm Scarpa in acciaio 2 Bulloni φ 8 x cm Nodo -C- Vista frontale Vista in pianta Scala 1: cm 7.5 cm cm cm cm 7.5 cm Puntone -1- Tegole Coibente Manto bitumato Tavolato, s = 3.0 cm Correnti 22x13 cm 10.0 cm Puntone cm Puntone cm Trave portante Tipo -D- 2 Bulloni φ 16 x 750 Linea di colmo 4 Fori φ 13 Vista frontale 1 Piastra di collegamento Trave Tipo -D- Puntone (Dimensioni in mm) Vista laterale Bulloni φ 16 x 750 Puntone -2- Puntone -2- Scarpa in acciaio 4 Viti φ 12 x Viti φ 12 x cm 26.0 cm 1 cm 1 cm 26.0 cm 10.0 cm 2 Bulloni φ 16 x cm 2 Viti φ 12 x 100 Puntone cm cm 7.5 cm 1 cm 26.0 cm 4 Viti φ 12 x 100 Piastra in acciaio Vista in pianta 2 Fori φ Trave portante Tipo -D Bulloni φ Bulloni φ 16 x cm 44.7 Rondella zincata Fig. 8 Alcuni particolari costruttivi di copertura. 5
6 Tutte le verifiche sono state condotte agli stati limite ultimi e di esercizio, inoltre si sono condotte le verifiche della capacità portante delle strutture quando soggette ad incendio, una volta calcolata la classe di resistenza al fuoco secondo il D.M. 06 marzo 1986 e la Circolare del M.I. n. 91 del Per quanto riguarda la realizzazione dei solai, al primo piano sono stati progettati utilizzando una sezione composta legno-cls con connessioni in acciaio; mentre al piano terra, dato che questo coincide con il piano di campagna, è stata prevista la protezione dei solai tramite la posa di vespai aerati da realizzarsi con cupolini in plastica, i quali scaricano il carico direttamente sul terreno. Particolare -E- Scala 1:10 Traliccio in acciaio Iniezioni di resina epossidica Pavimento Sezione S-S Scala 1:10 Manto impermeabile Soletta in cls cm R.E.S. φ 6 / cm Tavolato, s = 4.0 cm cm Foro φ 14 iniettato con malta epossidica 12.0 cm Connettori trave - soletta 13.0 cm 30.0 cm 1 cm Trave in legno massiccio 35x30 / 120 cm 3 cm Connettore trave in legno - soletta in cls 1 φ 10 / 10.0 cm in L/4 1 φ 10 / 30.0 cm in L/2 cm Dormiente in c.a., L = 60.0 cm 4 φ 12, staffe φ 8 / 1 cm Ferri di ancoraggio solaio - muratura 1 φ 12 / cm cm 19.0 cm cm Ltot =.0 cm 70.0 cm 20.0 L/4 L/2 L/4 Ltot = cm Fig. 9 Solaio al primo piano. Fig. 10 Vespaio aerato al piano terra. 6
7 Parte Terza: Analisi della muratura e verifiche preliminari. Dopo aver contemplato la possibilità di utilizzare, come struttura portante in elevazione, una serie di telai in acciaio interni al manufatto esistente e avere scartato tale soluzione per motivi di natura estetici e dovuti al fatto che si sarebbe trattato di un opera invasiva, si sono ricercate le caratteristiche meccaniche della muratura per poter compiere le analisi statiche e sismiche tali da consentire una corretta scelta degli interventi da adottare per l adeguamento alle normative vigenti e al fine di mantenere la capacità funzionale del fabbricato esistente. A tale scopo si sono condotte inizialmente delle prove con battute sclerometriche in situ per ottenere una prima stima della resistenza a compressione degli elementi lapidei (la correlazione fra i dati ricavati dalla prova e la resistenza a compressione delle rocce, è stata ottenuta grazie ad una formula empirica proposta in uno studio pubblicato sull International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences ). Fig. 11 Sclerometro usato e diagramma di correlazione dei dati. Successivamente si sono condotte delle prove a compressione monoassiale, presso il laboratorio di strutture della Facoltà di Ingegneria di Firenze, su alcune carote di roccia ottenute da alcuni campioni di elementi lapidei. Fig. 12 Prove di laboratorio. 7
8 Dai dati ottenuti dalle varie prove sulle rocce e considerando la minima resistenza media a compressione della malta pari a fmm = 2.5 MPa (D.M. 20 novembre 1987), corrispondente a una malta di classe M4, è stato possibile ricavare le caratteristiche meccaniche della muratura utilizzando le varie relazioni semiempiriche che si trovano in letteratura e assumendo come valori di riferimento quelli minori calcolati. Il modello analitico utilizzato per le verifiche agli stati limite è stato elaborato nel codice di calcolo PC.M.98, con il quale si sono condotte sia le analisi statiche che sismiche (metodo POR) della struttura in muratura (è stata considerata una duttilità pari a 1.5). Fig. 13 Modellazione della struttura (vista 3D). Fig. 14 Alcuni risultati delle analisi statiche e sismiche. 8
9 Parte Quarta: Interventi di adeguamento e studio della protezione dagli incendi. La scelta degli interventi da adottare per l adeguamento è stata condotta con lo scopo di migliorare le proprietà meccaniche delle murature, cercare, quanto più possibile, di spostare il centro delle rigidezze R verso quello delle masse G e, per quanto riguarda il comportamento globale dell edificio sotto l azione sismica, riuscire ad ottenere il cosiddetto comportamento scatolare del manufatto e prevenire l eventuale instaurarsi di cinematismi di primo modo causati da azioni orizzontali ortogonali alle pareti, con delle strutture di irrigidimento trasversali, seguendo quanto indicato nel D.M. LL.PP. 16 gennaio 1996 e nella Circolare del 10 aprile 1997 n. 65. Il tutto al fine di dimostrare l effettivo miglioramento della struttura rispetto alla situazione iniziale e il soddisfacimento dei requisiti minimi di sicurezza. Avendo stabilito in fase di rilievo strutturale che tutte le connessioni fra le murature sono risultate non deteriorate e tali da poter considerare, dunque, che esse costituiscano dei vincoli efficaci, l intervento di ripristino delle murature è consistito nella risarcitura localizzata delle lesioni maggiormente significative e nell applicazione, su ambo i lati dei pannelli murari, di lastre di betoncino armato con rete elettrosaldata φ 5 di maglia 10x10 cm, dello spessore di 4.0 cm nella maggior parte delle pareti; si è predisposto, poi, di legare tutte le lastre con dei ferri del φ 10 passanti attraverso le pareti, disponendoli sia in direzione verticale che orizzontale così da formare una maglia di 50x50 cm. Il betoncino da utilizzare avrebbe dovuto possedere una resistenza a compressione più elevata del comune calcestruzzo normalmente impiegato, per questo si è ricorso all utilizzo di un legante cementizio espansivo superfluido a ritiro controllato (date le necessità di posa) per la preparazione dell impasto. Il dosaggio stabilito è stato di kg di legante per metro cubo di impasto, così da ottenere, a maturazione avvenuta, una resistenza finale a compressione pari a Rck = 5 MPa. Fig. 15 Prestazioni dei betoncini ai diversi dosaggi. 9
10 Tesi di laurea: Progetto di recupero strutturale e adeguamento alle normative antincendio per la realizzazione di un Per quanto riguarda le opere di irrigidimento trasversale, sono state dimensionate delle strutture a traliccio in acciaio costituite da elementi a sezione circolare cava (tubolare). Particolare -T Unione flangiata per montanti e traversi da φ 180\30 mm bulloni φ 16 φ 180 / 30 4 bulloni φ R Saldatura di testa a completa penetrazione 180 Nodo -T3-180 Vista Laterale Vista Posteriore Saldature di testa a completa penetrazione Saldatura di testa a completa penetrazione 6 Fig. 16 Una struttura di irrigidimento e alcuni particolari costruttivi. Infine è stato previsto un intervento in fondazione tramite la realizzazione di cordoli in c.a. aventi una larghezza media di 30.0 cm; tali cordoli fungeranno anche da base fondale su cui ancorare i tralicci in acciaio. Particolare -C- Manto impermeabile Soletta in cls 10.0 cm R.E.S. φ 6 / cm Pavimento Tirafondi φ 20 Piastra di ancoraggio, s = 10.0 mm 4 φ 10 Iniezioni di resina epossidica Vespaio aerato Magrone Dima per posizionamento tirafondi 4 φ 16 2 φ 16 Staffe -F2- Staffe -F cm 32.0 cm 12 φ 16 Staffe -F3-4 φ cm 1 φ cm 1 φ 16 4 φ 16 Fig. 17 Un particolare dell intervento in fondazione. 10
11 > 2M Tesi di laurea: Progetto di recupero strutturale e adeguamento alle normative antincendio per la realizzazione di un Vista la destinazione eterogenea che dovrà avere l ecomuseo, la progettazione di tutte le strutture portanti e di irrigidimento, nonché la disposizione dei vani e la loro destinazione d uso nei due piani, è stata condotta facendo in modo che l edificio, una volta ultimato, rispondesse a tutti i requisiti richiesti dalle varie normative specifiche in materia di prevenzione dagli incendi, in particolare: la Circolare n. 91 del 14 settembre 1961, il DM. n. 569 del 20 maggio 1992, il D.P.R. n. 418 del 30 giugno 1995, il Decreto M.I. del 19 agosto 1996 e il DM. del 10 marzo E stata, così, calcolata la densità di affollamento prevista e sono stati studiati tutti i percorsi di esodo; si sono individuati i locali a rischio specifico e progettate le zone compartimentate; infine si sono progettate le porte talgiafuoco e il numero e la disposizione nei locali dei vari mezzi di estinzione delle fiamme. Prevenzione incendi Piano Terra ml 620 ml s.l.m. 2M ml ml > 3M ml ml ml 3M M ml LEGENDA. Luogo sicuro dinamico. 2M Locale a rischio specifico ml ml 2M Percorso di esodo ml M Modulo di uscita = 60.0 cm ml > 3M M Elemento REI ml Estintore Classe 13A. Naspo. N Prevenzione incendi Primo Piano CORTE 620 ml s.l.m ml 4M 11.80ml LEGENDA ml > 3M ml 9.80 ml M M 2M 3M ml ml 10 ml M Luogo sicuro dinamico. Locale a rischio specifico. Percorso di esodo. Modulo di uscita = 60.0 cm. Elemento REI 60. Estintore Classe 13A ml Naspo. N Fig. 18 Lo studio della prevenzione dagli incendi al piano terra e al primo piano. 11
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