PROGETTO ESECUTIVO CALCOLI DELLE STRUTTURE. Progettista incaricato:

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1 COMUNE DI CANEVA Responsabile Unico del Procedimento: Geom. Domenico Dal Mas PROGETTO ESECUTIVO PROGETTO DI MIGLIORAMENTO SISMICO DELLA SCUOLA PRIMARIA DI SARONE CALCOLI DELLE STRUTTURE Progettista incaricato: Ing. Massimiliano Lazzari Collaboratori: Ing. Paolo Dalla Riva Ing. Eva Zanette via Tagliamento, 8, Montegrotto Terme (Padova) tel. fax Ottobre 2013

2 Sommario PREMESSA Descrizione dell edificio Campagna di indagini Considerazioni sul comportamento sismico dell edificio Normativa di riferimento MATERIALI STATO ATTUALE Muratura Percorso della conoscenza e fattore di confidenza Valutazione del fattore di confidenza e livelli di conoscenza Muratura Tipo 1: Muratura in pietrame preesistente Muratura Tipo 2: Muratura in pietrame realizzata nel Muratura Tipo 3 Muratura in laterizio semipieno Doppio UNI Acciaio in barre per c.a MATERIALI PROGETTO DI MIGLIORAMENTO SISMICO Muratura Tipo 1 migliorata: Muratura in pietrame preesistente consolidata con diatoni artificiali in c.a Parametri meccanici muratura Analisi sismiche lineari Calcestruzzo per opere di rinforzo Calcestruzzo alleggerito tipo Leca CLS Acciaio per armatura lenta in barre Acciaio per armatura lenta in reti elettrosaldate Acciaio da carpenteria S Acciaio inossidabile per armatura diatoni Muratura portante Saldature Giunti bullonati Ancoranti chimici ad iniezione tipo HIT-RE con HAS Malta per iniezioni Legno massiccio per tavolato METODO DI ANALISI Valutazione vulnerabilità sismica della struttura nello stato di fatto

3 4.2 Valutazione vulnerabilità sismica della struttura con gli interventi di miglioramento sismico Codici di calcolo Unità di misura Convenzioni e definizioni Modellazione della struttura: Modello a telaio equivalente Elemento Maschio Murario Elemento Fascia Muraria CARATTERIZZAZIONE GEOTECNICA ANALISI DEI CARICHI Vita nominale, classi d uso e periodo di riferimento Vita nominale Classe d uso Periodo di riferimento per l azione sismica Criteri per la valutazione delle azioni sulla struttura Elenco delle condizioni elementari di carico Pesi propri strutturali :G Carichi permanenti :G Solaio piano terra Solaio piano primo Solaio di soffittatura Solaio di copertura Accidentali Neve: Q Carichi da vento V Carico di esercizio scuola: Q Carico su solaio di soffittatura: Q Determinazione dei carichi agenti sui setti murari: Aree di influenza Azione sismica S Stati limite e relative probabilità di superamento Categorie di sottosuolo e condizioni topografiche Valutazione dell azione sismica Azione sismica di progetto Spettro di progetto per gli stati limite di esercizio

4 6.8.6 Masse sismiche COMBINAZIONI DI CARICO Combinazioni di carico statiche Combinazioni di carico sismiche CONSIDERAZIONI SUL COMPORTAMENTO STATICO DELL EDIFICIO Solaio di Soffittatura Strutture orizzontali Verifica del solaio del piano primo durante la fase di getto della soletta alleggerita Strutture verticali ANALISI LINEARE DINAMICA: EDIFICIO NELLO STATO DI FATTO ANALISI FREQUENZIALE: EDIFICIO NELLO STATO DI FATTO Modello Globale Modelli Singole Pareti Analisi Spettrale ANALISI STATICA NON LINEARE: EDIFICIO NELLO STATO DI FATTO Procedimento generale e riferimenti normativi Analisi sismica dell edificio nello stato di fatto: Modello Globale Analisi sismica dell edificio nello stato di fatto: Modello Globale con setti svincolati Analisi sismica dell edificio nello stato di fatto: Modelli delle singole pareti Conclusioni sulle analisi non lineari statiche: Edificio nello stato di fatto Meccanismi locali: Edificio nello stato di fatto OSSERVAZIONI SULLO STATO DELLE STRUTTURE E POSSIBILI INTERVENTI DI MIGLIORAMENTO INTERVENTI DI MIGLIORAMENTO SISMICO PROPOSTI ANALISI LINEARE DINAMICA: EDIFICIO MIGLIORATO ANALISI FREQUENZIALE: EDIFICIO MIGLIORATO Analisi Spettrale ANALISI STATICA NON LINEARE: EDIFICIO MIGLIORATO Distribuzione di carico proporzionale alle forze statiche direzione X Distribuzione di carico proporzionale alle forze statiche in direzione Y Distribuzione di carico proporzionale alle masse: direzione X Distribuzione di carico proporzionale alle masse: direzione Y Conclusioni sulle analisi non lineari statiche: Edificio migliorato

5 16 MECCANISMI LOCALI: EDIFICIO MIGLIORATO Cinematismi di flessione verticale di parete monolitica ad un piano Setto Y Setto Y Conclusioni sui meccanismi locali: Edificio migliorato FONDAZIONI VERIFICA DEGLI ELEMENTI STRUTTURALI DI PROGETTO Verifica del solaio di soffittatura soletta alleggerita Verifica del giunto sismico Verifica dei diatoni di collegamento CONCLUSIONI

6 PREMESSA La presente relazione tratta il progetto di interventi di miglioramento sismico della scuola primaria di Sarone G. Marconi sita in via Montello, 15 Sarone (frazione di Caneva) Pordenone. Lo scopo della progettazione è di ottenere un miglioramento controllato dell edificio garantendo il raggiungimento di indicatori di rischio sismico superiori a La presente relazione ha come obiettivo: la descrizione della struttura; la descrizione dei materiali impiegati; la normativa di riferimento; la descrizione e la quantificazione dei carichi agenti sulla struttura; la descrizione della metodologia di calcolo; la valutazione della vulnerabilità sismica dell edificio nello stato di fatto e la stima degli indicatori di rischio; la descrizione degli interventi di miglioramento sismico proposti; la valutazione della resistenza sismica dell edificio migliorato. Si sottolinea che la scelta della soluzione progettuale proposta si basa sulle analisi sismiche dell edificio condotte, dallo scrivente, nella valutazione della vulnerabilità sismica finalizzata alla compilazione della Scheda di sintesi della verifica sismica di edifici strategici ai fini della protezione civile o rilevanti in caso di collasso a seguito di evento sismico (livello 2 di acquisizione dati e verifica). 5

7 Gli interventi strutturali di miglioramento sismico progettati: - non comportano sopraelevazioni della costruzione; - non comportano ampliamenti della costruzione; - non apportano variazione di classe e/o destinazione d uso con incremento di carico in fondazione superiore al 10%; - non trasformano la costruzione in modo che diventi un organismo edilizio diverso dal precedente. Pertanto in accordo al delle Norme Tecniche per le costruzioni 2008, non è richiesto di procedere all adeguamento sismico della costruzione. Il presente progetto è redatto nel rispetto del decreto interministeriale nr. 343 del , Programma stralcio di attuazione della risoluzione AC del Piano straordinario per la messa in sicurezza degli edifici scolastici. Eventuali altri interventi non evidenziati in fase di progetto si renderanno necessari nel caso in cui, durante l'esecuzione dei lavori, si manifestino stati di degrado ulteriori. 6

8 1.1 DESCRIZIONE DELL EDIFICIO L edificio che ospita la scuola primaria di Sarone è stato oggetto di rimaneggiamenti anche sostanziali negli anni; in particolare si evidenzia l intervento di rifacimento della scuola avvenuto attorno al In tale intervento la scuola è stata ampliata e le strutture preesistenti sono state demolite quasi per intero conservando solamente alcuni setti murari. L intervento è stato progettato dall ing. Mario Sist. Negli anni seguenti il suddetto intervento, l edificio è stato oggetto solamente di interventi di manutenzione senza significativi interventi strutturali che ne abbiano modificato il comportamento. L edificio è caratterizzato da una forma in pianta compatta, pressochè rettangolare, con lati di dimensione 27.5m e 18.5m. L edificio presenta un piano interrato solamente in una porzione limitata (lato Nord-Ovest), si eleva per due piani fuori terra di altezza pari a circa 3.75m ed è completato dalla presenza di un sottotetto, non abitabile, di altezza variabile da 0.7 m a 3.0 m circa. Le strutture verticali nel piano interrato sono realizzate in calcestruzzo non armato di spessore maggiore uguale a 0.6m, le fondazioni sono continue sotto tutte le ossature murarie portanti e sono realizzate in c.a. a trave rovescia. Le strutture verticali di elevazione sono costituite da murature in pietrame e da murature in laterizi semipieni del tipo doppio UNI, lo spessore delle murature è variabile tra 0.26m e 0.50m. A livello degli orizzontamenti sono presenti dei cordoli in c.a., in particolare: - a livello del solaio del piano terra, per tutti i setti,(per la porzione di edificio dotata di piano interrato) è presente un cordolo in c.a.. - A livello del solaio del piano primo, è presente un cordolo in c.a. in corrispondenza di tutti i setti tranne che per i setti Y1 e Y2 (vedi pianta seguente per la numerazione dei setti). In particolare per i setti X6, X7, X8 e X9 il cordolo è stato realizzato in sbreccio. - A livello del solaio di soffittatura, è presente un cordolo in c.a. in corrispondenza di tutti i setti. - A livello di copertura è presente un cordolo in c.a. sopra tutti i setti perimetrali (oltre a travi in c.a. a coronamento dei setti interni). Gli orizzontamenti del piano terra e del piano primo sono realizzati mediante travetti prefabbricati tipo Varese di altezza variabile fra 14 cm e 21 cm completati da una soletta in calcestruzzo di spessore pari a circa 5 cm. 7

9 Il solaio di soffittatura è realizzato mediante travetti prefabbricati tipo Varese privi di cappa di completamento, al cui lembo inferiore si appoggiano tavelle in laterizio forato. La struttura portante delle coperture a falde è anch essa realizzata mediante un orditura di travetti prefabbricati tipo Varese, sui quali si appoggiano tavelle in laterizio forato che creano un piano idoneo al posizionamento del manto di copertura in coppi. Il sistema di sostegno della copertura è realizzato mediante orditura di travi in c.a. e setti-pilastri in muratura tipo doppio UNI. Nella pianta seguente si riporta, per ciascun piano dell edificio la tipologia delle murature che lo costituiscono. I setti nel sottotetto sono tutti realizzati in mattoni del tipo doppio UNI. Pianta delle tipologie di muratura presenti 8

10 Si vuole sottolineare che le caratteristiche strutturali dell edificio, nello stato di fatto attuale, sono state desunte da un attenta ricerca storico-archivistica suffragata da ispezioni visive - strumentali e sondaggi in loco. Pianta piano interrato: Progetto ing. Mario Sist (1960) Pianta piano terra: Progetto ing. Mario Sist (1960) 9

11 Pianta copertura: Progetto ing. Mario Sist (1960) Sezione trasversale: Progetto ing. Mario Sist (1960) 10

12 Viste esterne 11

13 Sottotetto 12

14 L analisi storico-critica è stata condotta al fine di individuare con correttezza il sistema strutturale esistente ricostruendo il processo di realizzazione e le successive modificazioni subite nel tempo. La ricerca è stata condotta negli archivi comunali ed in un archivio situato nel comune di Udine (archivio gestito da una società esterna al comune). La tabella seguente riporta in ordine cronologico la principale documentazione ritrovata. Numero di archiviazione Descrizione documento Ubicazione documento Data inizio documento Data fine documento S S Progetti di ampliamento delle scuole elementari di Caneva, delle scuola materna ed elementare di Sarone e delle scuole elementari di Stevenà ad opera dell'ing. Mario Sist; pratiche relative al pagamento delle prestazioni professionali dell'ing. Sist Progetto dell'ing.mario Sist di ampliamento scuole elementari di Sarone: relazione, disegni, analisi prezzi, computo metrico estimativo, capitolato speciale d'appalto,contributi, lavori impianto riscaldamento earredo scolastico, contabilità finale Udine Udine Scuole, scuola elementare di Sarone: lavori di ampliamento e restauro Scuole, lavori di restauro parziale di edifici comunali adibiti a scuole dell'obbligo Magazzino comunale Magazzino comunale Scuole, lavori di sistemazione e straordinaria manutenzione delle scuole elementari di Sarone e Fiaschetti e scuola media del capoluogo Magazzino comunale Scuole, progetto di riqualificazione ed adeguamento degli edifici scolastici alle norme di sicurezza, L.R. 48/76 Magazzino comunale Scuole, riqualificazione e adeguamento norme sicurezza L.R. 48/76 scuole elementari di Sarone e Fiaschetti, scuola media Caneva, palestra scuola media di Caneva: progetto, atti di contabilità finale Archivio Via Trieste Scuole, riqualificazione e adeguamento norme sicurezza L.R. 48/76 scuole elementari di Sarone e Fiaschetti, scuola media Caneva, palestra scuola media di Caneva: progetto, appalto, perizie suppletive, corrispondenza, proroghe, verbali Archivio Via Trieste Scuole, scuola elementare di Sarone, Scuola elementare di Fiaschetti, Scuola Media di Caneva con palestra, lavori di riqualificazione e adeguamento in sicurezza di edifici scolastici ai sensi L.R. 48/76: elaborati del progetto esecutivo Archivio Via Trieste Scuole, adeguamento L. 626 scuole elementari di Sarone, formazione rampa uscite di emergenza: richiesta di adeguamento, atti di prescrizione, carteggio Archivio Via Trieste Edifici Scolastici Comunali, ampliamento, ristrutturazione, adeguamento scuola materna di Sarone: atti di contabilità finale, rendicontazione Archivio Via Trieste Sunto della ricerca archivistica effettuata: Principali documenti ritrovati 13

15 I documenti con codice di archiviazione S e S sono i più interessanti contenendo il progetto e la documentazione relativa alla direzione lavori della scuola. Di seguito si riportano degli estratti relativi al progetto redatto dall ing. Mario Sist. Piano di esproprio Copertina libretto delle misure 14

16 Estratto del computo metrico estimativo 15

17 Collaudo statico solaio 16

18 Pianta copertura con orditura travi Trave di copertura 17

19 Prospetto Sud, Pianta fondazioni e Pianta piano primo edificio preesistente 18

20 1.2 CAMPAGNA DI INDAGINI L immagine seguente illustra la posizione dei sondaggi, delle carotature e delle prove eseguite sull edificio. I sondaggi sulla muratura sono stati effettuati allo scopo di valutare la tipologia muraria, la tessitura in opera, il grado di ammorsamento tra pareti ortogonali etc. Pianta con indicazione della campagna di sondaggi sulle murature e prove effettuate Si riportano alcune considerazioni sui sondaggi-carotature effettuate: - Nella posizione S1 è stato effettuato: o Sondaggio sulla tipologia di muratura: il sondaggio ha messo in evidenzia la presenza di muratura in pietrame di dimensioni variabili posta in opera con ricorsi-listature in mattoni pieni. Si è inoltre evidenziato che l angolata è realizzata in mattoni pieni. o Carotaggio 1: il carotaggio è stato effettuato in corrispondenza di un ricorso in mattoni ed ha messo in evidenzia che esso interessa l intero spessore murario. o Carotaggio 2: il carotaggio è stato effettuato in corrispondenza del pietrame ed ha messo in evidenzia l assenza di riempimento a sacco, un buon ammorsamento tra i paramenti e buone caratteristiche meccaniche della malta di collegamento. o Prova M1 con martinetto piatto singolo e doppio: la prova ha messo in evidenzia buone caratteristiche meccaniche della muratura. o Prelievo 1 su campione di malta: l analisi del campione ha messo in evidenza buone caratteristiche meccaniche della malta (malta bastarda). 19

21 - Nella posizione S2 è stato effettuato: o Sondaggio sulla tipologia di muratura: il sondaggio ha messo in evidenzia la presenza di muratura in laterizio semipieno del tipo doppio-uni caratterizzata da ottima tessitura di posa. o Prova M2 con martinetto piatto singolo e doppio: la prova ha messo in evidenzia ottime caratteristiche meccaniche della muratura. o Prelievo 2 su campione di malta: l analisi del campione ha messo in evidenza buone caratteristiche meccaniche della malta (malta bastarda). - Nella posizione S3 è stato effettuato: o Sondaggio sulla tipologia di muratura: il sondaggio ha messo in evidenzia la presenza di muratura in pietrame di dimensioni variabili posta in opera in assenza di ricorsi e listature. Si è inoltre evidenziato che l angolata è realizzata in blocchi di pietra squadrata di dimensioni notevoli. o Carotaggio 3: il carotaggio ha messo in evidenzia un non perfetto ammorsamento tra i paramenti che costituiscono il muro. Per i risultati dettagliati delle prove di carico e delle carotature effettuate si rimanda alla relazione specialistica redatta da RGM Prove con data 24/05/2013 (data esecuzione prove 13/05/2013). La tipologia della malta di collegamento è stata analizzata mediante indagini petrografiche in sezione sottile. Al fine di confermare i dati costruttivi desunti dall analisi dei documenti di progetto redatti negli anni 60 dall ing. Mario Sist sono state eseguite delle analisi termografiche sull edificio. Per il dettaglio delle analisi termografiche e petrografiche effettuate si rimanda alla relazione specialista redatta da CMR-consulenze. Al fine di stimare in modo corretto il carico permanente dei solai di interpiano e definirne la tipologia strutturale, sono stati condotti inoltre dei sondaggi puntuali sugli orizzontamenti. Sono anche stati eseguiti dei sondaggi interni, a livello dei solai, in corrispondenza dei cordoli di piano al fine di verificarne la presenza. Di seguito si riportano delle immagini relative ad alcune indagini effettuate. 20

22 Posizione S1: Sondaggio Posizione S1: Carotaggio 1 e Carotaggio 2 Posizione S1: Prove con martinetti piatti 21

23 Posizione S2: Sondaggio Posizione S2: Prove con martinetti piatti 22

24 Posizione S3: Sondaggio Posizione S3: Carotaggio 3 Esempio di indagine termografica: Parete lato Sud (lato cortile interno) 23

25 1.3 CONSIDERAZIONI SUL COMPORTAMENTO SISMICO DELL EDIFICIO L edificio a seguito degli eventi sismici del 1976 non risulta abbia subito gravi danni. Si sottolinea che il fatto che l edificio non abbia subito danni in seguito al sisma del 1976 non è garanzia del buon funzionamento strutturale nei confronti delle azioni orizzontali attualmente previste dalle nuove Norme Tecniche 2008: 1. Non è nota l intensità locale del sisma del 1976: l ubicazione dell edificio rispetto all epicentro e le caratteristiche del terreno in situ possono aver ridotto notevolmente gli effetti dell azione sismica rispetto ad altre zone / edifici maggiormente colpiti. 2. Nel 1976 l età dell edificio era di circa vent anni, da allora i materiali impiegati sono invecchiati, il degrado strutturale è avanzato. 3. Negli anni in cui fu costruito l edificio la normativa sismica italiana si basava sul Regio Decreto 16 Novembre 1939 n. 2229, sul R.D. 18 Aprile 1909, n. 193 e sul D.L. Luogotenenziale 19 Agosto 1917, n. 1399, le azioni orizzontali previste erano di molto inferiori a quelle previste dall attuale normativa. 1.4 NORMATIVA DI RIFERIMENTO La verifiche sono effettuate in accordo alle Norme tecniche per le Costruzioni di cui al DM 14/01/2008 (nel seguito denominate NTC 2008) e alla relativa circolare Istruzioni per l applicazione delle Norme tecniche per le costruzioni di cui al D.M. 14 gennaio

26 2 MATERIALI STATO ATTUALE 2.1 MURATURA Percorso della conoscenza e fattore di confidenza La conoscenza della costruzione storica in muratura è un presupposto fondamentale sia ai fini di una attendibile valutazione della sicurezza sismica attuale sia per la scelta di un efficace intervento di miglioramento. Le problematiche sono quelle comuni a tutti gli edifici esistenti: impossibilità di conoscere i dati caratterizzanti originariamente l edificio, le modifiche intercorse nel tempo dovute ai fenomeni di danneggiamento derivanti dalle trasformazioni antropiche, dall invecchiamento dei materiali e dagli eventi calamitosi; inoltre a volte, l esecuzione di una completa campagna di indagini può risultare troppo invasiva sull edificio stesso. In considerazione delle specifiche modalità di analisi strutturale dei meccanismi di collasso dei manufatti in muratura, le indagini conoscitive dovranno concentrarsi prevalentemente sull individuazione della storia del manufatto, sulla geometria degli elementi strutturali, sulle tecniche costruttive e sui fenomeni di dissesto e di degrado. Tali informazioni sono ricavate ex novo attraverso rilievi conoscitivi, condotti preventivamente sul manufatto, oppure, se disponibili, da documenti conservati in archivi storici. L analisi diretta consente di stabilire, attraverso le procedure afferenti al rilievo critico descrittivo, le tecniche costruttive presenti e il livello di danneggiamento, procedure fondamentali per la definizione delle caratteristiche meccaniche della muratura in assenza di analisi dirette, mentre per mezzo di saggi macrostratigrafici o direttamente a vista si possono individuare i rapporti costruttivi tra gli elementi. L analisi dimensionale è pertanto implementata dalla ricognizione delle fonti archivistiche, consentendo la relazione tra la definizione stereometrica dell edificio, la consistenza materico costruttiva, lo stato di conservazione e le principali trasformazioni accertabili, comprensive degli interventi pregressi. La ricognizione diretta è comunque auspicabile anche in presenza di documentazione presente, in particolare la restituzione delle caratteristiche dimensionali dovrà essere comunque verificata e/o implementata, in particolare per lo stato della struttura nella definizione dei plessi fessurativi e dello stato deformativo, caratteristiche fortemente condizionanti la funzionalità strutturale. Inoltre l andamento dei plessi fessurativi e dello stato deformativo associato alle caratteristiche materico costruttive e di danno, può portare all individuazione di possibili meccanismi di rottura diversi da quello considerato per pressoflessione. 25

27 2.1.2 Valutazione del fattore di confidenza e livelli di conoscenza Le imprecisioni e la non completezza dei dati a disposizione comportano una minore accuratezza del modello di calcolo utilizzato. Più precisamente, essendo il grado di attendibilità del modello strettamente legato al livello di approfondimento della conoscenza ed ai dati disponibili, la normativa introduce diversi livelli di conoscenza, ad approfondimento crescente, al quale sono legati fattori di confidenza F C da utilizzare nell analisi di vulnerabilità sismica del manufatto. In relazione all approfondimento del rilievo geometrico e delle indagini materico-costruttiva, meccanica e sul terreno e le fondazioni, viene assunto dal progettista un fattore di confidenza F C, compreso tra 1 e 1.35, che consente di graduare l attendibilità del modello di analisi strutturale e della valutazione dell indice di sicurezza sismica. A tal proposito la circolare Istruzioni per l applicazione delle Norme tecniche per le costruzioni di cui al D.M. 14 gennaio 2008 suddivide il livello di conoscenza raggiunto in tre stadi: - il livello di conoscenza LC3 si intende raggiunto quando siano stati effettuati il rilievo geometrico, verifiche in situ estese ed esaustive sui dettagli costruttivi, indagini in situ esaustive sulle proprietà dei materiali; il corrispondente fattore di confidenza è FC=1; - il livello di conoscenza LC2 si intende raggiunto quando siano stati effettuati il rilievo geometrico, verifiche in situ estese ed esaustive sui dettagli costruttivi ed indagini in situ estese sulle proprietà dei materiali; il corrispondente fattore di confidenza è FC=1.2; - il livello di conoscenza LC1 si intende raggiunto quando siano stati effettuati il rilievo geometrico, verifiche in situ limitate sui dettagli costruttivi ed indagini in situ limitate; il corrispondente fattore di confidenza è FC=1.35. Per la definizione delle caratteristiche meccaniche della muratura rilevata, si è fatto riferimento alla tabella C8B.1 della circolare suddetta. Nel caso delle murature storiche, i valori indicati nella Tabella C8B.1 (relativamente alle prime sei tipologie) sono da riferirsi a condizioni di muratura con malta di scadenti caratteristiche, giunti non particolarmente sottili ed in assenza di ricorsi o listature che, con passo costante, regolarizzino la tessitura ed in particolare l orizzontalità dei corsi. Inoltre si assume che, per le murature storiche, queste siano a paramenti scollegati, ovvero manchino sistematici elementi di connessione trasversale (o di ammorsamento per ingranamento tra i paramenti murari). 26

28 Tabella C8B.1 Valori di riferimento dei parametri meccanici per diverse tipologie di muratura Nel caso in cui la muratura presenti caratteristiche migliori le caratteristiche meccaniche saranno ottenute, a partire dai valori di Tabella C8B.1, applicando coefficienti migliorativi fino ai valori indicati nella Tabella C8B.2, secondo le seguenti modalità: - malta di buone caratteristiche: si applica il coefficiente indicato in Tabella C8B.2, diversificato per le varie tipologie, sia ai parametri di resistenza (fm e τ0), sia ai moduli elastici (E e G); 27

29 - giunti sottili (< 10 mm): si applica il coefficiente, diversificato per le varie tipologie, sia ai parametri di resistenza (fm e τ0), sia ai moduli elastici (E e G); nel caso della resistenza a taglio l incremento percentuale da considerarsi è metà rispetto a quanto considerato per la resistenza a compressione; nel caso di murature in pietra naturale è opportuno verificare che la lavorazione sia curata sull intero spessore del paramento. - presenza di ricorsi (o listature): si applica il coefficiente indicato in tabella ai soli parametri di resistenza (fm e τ0); tale coefficiente ha significato solo per alcune tipologie murarie, in quanto nelle altre non si riscontra tale tecnica costruttiva; - presenza di elementi di collegamento trasversale tra i paramenti: si applica il coefficiente indicato in tabella ai soli parametri di resistenza (fm e τ0); tale coefficiente ha significato solo per alcune tipologie murarie, in quanto nelle altre non si riscontra tale tecnica costruttiva. Tabella C8B.2 Coefficienti correttivi dei parametri meccanici Definito il livello di conoscenza, la normativa permette di definire i valori medi dei parametri meccanici ed i fattori di confidenza. 28

30 Per l edificio in esame il livello di conoscenza acquisito è il LC2. Per tale livello la normativa prescrive di utilizzare: per le resistenze del materiale i valori medi degli intervalli riportati in Tabella C8B.1 per la tipologia muraria in considerazione; per i moduli elastici i valori medi degli intervalli riportati in Tabella C8B.1 per la tipologia muraria in considerazione. Il livello di conoscenza acquisito (LC2) è in accordo con quanto richiesto dal D.P.C.M. 21 Ottobre 2003 n. 3685: infatti per edifici che, come nel caso in esame, abbiano subito trasformazioni, non abbiano fondazioni approssimativamente allo stesso livello e che non rispettino i requisiti di regolarità è richiesto il livello 2 di acquisizione dati e verifica per il quale è d obbligo il raggiungimento di un livello di conoscenza minimo pari a LC2. Inoltre la stessa normativa per il livello 2 (livello di acquisizione dati e verifica richiesto per l edificio in esame) richiede: - la determinazione della categoria di suolo tramite prove in sito (almeno SPT); - lo svolgimento di analisi di tipo statiche non lineari. Tutte le richieste-prescrizioni normative sono state rispettate Muratura Tipo 1: Muratura in pietrame preesistente Si riporta di seguito il calcolo dettagliato delle caratteristiche meccaniche della muratura in pietrame presente. Nel seguito non vengono definite le proprietà caratteristiche del materiale ma, in accordo alla normativa, solamente le caratteristiche medie e di calcolo. La muratura presente viene classificata come Muratura in pietrame disordinata (ciottoli, pietre erratiche e irregolari). Per tale tipologia di muratura e per il livello di conoscenza LC2 si ricava: - Resistenza media a compressione: f m = 1.4 MPa - Resistenza media a taglio τ 0 = MPa - Modulo di elasticità normale E= 870 MPa - Modulo di elasticità normale, fessurato E fess = 435 MPa - Modulo di elasticità tangenziale G= 290 MPa - Modulo di elasticità tangenziale, fessurato G fess = 145 MPa - Peso specifico della muratura w = 19.0 kn/m 3 29

31 Data la tipologia di muratura in opera, per la stima della vulnerabilità sismica della struttura nello stato di fatto, non vengono considerati coefficienti migliorativi delle caratteristiche meccaniche. La circolare al C prescrive che nel caso di analisi elastica (analisi lineare statica e analisi dinamica modale con il fattore di struttura q) i valori di calcolo delle resistenze sono ottenuti dividendo i valori medi per i rispettivi fattori di confidenza e per il coefficiente parziale di sicurezza dei materiali. Nel caso di analisi non lineare, i valori di calcolo delle resistenze da utilizzare sono ottenuti dividendo i valori medi per i rispettivi fattori di confidenza. Il coefficiente parziale di sicurezza da utilizzare, nel caso di analisi elastica, è pari a γ m = Parametri meccanici muratura Analisi sismiche lineari I valori di calcolo delle resistenze sono ottenuti dividendo i valori medi per il coefficiente parziale di sicurezza dei materiali (γ M = 2) e per il fattore di confidenza. - Resistenza a compressione di progetto f d = f m / (FC γ M ) = MPa - Resistenza a taglio di progetto τ,d =τ 0m / (FC γ M ) = MPa - Modulo di elasticità normale, fessurato E fess = 435 MPa - Modulo di elasticità tangenziale, fessurato G fess = 145 MPa Parametri meccanici muratura Analisi sismiche non lineari In accordo alla normativa i valori di calcolo delle resistenze sono assunti pari ai valori medi divisi per il fattore di confidenza. - Resistenza a compressione di progetto f d = f m / FC = MPa - Resistenza a taglio di progetto τ 0,d =τ 0m / FC =0.022 MPa - Modulo di elasticità normale, fessurato E fess = 435 MPa - Modulo di elasticità tangenziale, fessurato G fess = 145 MPa 30

32 Confronto con prove e indagini effettuate Allo scopo di verificare la tipologia ed i dettagli costruttivi, in aggiunta ai sondaggi effettuati sono state svolte delle indagini termografiche: di seguito si riportano degli estratti delle analisi effettuate. Indagini termografiche su muratura tipo 1 - Pietrame preesistente: Si nota la mancanza di un cordolo a livello del piano primo, la presenza di una tessitura di posa non regolare con elementi lapidei di dimensioni variabili. 31

33 2.1.3 Muratura Tipo 2: Muratura in pietrame realizzata nel 1960 Si riporta di seguito il calcolo dettagliato delle caratteristiche meccaniche della muratura in pietrame presente. Nel seguito non vengono definite le proprietà caratteristiche del materiale ma, in accordo alla normativa, solamente le caratteristiche medie e di calcolo. La muratura presente viene classificata come Muratura in pietrame disordinata (ciottoli, pietre erratiche e irregolari Per tale tipologia di muratura e per il livello di conoscenza LC2 si ricava: - Resistenza media a compressione: f m = 1.4 MPa - Resistenza media a taglio τ 0 = MPa - Modulo di elasticità normale E= 870 MPa - Modulo di elasticità normale, fessurato E fess = 435 MPa - Modulo di elasticità tangenziale G= 290 MPa - Modulo di elasticità tangenziale, fessurato G fess = 145 MPa - Peso specifico della muratura w = 19.0 kn/m 3 Per la muratura oggetto di studio si possono considerare i seguenti coefficienti migliorativi delle caratteristiche meccaniche: malta buona; ricorsi e listature; connessione trasversale. I valori di riferimento dei parametri meccanici (valori medi amplificati con i coefficienti migliorativi) sono: - Resistenza a compressione di riferimento: f m = f m x1.5x1.5x1.3 = MPa - Resistenza a taglio di riferimento: τ 0m = τ 0 x1.5x1.5x1.3 = MPa - Modulo di elasticità normale, fessurato E fess = 0.5E x1.5 = MPa - Modulo di elasticità tangenziale, fessurato G fess = 0.5G x1.5 = MPa Parametri meccanici muratura Analisi sismiche lineari I valori di calcolo delle resistenze sono ottenuti dividendo i valori medi per il coefficiente parziale di sicurezza dei materiali (γ M = 2) e per il fattore di confidenza. - Resistenza a compressione di progetto f d = f m / (FC γ M ) = MPa - Resistenza a taglio di progetto τ,d =τ 0m / (FC γ M )= MPa - Modulo di elasticità normale, fessurato E fess = MPa - Modulo di elasticità tangenziale, fessurato G fess = MPa 32

34 Parametri meccanici muratura Analisi sismiche non lineari In accordo alla normativa i valori di calcolo delle resistenze sono assunti pari ai valori medi divisi per il fattore di confidenza. - Resistenza a compressione di progetto f d = f m / FC = MPa - Resistenza a taglio di progetto τ 0,d =τ 0m / FC =0.063 MPa - Modulo di elasticità normale, fessurato E fess = MPa - Modulo di elasticità tangenziale, fessurato G fess = MPa Confronto con prove e indagini effettuate Per confronto si riportano i risultati delle prove di carico con martinetti doppi effettuati dalla ditta RGM Prove in data 13/05/

35 Prova con Martinetti doppi I risultati della prova di carico con martinetto vengono di seguito riassunti: Massima tensione di compressione misurata: 41.8 kg/cm 2 =4.1 MPa Modulo elastico del 1 ciclo: daN/cm 2 = MPa La massima tensione di compressione della muratura è in linea con quanto assunto in fase di analisi (Resistenza a compressione di progetto: f d = MPa). Si evidenzia che la massima tensione di compressione misurata è limitata dal cedimento del contrasto (sollevamento della porzione di muratura superiore) e non dalla resistenza a compressione della parte di muratura compresa tra i martinetti. Ciò significa che la resistenza a compressione della muratura è in realtà superiore a quanto misurato durante la prova. Il modulo elastico misurato durante la prova risulta essere pari a dan/cm 2 = MPa: la differenza con il valore assunto nel calcolo è dovuta al fatto che le prove su muratura in pietrame sono sensibili alla dimensione dei blocchi lapidei compresi tra i martinetti; i risultati della prova sono di tipo puntuale mentre la normativa fornisce dei valori mediati maggiormente realistici al fine di modellare la muratura in esame. Per caratterizzare la malta di allettamento è stata effettuato un prelievo sottoposto ad indagine petrografica in sezione sottile (indagine effettuata da CMR). La malta è stata prelevata direttamente dalla carotatura effettuata. 34

36 Posizione del prelievo della malta Estratti del rapporto delle indagini effettuate vengono riportati nel seguito 35

37 Estratti delle indagini petrografiche effettuate Le analisi petrografiche svolte permettono di concludere che la malta è di buone caratteristiche meccaniche: il coefficiente migliorativo impiegato (malta buona) trova pertanto giustificazione. 36

38 Allo scopo di caratterizzare maggiormente la tipologia ed i dettagli costruttivi della muratura sono state effettuate delle indagini termografiche: di seguito si riportano degli estratti delle analisi effettuate. Indagine termografica su setto Y3: Sono visibili i ricorsi in mattoni, la presenza del cordolo a livello del solaio del piano primo, la tipologia di muratura al piano primo in mattoni semipieni tipo Doppio UNI 37

39 2.1.4 Muratura Tipo 3 Muratura in laterizio semipieno Doppio UNI L immagine seguente illustra le caratteristiche geometriche dei blocchi semipieni utilizzati per la costruzione dell edificio. Muratura in laterizio semipieno adottata per la costruzione dell edificio Si riporta di seguito il calcolo dettagliato delle caratteristiche meccaniche della muratura in laterizi semipieni presente. Nel seguito non vengono definite le proprietà caratteristiche del materiale ma, in accordo alla normativa, solamente le caratteristiche medie e di calcolo. La muratura presente viene classificata come Muratura in mattoni semipieni con malta cementizia (es.: doppio UNI foratura 40%). Per tale tipologia di muratura e per il livello di conoscenza LC2 si ricava: - Resistenza media a compressione: f m = 6.5 MPa - Resistenza media a taglio τ 0 = 0.28 MPa - Modulo di elasticità normale E= 4550 MPa - Modulo di elasticità normale, fessurato E fess = 2275 MPa - Modulo di elasticità tangenziale G= MPa - Modulo di elasticità tangenziale, fessurato G fess = MPa - Peso specifico della muratura w = 15.0 kn/m 3 Per tale tipologia di muratura la normativa non consente l adozione di coefficienti migliorativi delle proprietà meccaniche. 38

40 Parametri meccanici muratura Analisi sismiche lineari I valori di calcolo delle resistenze sono ottenuti dividendo i valori medi per il coefficiente parziale di sicurezza dei materiali (γ M = 2) e per il fattore di confidenza. - Resistenza a compressione di progetto f d = f m / (FC γ M ) = MPa - Resistenza a taglio di progetto τ,d =τ 0m / (FC γ M )= MPa - Modulo di elasticità normale, fessurato E fess = 2275 MPa - Modulo di elasticità tangenziale, fessurato G fess = MPa Parametri meccanici muratura Analisi sismiche non lineari In accordo alla normativa i valori di calcolo delle resistenze sono assunti pari ai valori medi divisi per il fattore di confidenza. - Resistenza a compressione di progetto f d = f m / FC = MPa - Resistenza a taglio di progetto τ 0,d =τ 0m / FC =0.233 MPa - Modulo di elasticità normale, fessurato E fess = 2275 MPa - Modulo di elasticità tangenziale, fessurato G fess = MPa Confronto con prove e indagini effettuate Per confronto si riportano i risultati delle prove di carico con martinetti doppi effettuati dalla ditta RGM Prove in data 13/05/

41 Prova con Martinetti doppi I risultati della prova di carico con martinetto vengono di seguito riassunti: Massima tensione di compressione misurata: 55.7 kg/cm 2 = 5.5 MPa Modulo elastico del 1 ciclo: 46423daN/cm 2 = MPa La massima tensione di compressione della muratura è in linea con quanto assunto in fase di analisi (Resistenza a compressione di progetto: f d = MPa). Il modulo elastico misurato durante la prova è in linea con quanto assunto in fase di analisi (Modulo di elasticità = 4550 MPa). Per caratterizzare la malta di allettamento è stata effettuato un prelievo sottoposto ad indagine petrografica in sezione sottile (indagine effettuata da CMR). La malta è stata prelevata in prossimità alla zona di muratura soggetta alla prova con martinetti piatti. Posizione del prelievo della malta 40

42 Estratti del rapporto delle indagini effettuate vengono riportati nel seguito 41

43 Estratti delle indagini petrografiche effettuate Le analisi petrografiche svolte permettono di concludere che la malta è di buone caratteristiche meccaniche. Allo scopo di caratterizzare maggiormente la tipologia ed i dettagli costruttivi della muratura sono state effettuate delle indagini termografiche: di seguito si riportano degli estratti delle analisi effettuate. 42

44 Indagini termografiche su muratura tipo 3 Doppio UNI : Sono visibili la presenza di architravi sopra porte e finestre, la presenza di cordolature in c.a. a livello del solaio del piano di soffittatura e copertura, 43

45 2.2 ACCIAIO IN BARRE PER C.A. Le caratteristiche meccaniche dell armatura in opera è stata desunta dall analisi del capitolato speciale d appalto dell opera redatto dall ing. Mario Sist. Di seguito se ne riporta un estratto. Estratto del capitolato speciale di appalto dell opera Per chiarezza viene di seguito riportato anche l art. 17 del Regio Decreto 16/11/1939 n Estratto Regio Decreto 1939 n.2231 Le proprietà dell acciaio per c.a. in opera sono: Tipo di acciaio in barre barre lisce Aq.50 Tensione caratteristica di snervamento, f yk 270 MPa Tensione caratteristica di rottura, f tk 500 MPa Tensione ammissibile σ adm 160 MPa Allungamento percentuale a rottura, (A gt ) 16 % Modulo elastico, E S MPa Stati limite ultimi (S.L.U.) Coefficiente di sicurezza materiale, γ s 1.15 Resistenza di progetto a trazione, f yd = f yk /γ s MPa 44

46 3 MATERIALI PROGETTO DI MIGLIORAMENTO SISMICO Di seguito si riporta l elenco dei materiali che verranno utilizzati nel progetto di miglioramento sismico dell edificio. 3.1 MURATURA TIPO 1 MIGLIORATA: MURATURA IN PIETRAME PREESISTENTE CONSOLIDATA CON DIATONI ARTIFICIALI IN C.A. Per la muratura in pietrame preesistente (muratura tipo 1) si prevede la realizzazione di connessioni trasversali tra i paramenti della muratura mediante inserimento di diatoni artificiali in c.a.. Tale intervento conferisce alla parete un comportamento monolitico nei confronti di azioni fuori dal piano. Si riporta di seguito il calcolo dettagliato delle caratteristiche meccaniche della muratura in pietrame consolidata. Nel seguito non vengono definite le proprietà caratteristiche del materiale ma, in accordo alla normativa, solamente le caratteristiche medie e di calcolo. La muratura presente viene classificata come Muratura in pietrame disordinata (ciottoli, pietre erratiche e irregolari). Per tale tipologia di muratura e per il livello di conoscenza LC2 si ricava: - Resistenza media a compressione: f m = 1.4 MPa - Resistenza media a taglio τ 0 = MPa - Modulo di elasticità normale E= 870 MPa - Modulo di elasticità normale, fessurato E fess = 435 MPa - Modulo di elasticità tangenziale G= 290 MPa - Modlo di elasticità tangenziale, fessurato G fess = 145 MPa - Peso specifico della muratura w = 19.0 kn/m 3 Data la realizzazione di una efficiente connessione trasversale, in accordo al C8A.2 della circolare esplicativa delle NTC2008, è possibile considerare il seguente coefficiente migliorativo delle caratteristiche meccaniche: connessione trasversale. Il coefficiente di miglioramento relativo agli elementi di collegamento trasversale si applica ai soli parametri di resistenza f m e τ 0. 45

47 I valori di riferimento dei parametri meccanici (valori medi amplificati con i coefficienti migliorativi) sono: - Resistenza a compressione di riferimento: f m = f m x1.5 = 2.1 MPa - Resistenza a taglio di riferimento: τ 0m = τ 0 x1.5 = MPa - Modulo di elasticità normale, fessurato E fess = 0.5E = 435 MPa - Modulo di elasticità tangenziale, fessurato G fess = 0.5G = 145 MPa Parametri meccanici muratura Analisi sismiche lineari I valori di calcolo delle resistenze sono ottenuti dividendo i valori medi per il coefficiente parziale di sicurezza dei materiali (γ M = 2) e per il fattore di confidenza. - Resistenza a compressione di progetto f d = f m / (FC γ M ) = MPa - Resistenza a taglio di progetto τ,d =τ 0m / (FC γ M ) = MPa - Modulo di elasticità normale, fessurato E fess = 435 MPa - Modulo di elasticità tangenziale, fessurato G fess = 145 MPa Parametri meccanici muratura Analisi sismiche non lineari In accordo alla normativa i valori di calcolo delle resistenze sono assunti pari ai valori medi divisi per il fattore di confidenza. - Resistenza a compressione di progetto f d = f m / FC = MPa - Resistenza a taglio di progetto τ 0,d =τ 0m / FC =0.033 MPa - Modulo di elasticità normale, fessurato E fess = 435 MPa - Modulo di elasticità tangenziale, fessurato G fess = 145 MPa 46

48 3.2 CALCESTRUZZO PER OPERE DI RINFORZO Classe calcestruzzo 28/35 Classe di esposizione ambientale XC3 Dimensione nominale massima inerti 25 mm Rapporto massimo a/c 0.55 Dosaggio minimo di cemento 320 kg/mc Copriferro su travi di rinforzo 3.5 cm Caratteristiche meccaniche Resistenza caratteristica cubica a compressione a 28 gg, R ck 35 MPa Resistenza caratteristica cilindrica a compressione a 28 gg, f ck MPa 2/3 Resistenza media a trazione semplice a 28 gg, f ctm = 0.3 f ck 2.83 MPa Resistenza caratteristica a trazione semplice a 28 gg, f ctk(5%) = 0.7 f ctm 1.98 MPa Resistenza media a trazione per flessione, f cfm = 1.2 f ctm 3.40 MPa Resistenza tangenziale caratteristica di aderenza, f bk = 2.25 f ctk 4.46 MPa Modulo di elasticità normale (o di Young), E c MPa Coefficiente di contrazione laterale, ν 0.15 Stati Limite Ultimi (S.L.U.) Coefficiente di sicurezza materiale, γ c 1.5 Coefficiente α cc 0.85 Resistenza cilindrica di design a compressione, f cd = α cc f ck /γ c MPa Resistenza di design a trazione, f ctd = f ctk /γ c 1.32 MPa Resistenza tangenziale di aderenza di design, f bd = f bk / γ c 1.65 MPa Il calcestruzzo delle travi di rinforzo sarà del tipo a ritiro compensato. 47

49 3.3 CALCESTRUZZO ALLEGGERITO TIPO LECA CLS 1400 Di seguito si riporta la scheda tecnica del calcestruzzo alleggerito Leca CLS

50 Estratto scheda tecnica calcestruzzo alleggerito Leca CLS

51 3.4 ACCIAIO PER ARMATURA LENTA IN BARRE Tipo di acciaio in barre B450C Aderenza migliorata controllato in stabilimento e saldabile secondo delle norme tecniche 2008 Tensione caratteristica di snervamento, f yk MPa Tensione caratteristica di rottura, f tk MPa Allungamento percentuale, (A gt ) k 7.5 % Rapporto di duttilità, (f t /f y ) k 1.15 (f t /f y ) k < 1.35 Modulo elastico, E S MPa Stati limite ultimi (S.L.U.) Coefficiente di sicurezza materiale, γ s 1.15 Resistenza di progetto a trazione, f yd = f yk /γ s MPa Deformazione di progetto a trazione, ε yd 1.86E ACCIAIO PER ARMATURA LENTA IN RETI ELETTROSALDATE Tipo di acciaio in barre B450C Aderenza migliorata controllato in stabilimento e saldabile secondo delle norme tecniche 2008 Tensione caratteristica di snervamento, f yk MPa Tensione caratteristica di rottura, f tk MPa Allungamento percentuale, (A gt ) k 7.5 % Rapporto di duttilità, (f t /f y ) k 1.15 (f t /f y ) k < 1.35 Rapporto dei diametri dei fili dell ordito max / min 0.60 Modulo elastico, E S MPa Stati limite ultimi (S.L.U.) Coefficiente di sicurezza materiale, γ s 1.15 Resistenza di progetto a trazione, f yd = f yk /γ s MPa Deformazione di progetto a trazione, ε yd 1.86E-03 50

52 3.6 ACCIAIO DA CARPENTERIA S355 Tipo di acciaio S355 Tensione caratteristica di rottura (t < 40mm) f tk MPa Tensione caratteristica di rottura (t > 40mm) f tk MPa Tensione caratteristica di snervamento (t < 40mm), f yk MPa Tensione caratteristica di snervamento (t > 40mm), f yk MPa Resilienza KV 27 J Allungamento percentuale a rottura ε t 20% Modulo elastico E S MPa Coefficiente di contrazione trasversale ν 0.3 Modulo di elasticità tagliante G MPa Coefficiente di espansione termica lineare α E -06 C -1 Densità ρ 7850 kg/m³ Stato limite ultimo elastico (S.L.U.) Coefficiente di sicurezza per la resistenza γ M Resistenza di progetto per tensioni normali f d MPa Resistenza di progetto per tensioni tangenziali τ d = f d / MPa 3.7 ACCIAIO INOSSIDABILE PER ARMATURA DIATONI Tipo di acciaio AISI 304 Carico di snervamento RP 0.2 : >195 MPa Carico di rottura tensile Rm: MPa 51

53 3.8 MURATURA PORTANTE La muratura verrà utilizzata per eventuali chiusure di nicchie esistenti. Malta Cementizia M10: Resistenza a compressione Laterizi per muratura: Resistenza caratteristica a compressione Muratura in laterizi legati con malta cementizia M10: Resistenza caratteristica a compressione Resistenza caratteristica a taglio in assenza di tensioni normali Modulo di elasticità normale secante E d = 1000 f k Modulo di elasticità normale secante fessurato E fess = 50%E d f m = 10.0 MPa f bk = 30.0 MPa f k = 10.0 MPa f vk0 = 0.30 MPa E d = MPa E fess = 5000 MPa 3.1 SALDATURE Tutte le saldature saranno eseguite come previsto dal D.M ai p.ti , ed Secondo NTC e UNI ENV 1090 (cfr. [24]) Calcolo secondo EC3 γ M2 = 1,25 coefficiente parziale di sicurezza relativo alla resistenza delle saldature a parziale penetrazione e a cordone d angolo 3.2 GIUNTI BULLONATI Bulloni classe 10.9 Resistenza a rottura per trazione (f u,k secondo EC) f t 1000 MPa Resistenza allo snervamento (f y,k secondo EC) f y 800 MPa Coefficiente di sicurezza per la resistenza dei bulloni, γ M Resistenza di progetto per tensioni normali f d,n = 0.9 f tb / γ M2 = 720 MPa Resistenza di progetto per tensioni tangenziali f d,v = 0.5 f tb / γ M2 = 400 MPa Bulloni-Barre filettate classe 8.8 Resistenza a rottura per trazione (f u,k secondo EC) f t 800 MPa Resistenza allo snervamento (f y,k secondo EC) f y 640 MPa Coefficiente di sicurezza per la resistenza dei bulloni, γ M Resistenza di progetto per tensioni normali f d,n = 0.9 f tb / γ M2 570 MPa Resistenza di progetto per tensioni tangenziali f d,v = 0.6 f tb / γ M2 380 MPa 52

54 Il dimensionamento e la verifica delle unioni bullonate verrà effettuato secondo le NTC, UNI 3740 e parte I e II. Precarico e coppia di serraggio: secondo UNI EN e UNI ENV 1090 I bulloni devono essere disposti in opera con una rosetta posta sotto il dado ed una sotto la testa della vite. γ M2 = 1,25 coefficiente parziale di sicurezza relativo alla resistenza dei bulloni 3.3 ANCORANTI CHIMICI AD INIEZIONE TIPO HIT-RE CON HAS Ancorante composto da una resina base epossidica bisfenolo A/F (esente da stirene) con riempitivo inorganico e da una mistura indurente con poliammine, polvere di quarzo e cemento, tipo HILTI HIT-RE 500 o equivalente. L ancorante verrà accoppiato con barre filettate di classe 10.9, 8.8, con barre in acciaio da armatura B450C, con barre in acciaio S355 o con barre in acciaio inossidabile. 53

55 3.4 MALTA PER INIEZIONI Di seguito si riporta un estratto della scheda tecnica della malta per iniezioni tipo Presstec Estratto scheda tecnica Malta Presstec 3.1 LEGNO MASSICCIO PER TAVOLATO Per la realizzazione della casseratura in legno utilizzata per il getto del calcestruzzo alleggerito del solaio di soffittatura si è scelto la seguente classe di legno massiccio. Tipo legno S3 (NORD) Resistenza a flessione f m,g,k 17 MPa Trazione parallela alla fibratura f t,0,g,k 10.0 MPa Trazione perpendicolare alla fibratura f t,90,g,k 0.4 MPa Compressione parallela alla fibratura f c,0,g,k 18 MPa Compressione perpendicolare alla fibratura f c,90,g,k 2.9 MPa Resistenza a taglio f v,g,k 1.9 MPa Modulo elastico medio parallelo alle fibre E 0,g,mean 9500 MPa Modulo elastico caratteristico parallelo alle fibre E 0,g, MPa Modulo elastico medio perpendicolare alle fibre E 90,g,mean 320 MPa Modulo di taglio medio G g,mean 590 MPa Massa volumica caratteristica ρ g,k 380 kg/m 3 Coefficiente parziale si sicurezza del materiale γ m

56 4 METODO DI ANALISI Le analisi sono svolte impiegando i criteri della Scienza e della Tecnica delle Costruzioni. Le verifiche riportate nel presente documento rappresentano un estratto di tutte le verifiche effettuate. Si intende che, per quanto non riportato nella presente relazione, sono stati adottati i criteri di verifica sopra citati, controllando resistenza, stabilità e deformabilità con i medesimi coefficienti di sicurezza ed utilizzando i carichi definiti nella presente relazione. 4.1 VALUTAZIONE VULNERABILITÀ SISMICA DELLA STRUTTURA NELLO STATO DI FATTO Al fine di valutare in modo adeguato la vulnerabilità sismica della struttura esistente, considerando le varie modalità di collasso a cui può essere soggetta, sono state effettuate diverse tipologie di analisi. In particolare: - Comportamento delle pareti nel proprio piano. L analisi delle pareti nel proprio piano è stato condotto adottando due diverse ipotesi relative alla rigidezza dei solai di piano: Solai infinitamente rigidi nel proprio piano. In tal caso il comportamento degli elementi strutturali nel proprio piano è stato analizzato mediante un modello tridimensionale comprendente tutti gli elementi resistenti, in cui i solai rigidi ripartiscono le forze sismiche tra le pareti murarie. Il solaio di copertura ed il solaio di soffittatura risultano disassati altimetricamente di una quota variabile (mediamente pari a circa 1.5m). Dal punto di vista ingegneristico, al fine della modellazione numerica, si può pensare che i due solai formino un unico piano rigido. Nel modello ad elementi finiti il piano rigido è stato posto a livello medio della copertura. In aggiunta al modello globale, al fine di considerare che i setti Y1 e Y2 non risultano essere ben collegati con il solaio (data l assenza del cordolo di piano), è stato realizzato anche un modello numerico tridimensionale in cui tali setti vengono scollegati dal piano rigido. 55

57 Solai deformabili nel proprio piano. In tal caso lo studio della struttura non può essere condotto nella sua interezza ma suddividendo la struttura in sottosistemi resistenti (singoli setti murari o pareti murarie composte dall insieme di maschi murari e fasce di piano). Le masse agenti su ciascuna parete vengono determinate prendendo in considerazione unicamente le pareti disposte lungo la direzione del sisma ed effettivamente vincolate con il solaio; la massa di riferimento per ciascuna parete viene determinata in base a considerazioni di tipo geometrico. In ogni caso la somma delle masse afferenti il sistema di pareti in direzione X ed in direzione Y, è pari alla somma di tutta la massa presente. - Comportamento dei setti murari fuori piano. L analisi dei setti murari fuori piano è stato condotto con il metodo dei meccanismi locali di collasso (analisi dei cinematismi di collasso) Si evidenzia che il solaio del piano primo essendo dotato di cappa in calcestruzzo dello spessore di circa 5 cm è dotato di buona rigidezza nel proprio piano. Il solaio di soffittatura e di copertura sono invece realizzati senza la presenza di una cappa in calcestruzzo di completamento. Il reale comportamento delle pareti nel proprio piano sarà in realtà intermedio tra le varie modellazioni studiate. L assunzione di diverse ipotesi permetterà di valutare la vulnerabilità sismica in modo più preciso. 4.2 VALUTAZIONE VULNERABILITÀ SISMICA DELLA STRUTTURA CON GLI INTERVENTI DI MIGLIORAMENTO SISMICO A seguito degli interventi di progetto, descritti in modo dettagliato nel seguito, la struttura sarà caratterizzata da un comportamento scatolare. Le analisi condotte sono: - Comportamento delle pareti nel proprio piano. Solai infinitamente rigidi nel proprio piano. In tal caso il comportamento degli elementi strutturali nel proprio piano è stato analizzato mediante un modello tridimensionale comprendente tutti gli elementi resistenti, in cui i solai rigidi ripartiscono le forze sismiche tra le pareti disposte in direzione parallela all azione sismica di volta in volta considerata. Il solaio di copertura ed il solaio di soffittatura risultano disassati altimetricamente di una 56

58 quota variabile (mediamente pari a circa 1.5m). Dal punto di vista ingegneristico, al fine della modellazione numerica, si può pensare che i due solai formino un unico piano rigido. Nel modello ad elementi finiti il piano rigido è stato posto a livello medio della copertura. - Comportamento dei setti murari fuori piano. L analisi dei setti murari fuori piano è stato condotto con il metodo dei meccanismi locali di collasso (analisi dei cinematismi di collasso). I meccanismi di collasso considerati terranno in conto dell effetto degli interventi di progetto. 4.3 CODICI DI CALCOLO I risultati sono ottenuti mediante una procedura di calcolo agli elementi finiti utilizzando software di comprovata affidabilità. Il codice di calcolo adottato è MIDASGEN 2010, esso rispecchia le caratteristiche richieste dalla normativa ( 10.2 Norme tecniche per le Costruzioni DM14/1/2008): grande diffusione del codice di calcolo sul mercato; storia consolidata del codice di calcolo (svariati anni di utilizzo); utilizzo delle versioni più aggiornate (dopo test); pratica d uso frequente in studio. Esegue il calcolo di strutture spaziali composte da elementi mono- e/o bi- dimensionali anche con non linearità di materiale o con effetti dinamici. Tale software è fra i programmi strutturali ad elementi finiti più diffusi al mondo con svariate applicazioni e di comprovata affidabilità. In considerazione dei problemi in studio, caratterizzati da plasticità e ridistribuzione delle azioni esterne fra gli elementi resistenti, i materiali sono stati schematizzati con leggi di tipo non-lineare così come illustrato nel seguito. 57

59 4.3.1 Unità di misura Ove non specificato diversamente, nelle procedure di calcolo e di verifica, si utilizzano le seguenti unità di misura: 1. Lunghezza: m; 2. Forza: KN; 3. Massa: kg; 4. Tempo: sec; 5. Temperatura: C Convenzioni e definizioni Nel modello ad elementi finiti Con elemento beam si intenderà un elemento dotato di rigidezza assiale, flessionale e torsionale dotato di 6 gradi di libertà per ciascun nodo. Le lettere maiuscole X, Y, Z identificano i tre assi del sistema di riferimento globale. Per gli elementi beam si adotta la simbologia riportata in Tab. 1. Gli indici 1, 2 identificano i nodi iniziale e finale della trave e i successivi indici 1, 2 e 3 il sistema di riferimento locale dell elemento beam (asse 3-3 longitudinale, assi 1-1 e 2-2 trasversali), così come riportato nella figura seguente. RefN N2 N2 1 I 22 I J N1 3 1 RefN N1 2 Sistema di coordinate locali negli elementi beam 58

60 RISULTATI DI ANALISI STRUTTURALI PER ELEMENTO BEAM DX, DY, DZ Spostamenti nodali nelle dimensioni lineari del modello. RX, RY, RZ Rotazioni nodali in deg. F.Axial1, F.Axial2 Sforzi normali ai due estremi della trave. σ B.M.11, B.M.21 Momenti flettenti (M1 e M2) al nodo N1 della trave, attorno agli assi locali 1 e 2. B.M.12, B.M.22 Momenti flettenti (M1 e M2) al nodo N2 della trave, attorno agli assi locali 1 e 2. Shear11, Shear21 Sforzi di taglio (V1 e V2) al nodo N1 della trave, nelle direzioni locali 1 e 2. Shear12, Shear22 Sforzi di taglio (V1 e V2) al nodo N1 della trave, nelle direzioni locali 1 e 2. Torque1, Torque2 Momenti torcenti alle due estremità dell asta. (L1, L2) Tensioni longitudinali in punti interni della sezione. R11, R21, R31 Rotazioni alle estremità di N1 dell asta, nel caso queste siano rilasciate, espresse in deg. R12, R22, R32 Rotazioni alle estremità di N2 dell asta, nel caso queste siano rilasciate, espresse in deg. Tab. 1- Simbologia adottata per gli elementi beam 4.4 MODELLAZIONE DELLA STRUTTURA: MODELLO A TELAIO EQUIVALENTE L Ordinanza 3274, con la modifica OPCM 3431, ripresa dalle NTC2008 e relativa circolare fornisce alcune considerazioni generali sulle modalità di modellazione delle strutture con la finalità dell analisi sismica globale. Per gli edifici esistenti in muratura ordinaria vengono inoltre precisate alcune particolarità e suggeriti i relativi concetti per la loro modellazione. Il modello di riferimento è quello a telaio equivalente tridimensionale, in cui le pareti sono interconnesse da diaframmi orizzontali di piano (solai). Nello specifico degli edifici in muratura, la parete potrà essere adeguatamente schematizzata come telaio, in cui vengono assemblati gli elementi resistenti (maschi e fasce) ed i nodi rigidi. Le travi di accoppiamento in muratura ordinaria, o fasce, saranno modellate solo se: - La trave sia sorretta da un architrave o da un arco o da una piattabanda strutturalmente efficace, che garantisca il sostegno della muratura della fascia anche nel caso in cui quest ultima venga fessurata e danneggiata dal sisma; - La trave sia efficacemente ammorsata alle pareti che la sostengono (ovvero sia possibile confidare in una resistenza orizzontale a trazione, anche se limitata) o si possa instaurare nella trave un meccanismo resistente a puntone diagonale (ovvero sia possibile la presenza di una componente orizzontale di compressione, ad esempio per l azione di una catena o di un elemento resistente a trazione in prossimità della trave). 59

61 Dividendo la parete in tratti verticali corrispondenti ai vari piani e nota l'ubicazione delle aperture, vengono automaticamente determinate le porzioni di muratura, maschi murari e fasce di piano in cui si concentrano deformabilità e danneggiamento (come è verificabile dalle osservazioni dei danni da sismi reali, da simulazioni sperimentali e numeriche). Quindi maschi e fasce sono modellate con i macroelementi finiti bidimensionali, rappresentativi di pannelli murari, a due nodi con tre gradi di libertà per nodo (ux, uz, roty). Le restanti porzioni di parete vengono considerate come nodi rigidi bidimensionali di dimensioni finite, a cui sono connessi i macroelementi; questi ultimi trasmettono, ad ognuno dei nodi incidenti, le azioni lungo i tre gradi di libertà del piano. Nella descrizione di una singola parete i nodi sono individuati da una coppia di coordinate (x,z) nel piano della parete; i gradi di libertà di cui disporranno saranno unicamente ux, uz, roty (nodi bidimensionali). Grazie a questa suddivisione in nodi ed elementi, il modello della parete diviene quindi del tutto assimilabile a quello di un telaio piano. Modellazione a telaio equivalente L estensione del modello a strutture tridimensionali richiede innanzitutto una formulazione tridimensionale dei legami costitutivi degli elementi maschio e fascia. Considerando un sistema di riferimento x-y-z come indicato in figura seguente, orientato secondo gli assi principali di un elemento maschio, si è assunto che il comportamento deformativo relativo alla deformazione nel piano z-y sia indipendente da quello nel piano z-x, (e viceversa). Pareti composte da muri intersecanti vengono scomposte in maschi semplici a sezione rettangolare. La continuità fra gli spostamenti verticali di due muri ortogonali può essere eventualmente imposta al livello dei solai mediante gli offset rigidi. In tale modo è possibile simulare in modo approssimato un eventuale buon ammorsamento fra i muri. 60

62 Modellazione a telaio equivalente: maschio murario tridimensionale Il metodo di modellazione più diffuso nella pratica progettuale è il metodo POR che assume le fasce di piano infinitamente rigide senza prendere in esame la reale rigidezza delle stesse sovrastimando l effettiva rigidezza del sistema. Tale ipotesi nella maggior parte dei casi risulta essere non corretta. La modellazione a telaio equivalente permette invece di indagare il reale comportamento delle fasce di piano andando a valutare l effettiva rigidezza e le sollecitazioni agenti per confrontarle con i valori limite forniti dalla normativa. Di seguito si riportano immagini che illustrano la modellazione a telaio equivalente nel caso in esame. Prospetto Sud Prospetto Sud: Schematizzazione a telaio equivalente 61

63 Modello numerico a telaio equivalente:prospetto Sud Prospetto Nord Prospetto Nord: Schematizzazione a telaio equivalente Modello numerico a telaio equivalente:prospetto Nord 62

64 Prospetto Est: Schematizzazione a telaio equivalente Modello numerico a telaio equivalente:prospetto Est Prospetto Ovest Prospetto Ovest: Schematizzazione a telaio equivalente 63

65 Modello numerico a telaio equivalente:pianta Modello numerico a telaio equivalente:vista assonometrica, unifilare Modello numerico a telaio equivalente:vista assonometrica 64

66 4.4.1 Elemento Maschio Murario La modellazione a telaio equivalente prevede di supporre che un elemento maschio sia costituito da una parte deformabile con resistenza finita, e di due parti infinitamente rigide e resistenti alle estremità dell elemento. L altezza della parte deformabile o altezza efficace del maschio viene definita secondo quanto proposto da Dolce (1989), per tenere conto in modo approssimato della deformabilità della muratura nelle zone di nodo. Il comportamento dell elemento maschio viene supposto elasto-plastico con limite in deformazione. Si suppone cioè che il maschio abbia comportamento lineare elastico finchè non viene verificato uno dei possibili criteri di rottura. La matrice di rigidezza in fase elastica assume la forma consueta per elementi di telaio con deformazione a taglio, e risulta determinata una volta definiti il modulo di Young E, il modulo G, e la geometria della sezione. Elemento Maschio Murario: Definizione altezza efficace I meccanismi di rottura previsti per il maschio murario sono i seguenti: 65

67 Rottura per pressoflessione o ribaltamento Avviene quando il momento flettente M in una delle sezioni estreme della parte deformabile del maschio i -j raggiunge il valore ultimo, corrispondente allo schiacciamento della zona compressa della sezione, calcolato secondo l espressione seguente: Nella sezione in cui viene raggiunto il momento ultimo viene introdotta una cerniera plastica bilineare elastica-perfettamente plastica, definita secondo quanto segue (muratura esistente): Legame costitutivo della cerniera plastica a flessione per maschi murari in muratura esistente Rottura per taglio con fessurazione diagonale Avviene quando il taglio V nel maschio raggiunge il valore ultimo Vu. Nel setto in cui viene raggiunto il taglio ultimo viene introdotta una cerniera plastica bilineare elastica-perfettamente plastica, definita secondo quanto segue: Legame costitutivo della cerniera plastica a taglio per maschi murari 66

68 4.4.2 Elemento Fascia Muraria L elemento fascia è formulato in maniera analoga all elemento maschio, ma con alcune differenze. Vengono mantenuti gli offset rigidi, individuando quindi una lunghezza efficace dell elemento. Nel caso di aperture allineate verticalmente si ottengono buoni risultati assegnando una lunghezza efficace pari alla luce libera delle aperture. Per aperture non allineate verticalmente si può pensare, in fase preliminare, di assumere una lunghezza efficace come indicato in figura seguente: Elemento Fascia Muraria: Definizione lunghezza efficace Per l elemento fascia si distinguono due possibili meccanismi di rottura: per pressoflessione e per taglio. Rottura per pressoflessione Il momento limite, associato al meccanismo di pressoflessione, sempre in presenza di elementi orizzontali resistenti a trazione in grado di equilibrare una compressione orizzontale nelle travi in muratura, può essere valutato come: Dove H p è il minimo tra la resistenza a trazione dell elemento teso disposto orizzontalmente ed il valore 0,4f hd h t. A livello del solaio, lungo tutto lo sviluppo dell edificio, è presente un cordolo in calcestruzzo armato con 4Ø16 (AQ50), la massima forza H p è pertanto pari a: H p (stato di fatto) = A s (2Ø16) f yd(aq50) 190 kn Il diametro delle barre di armatura dei cordoli è stato desunto dai documenti di progetto, dai documenti relativi alla direzioni lavori (in particolare libretto delle misure e distinta dei ferri di armatura) e confermata da ispezioni visive del cordolo presente a livello di copertura. Di seguito si riporta un estratto della distinta delle armature utilizzate nella realizzazione dei cordoli. 67

69 Distinta delle armature: armature cordoli Ø16 e staffe Ø6 Si sottolinea come nel calcolo della resistenza a trazione dell elemento teso disposto orizzontalmente si è trascurata il contributo di architravi sopra porte/finestre in quanto l armatura di quest ultime non risulta sufficientemente ancorata nei setti murari adiacenti all apertura. Nella sezione in cui viene raggiunto il momento ultimo viene introdotta una cerniera plastica bilineare elastica-perfettamente plastica, definita secondo quanto segue: Legame costitutivo della cerniera plastica a flessione per fasce murarie 68

70 Rottura per taglio La resistenza a taglio Vt di travi di accoppiamento in muratura ordinaria in presenza di un cordolo di piano o di un architrave resistente a flessione efficacemente ammorsato alle estremità, può essere calcolata come il minimo tra: Nella fascia muraria in cui viene raggiunto il taglio ultimo viene introdotta una cerniera plastica bilineare elastica-perfettamente plastica, definita secondo quanto segue: Legame costitutivo della cerniera plastica a taglio per fasce murarie 69

71 5 CARATTERIZZAZIONE GEOTECNICA La caratterizzazione geologica del sottosuolo viene effettuata sulla base della relazione geologica redatta appositamente per il progetto di miglioramento sismico della scuola, dal Dott. Geol. Enzo De Biasio in data 19/07/

72 Estratti relazione geologica redatta dal Dott. Geol. Enzo De Biasio Il sottosuolo è classificato di categoria B. 71

73 6 ANALISI DEI CARICHI 6.1 VITA NOMINALE, CLASSI D USO E PERIODO DI RIFERIMENTO Vita nominale La vita nominale di un opera strutturale V N è intesa come il numero di anni nel quale la struttura, purché soggetta alla manutenzione ordinaria, deve potere essere usata per lo scopo al quale è destinata. La vita nominale dei diversi tipi di opere è quella riportata nella Tab. 2.4.I del D.M. 14/01/2008, per la struttura in esame si fa riferimento alla categoria 2 Opere ordinarie, ponti, opere infrastrutturali e dighe di dimensioni contenute o di importanza normale per cui viene fissato V N 50 anni Classe d uso In presenza di azioni sismiche, con riferimento alle conseguenze di una interruzione di operatività o di un eventuale collasso, le costruzioni sono suddivise in quattro classi d uso a seconda dell importanza dell opera. La struttura in esame viene classificata come di classe III. Costruzioni il cui uso preveda affollamenti significativi. Industrie con attività pericolose per l ambiente. Reti viarie extraurbane non ricadenti in Classe d uso IV. Ponti e reti ferroviarie la cui interruzione provochi situazioni di emergenza. Dighe rilevanti per le conseguenze di un loro eventuale collasso. C U = Periodo di riferimento per l azione sismica Le azioni sismiche su ciascuna costruzione vengono valutate in relazione ad un periodo di riferimento V R che si ricava, per ciascun tipo di costruzione, moltiplicandone la vita nominale V N per il coefficiente d uso C U : V R = V N C U = 50 anni 1.5 = 75 anni 72

74 6.2 CRITERI PER LA VALUTAZIONE DELLE AZIONI SULLA STRUTTURA Carichi permanenti I carichi permanenti sono costituiti dai pesi propri delle strutture portanti e delle sovrastrutture. Essi sono valutati moltiplicando il volume calcolato geometricamente per i pesi specifici dei materiali. Azioni del vento e della neve Le azioni del vento e della neve sono valutate in accordo alle NTC2008, relativamente al sito in cui verrà realizzato l edificio. Azioni sismiche Si considerano presenti le masse relative ai carichi permanenti e ad un aliquota dei carichi accidentali. L entità dell azione sismica è determinata in accordo alle NTC ELENCO DELLE CONDIZIONI ELEMENTARI DI CARICO Si calcola l opera sottoposta alle azioni indotte da: G 1 G 2 V N S peso proprio delle strutture; carichi permanenti; azioni del vento azioni della neve azioni sismiche Tali azioni saranno combinate secondo le prescrizioni delle normative vigenti in funzione delle particolari strutture dell opera in esame. 6.4 PESI PROPRI STRUTTURALI :G1 I pesi propri strutturali verranno implementati automaticamente nel programma di calcolo utilizzato per la modellazione delle varie strutture. Le masse volumiche degli elementi strutturali sono: Muratura Tipo 1 - Muratura in pietrame preesistente 19.0 kn/m 3 Muratura Tipo 1 - Muratura in pietrame preesistente consolidata 19.0 kn/m 3 Muratura Tipo 2 - Muratura in pietrame realizzata nel kn/m 3 Muratura Tipo 3 - Muratura in laterizio semipieno Doppio UNI 15.0 kn/m 3 Calcestruzzo armato per interventi di consolidamento 25.0 kn/m 3 Calcestruzzo alleggerito per interventi di consolidamento 14.0 kn/m 3 73

75 6.5 CARICHI PERMANENTI :G Solaio piano terra Il solaio del piano terra, relativo alla porzione di edificio dotata di piano interrato, è realizzato in travetti prefabbricati tipo Varese di altezza variabile in funzione della luce del solaio. L interasse tra i travetti è pari a circa 85cm, nel bordo inferiore e nel bordo superiore sono disposte delle tavelle in laterizio. Al di sopra della tavella superiore è presente una cappamassetto in calcestruzzo di spessore pari a circa 5 cm. Solaio in travetti tipo Varese 0.80 kn/m 2 Massetto superiore sp =5 cm 1.00 kn/m 2 Pavimentazione 0.40 kn/m 2 Intonaco 0.30 kn/m 2 Controsoffitto + sistema antisfondellamento 0.15 kn/m 2 Totale carichi permanenti : 2.65 kn/m 2 Di seguito si riporta un immagine che illustra un sondaggio effettuato sul solaio del piano terra. Sondaggi su solaio piano terra 74

76 6.5.2 Solaio piano primo Il solaio del piano primo è realizzato in travetti prefabbricati tipo Varese di altezza variabile in funzione della luce del solaio. L interasse tra i travetti è pari a circa 85cm, nel bordo inferiore e nel bordo superiore sono disposte delle tavelle in laterizio. Al di sopra della tavella superiore è presente una cappa-massetto in calcestruzzo di spessore pari a circa 5 cm. Solaio in travetti tipo Varese 0.80 kn/m 2 Massetto superiore sp =5 cm 1.00 kn/m 2 Pavimentazione 0.40 kn/m 2 Intonaco 0.30 kn/m 2 Controsoffitto + sistema antisfondellamento 0.15 kn/m 2 Totale carichi permanenti : 2.65 kn/m 2 Di seguito si riporta un immagine che illustra un sondaggio effettuato sul solaio del piano primo. Sondaggi su solaio piano primo L immagine seguente riporta il sondaggio effettuato su un travetto del solaio del piano primo (travetto posto nella zona del corridoio). Il sondaggio ha messo in luce l armatura inferiore del travetto: 3 Ø14 inferiori in campata e 1 Ø14 inferiori in appoggio. Sondaggi effettuati sui travetti Varese del piano primo: zona sopra corridoio 75

77 6.5.3 Solaio di soffittatura Solaio di soffittatura - Stato Pre-intervento Il solaio di soffittatura è realizzato in travetti prefabbricati tipo Varese di altezza variabile in funzione della luce del solaio. L interasse tra i travetti è pari a circa 85cm, nel bordo inferiore sono disposte delle tavelle in laterizio. Solaio in travetti tipo Varese 0.80 kn/m 2 Isolamento 0.05 kn/m 2 Intonaco 0.30 kn/m 2 Controsoffitto + sistema antisfondellamento 0.15 kn/m 2 Totale carichi permanenti : 1.30 kn/m 2 Di seguito si riportano delle immagini che illustrano il solaio di soffittatura. Solaio di soffittatura Al fine di indagare l armatura presente nei travetti Varese del solaio di soffittatura è stato eseguito un sondaggio in un travetto posto nella zona del corridoio. Il sondaggio ha evidenziato la presenza di 2 Ø12 inferiori in campata. 76

78 Solaio di soffittatura Stato Post-intervento Come descritto in dettaglio nel seguito, si prevede la realizzazione di un solaio rigido posto a livello della soffittatura per mezzo della realizzazione di una soletta in calcestruzzo armato alleggerito tipo Leca CLS Solaio in travetti tipo Varese 0.80 kn/m 2 Isolamento 0.05 kn/m 2 Intonaco 0.30 kn/m 2 Controsoffitto + sistema antisfondellamento 0.15 kn/m 2 Soletta in calcestruzzo alleggerito tipo Leca CLS kn/m 2 Totale carichi permanenti : 2.00 kn/m Solaio di copertura Solaio di copertura Stato di fatto Il solaio di copertura è realizzato mediante l impiego di travetti prefabbricati disposti con passo 85 cm. Tra i travetti si appoggiano le tavelle in laterizio forato. Solaio in travetti tipo Varese 0.80 kn/m 2 Manto in coppi 0.80 kn/m 2 Incidenza travi in c.a. di copertura 0.80 kn/m 2 Totale carichi permanenti : 2.40 kn/m 2 Caratteristiche geometriche dei travetti Varese di copertura 77

79 Solaio di copertura Stato Pre-Intervento È stata prevista la realizzazione di un solaio rigido posto a livello di copertura mediante il getto di una soletta in calcestruzzo alleggerito tipo 333S5ARG pompabile di spessore 5 cm. L intervento prevede inoltre la sostituzione del manto in coppi con un manto leggero in lamiera grecata. L intervento in copertura non è oggetto del presente progetto di miglioramento sismico poiché già finanziato dal comune di Caneva nell ambito dei Lavori di straordinaria manutenzione degli immobili Solaio in travetti tipo Varese 0.80 kn/m 2 Incidenza travi in c.a. di copertura 0.80 kn/m 2 Lamiera grecata + listelli in legno + barriera al vapore 0.10 kn/m 2 Soletta in calcestruzzo alleggerito tipo 333S5ARG 0.80 kn/m 2 Totale carichi permanenti : 2.50 kn/m ACCIDENTALI Neve: Q1 La località dell opera è Caneva (Pordenone), ricade in zona I-alpina alla quale è associato un valore di riferimento del carico neve al suolo q sk di 1.50 kn/m 2 (altitudine as<200 m) La copertura della struttura è a falde con pendenza compresa tra i 0 ed i 30, alla quale corrispondono coefficienti di forma pari a : µ 1 = 0.8, µ 2 = 0.4. Il coefficiente di esposizione C E è pari a 1. Il coefficiente di topografia C t è posto, a favore di sicurezza, pari a 1. Il carico neve sulla copertura risulta : q s = µ 1 x q sk x C E x C t = 1.20 kn/m 2 q s = µ 2 x q sk x C E x C t = 0.60 kn/m 2 78

80 6.6.2 Carichi da vento V Il vento, la cui direzione si considera di regola orizzontale, esercita sulle costruzioni azioni che variano nel tempo provocando, in generale, effetti dinamici. Per le costruzioni usuali tali azioni sono ricondotte convenzionalmente alle azioni statiche equivalenti, cioè pressioni e depressioni agenti normalmente alle superfici, sia esterne che interne, degli elementi che compongono la costruzione. L azione d insieme esercitata dal vento su una costruzione è data dalla risultante delle azioni sui singoli elementi, considerando di regola, come direzione del vento, quella corrispondente ad uno degli assi principali della pianta della costruzione. La pressione cinetica di riferimento è funzione della velocità di riferimento del vento che varia da regione a regione. Zona di riferimento: Zona I Velocità di riferimento del vento v ref,0 = 25 m/s ; a 0 = 1000 m; k a = 0.01; v ref = 25 m/s Pressione cinetica del vento : q ref = v 2 ref /1.6 = 39.1 dan/m 2 Il coefficiente di esposizione dipende dall altezza z della costruzione dal suolo, dalla rugosità, dalla topografia del terreno e dall esposizione del sito; tale coefficiente si ricava dalla formula : c z k c z c z 2 e( ) = r t ln 7 + t ln z0 z0 e ( ) ( ) c z c z per z z = e min per z < zmin min La copertura della scuola è posta all interno del centro abitato di Sarone, si ipotizza dunque una classe B di rugosità del terreno Aree urbane (non di classe A). Inoltre il centro di Sarone dista più di 30 Km dal mare. L altezza massima dell edificio è pari a circa 13 m. Classe di rugosità: B Categoria di esposizione del sito IV k r = 0.22; z 0 = 0.3 m; z min = 8 m Altezza della struttura 11 m Coefficiente di topografia c t 1.0 Coefficiente di esposizione c e 1.85 Coefficiente dinamico c d 1 79

81 Coefficiente di forma Edifici a pianta rettangolare con coperture piane, a falde, inclinate, curve Per la valutazione della pressione esterna si assume: o per elementi sopravvento (cioè direttamente investiti dal vento), inclinazione sull orizzontale α < 20, c pe = o per elementi sottovento (intendendo come tali quelli non direttamente investiti dal vento o quelli investiti da vento radente) c pe = - 0,4 Per la valutazione della pressione interna si assumerà (scegliendo il segno che dà luogo alla combinazione più sfavorevole) c pi = ± 0,2 costruzioni che hanno una parete con aperture di superficie minore di 1/3 di quella totale. Per le pareti sopravvento e sottovento si assumerà c p = -0,6. q vento = q ref c e c p c d c t 0.43 kn/m Carico di esercizio scuola: Q3 La categoria di carico di riferimento è la C ambienti suscettibili di affollamento - Cat C1 (ospedali, ristoranti, caffè, banche, scuole) da cui: q 3 = 3.00 kn/m Carico su solaio di soffittatura: Q4 Il solaio di soffittatura risulta accessibile per sola manutenzione per cui ricade in categoria H1, da cui: q 2 = 0.50 kn/m 2. Per tale categoria di carico la normativa tecnica prevede di considerare un carico verticale concentrato Q k = 1.20 kn. 80

82 6.7 DETERMINAZIONE DEI CARICHI AGENTI SUI SETTI MURARI: AREE DI INFLUENZA La determinazione dei carichi agenti sui setti murari è stata ottenuta, considerando la reale orditura dei solai, per aree di influenza. Anche i setti disposti in direzione parallela ai solai sono stati caricati attribuendo un area di influenza pari ad una fascia di solaio larga 0.30m (data la tipologia costruttiva a travetti prefabbricati il solaio ha scarsa capacità di trasmettere il carico in direzione ortogonale all orditura dello stesso). La determinazione dei carichi agenti, soprattutto in una struttura in muratura, deve essere la più realistica possibile in quanto lo sforzo normale presente nei setti ne determina la resistenza a flessione ed a taglio. Le immagini seguenti illustrano la determinazione delle aree di influenza per i setti murari costituenti l edificio nello stato di fatto. Y X Determinazione area di influenza setti murari: solaio piano primo Determinazione area di influenza setti murari: solaio soffittatura Y X Determinazione area di influenza setti murari: solaio copertura 81

83 6.8 AZIONE SISMICA S Le azioni sismiche di progetto, in base alle quali valutare il rispetto dei diversi stati limite considerati, si definiscono a partire dalla pericolosità sismica di base del sito di costruzione. Essa costituisce l elemento di conoscenza primario per la determinazione delle azioni sismiche. La pericolosità sismica è definita in termini di accelerazione orizzontale massima attesa a g in condizioni di campo libero su sito di riferimento rigido con superficie topografica orizzontale (di categoria A: Ammassi rocciosi affioranti o terreni molto rigidi caratterizzati da valori di V s,30 superiori a 800 m/s, eventualmente comprendenti in superficie uno strato di alterazione, con spessore massimo pari a 3 m ), nonché di ordinate dello spettro di risposta elastico in accelerazione ad essa corrispondente S e (T), con riferimento a prefissate probabilità di eccedenza P VR, nel periodo di riferimento V R. Le forme spettrali sono definite, per ciascuna delle probabilità di superamento nel periodo di riferimento P VR, a partire dai valori dei seguenti parametri su sito di riferimento rigido orizzontale: o a g : accelerazione orizzontale massima al sito; o F o : valore massimo del fattore di amplificazione dello spettro in accelerazione orizzontale; o T * C: periodo di inizio del tratto a velocità costante dello spettro in accelerazione orizzontale Stati limite e relative probabilità di superamento Gli stati limite di esercizio sono: - Stato Limite di Operatività (SLO): a seguito del terremoto la costruzione nel suo complesso, includendo gli elementi strutturali, quelli non strutturali, le apparecchiature rilevanti alla sua funzione, non deve subire danni ed interruzioni d'uso significativi; - Stato Limite di Danno (SLD): a seguito del terremoto la costruzione nel suo complesso, includendo gli elementi strutturali, quelli non strutturali, le apparecchiature rilevanti alla sua funzione, subisce danni tali da non mettere a rischio gli utenti e da non compromettere significativamente la capacità di resistenza e di rigidezza nei confronti delle azioni verticali ed orizzontali, mantenendosi immediatamente utilizzabile pur nell interruzione d uso di parte delle apparecchiature. 82

84 Gli stati limite ultimi sono: - Stato Limite di salvaguardia della Vita (SLV): a seguito del terremoto la costruzione subisce rotture e crolli dei componenti non strutturali ed impiantistici e significativi danni dei componenti strutturali cui si associa una perdita significativa di rigidezza nei confronti delle azioni orizzontali; la costruzione conserva invece una parte della resistenza e rigidezza per azioni verticali e un margine di sicurezza nei confronti del collasso per azioni sismiche orizzontali; - Stato Limite di prevenzione del Collasso (SLC): a seguito del terremoto la costruzione subisce gravi rotture e crolli dei componenti non strutturali ed impiantistici e danni molto gravi dei componenti strutturali; la costruzione conserva ancora un margine di sicurezza per azioni verticali ed un esiguo margine di sicurezza nei confronti del collasso per azioni orizzontali. Poiché il periodo di riferimento per la costruzione in esame è V R = 75 anni ad ogni stato limite si attribuisce il tempo di ritorno che definisce l intensità dell evento sismico (forma spettrale). Stato limite Probabilità di superamento nel periodo di Tempo di ritorno per la definizione riferimento, Pvr (%) dell'azione sismica, Tr (anni) SLO 81% 45 SLD 63% 75 SLV 10% 712 SLC 5%