SCHEDA NUM. 8. IDENTIFICAZIONE DELL EDIFICIO Titolo Progetto:

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1 CHEDA NUM. 8 IDENTIFICAZIONE DELL EDIFICIO Titolo Progetto: PROGETTO DI UN EDIFICIO PER UO AGRICOLO CON ANNEI LOCALI PER UO CIVILE ABITAZIONE ITO IN COMUNE DI ANTA VENERINA VIA DUCCIO GALIMBERTI Tipologia di intervento Edificio esistente Nuova Costruzione Città: ANTA VENERINA Provincia: Catania Indirizzo: VIA DUCCIO GALIMBERTI Localizzazione Interno al centro abitato Esterno al centro abitato Coordinate Geografiche Proprietario: Pubblico Privato Destinazione d uso Civile Abitazione Progettista/i: ING. ALVO MIANO Direttore dei lavori: ING. ALVO MIANO Impresa costruttrice: tato dei lavori: Lavori ultimati Costo dell intervento complessivo: Costo strutturale Costo del sistema di protezione sismica Normativa sismica: OPCM 374 del maerzo 003 e s.m.i. DATI DIMENIONALI ETA COTRUZIONE/RITRUTTURAZIONE Numero di piani totali compresi 3 interrati: Altezza media di piano: uperficie media di piano: 3,0 metri 00 mq circa Anno di progettazione Anno di ultimazione della costruzione Eventi sismici significativi Fattore di importanza γ I 1,0 cheda 8 pag.1

2 DATI ULL AZIONE IMICA Zona sismica Accelerazione orizzontale massima di ancoraggio a g su suolo di categoria A. Coefficiente di amplificazione topografica T 0,5 Origine: accelerazione convenzionale zona sismica II categoria. 1,0 1, 1, 4 Categoria di suolo di fondazione A B C D E 1 Indagine eseguita per l attribuzione della categoria del suolo di fondazione Indagini geologiche e prospezioni sismiche DATI ULLA TIPOLOGIA TRUTTURALE Materiale strutturale principale Cemento Armato Tipologia strutturale del sistema resistente Telaio in c.a.su isolatori sismici Diaframmi orizzontali Diaframmi rigidi Diaframmi flessibili Copertura Copertura spingente Copertura non spingente Fondazioni Graticcio di travi in cemento armato Fondazioni a quote diverse I NO Edificio regolare in pianta I NO Edificio regolare in altezza I NO Regolarità dell edificio I NO Classe di duttilità dell edificio CD A CD B Fattore di struttura q = 1,495 Coefficiente di smorzamento ξ = 14 % sistema di isolamento ; ξ = 5 % sovrastruttura Livello di conoscenza LC1 LC LC3 Caratteristiche meccaniche dei materiali Resistenza a compressione (N/mm ) Resistenza a trazione (N/mm ) Resistenza a taglio (N/mm ) Modulo elastico normale E (N/mm ) Modulo elastico tangenziale G (N/mm ) Calcestruzzo R ck 5 f ck 0.75 Ec=8.500 _ _ _ _ _ _ Acciaio FeB44k f yk > 430 f tk > 540 Es= _ _ _ _ _ _ cheda 8 pag.

3 DATI ULLA TECNICA DI PROTEZIONE IMICA UTILIZZATA istema/i di protezione sismica Isolatori antisismici elastomerici HDRB e slitte acciaio teflon Ditta produttrice dei dispositivi: TI spa Modello/i dei dispositivi installati: Num dispositivi installati: Distribuzione in pianta dei dispositivi antisismici: Distribuzione in elevazione dei dispositivi antisismici: TI HDRI Perimetro edificio Al di sopra delle travi di fondazione TI litte ACCIAIO TEFLON 13 Fili pilastri centrali Al di sopra delle travi di fondazione Numero totale dispositivi installati 19 ANALII DELLA TRUTTURA E RIULTATI OTTENUTI Metodo d analisi della struttura tatica lineare dinamica modale statica non lineare dinamica non lineare Altro: Periodi della struttura priva di dispositivi antisismici: longitudinale trasversale torsionale Periodi della struttura con i dispositivi antisismici: longitudinale.13sec trasversale.13sec torsionale postamento massimo di interpiano: 180 mm Peso totale della struttura 683 tonnellate Livelli di per i diversi tati Limite CO D DL Valori di di riferimento % 10% 50% Indicatori di Rischio α = u CO % α ' = u D 10% α = e DL 50% cheda 8 pag.3

4 APETTI PECULIARI DELL INTERVENTO DI PROTEZIONE IMICA: Premessa L'intervento interessa un edificio privato in cemento armato sito nel Comune di anta Venerina via Duccio Galimberti. L edificio è ubicato in una zona ove nel 00 si sono verificati eventi sismici particolarmente gravosi, pertanto si è prevista l adozione di sistemi di isolamento sismico mediante isolatori elastomerici della TI. Il progetto consiste nella realizzazione di un unico corpo di fabbrica avente due elevazioni fuori terra (piano terra e primo), ed un piano cantinato. La intera progettazione è stata eseguita secondo quanto disposto dall Ordinanza n. 374 del 003 considerando il comune di anta Venerina in zona sismica di II categoria (0.5 g). Gli isolatori sono posizionati negli incroci delle travi di fondazione e su questi è realizzato un impalcato rigido in latero cemento che costituisce il piano di calpestio del livello cantinato. Il sistema di isolamento è costituito da 6 isolatori elastomercici distribuiti simmetricamente in pianta così da ridurre le eccentricità tra baricentro delle rigidezze e baricentro delle masse, mentre alla base dei rimanenti pilastri sono state disposte 13 slitte acciaio-teflon. Isolatore elastomerico litta acciaio-teflon Travi di fondazione e distribuzione dei dispositivi di isolamento Il contenimento del terreno perimetralmente all'edificio è assicurato da muri di sostegno giuntati rispetto alla struttura. La scala che collega il piano cantinato con il piano terra è stata resa solidale alla sovrastruttura. Nell'analisi è stato adottato un suolo di tipo B in conformità ai risultati delle prospezioni geologiche eseguite. La struttura di tipo intelaiata è stata calcolata in osservanza delle allora vigenti norme sismiche (L n. 64 e Ordinanza 374/03), nonché delle vigenti norme tecniche per la disciplina delle opere di conglomerato cementizio armato, normale e precompresso, e strutture metalliche (DD.MM e e s.m.i.). Per il calcestruzzo si è assunta una classe C0/5 ed un acciaio tipo FE B 44k. cheda 8 pag.4

5 IOLATORI IOLATORE ELATOMERICO HDRI 400 Di seguito si riportano tutte le caratteristiche principali dell isolatore HDRI 400. La rigidezza orizzontale equivalente è stata calcolata come rigidezza secante in corrispondenza dello spostamento massimo d, la rigidezza verticale dell isolatore è stata invece calcolata considerando un modulo di elasticità complessivo del dispositivo Ec = 5.6 * G * 1 Carico verticale di progetto sotto sisma V KN postamento max di progetto LU d mm Rigidezza orizzontale equivalente Ke KN/mm Ke = Gdin * (A / te) 0.99 Rigidezza verticale Kv KN/mm Modulo dinamico equivalente a taglio Gdin Mpa al 100% (d=te) 0.80 pessore totale gomma te mm N. strati gomma ne pessore lamierino ts mm.00 >= Diametro esterno De mm pessore strati gomma t1 mm t1 = te / ne 6.00 Altezza totale h mm h = ne * t1 +(ne - 1)* ts + *tp Area totale elastomero A mm A = π (De - Di ) / Fattore di forma primario 1 1 = A' / L 16.5 >=1 Fattore di forma secondario = D / te 3.8 >=4 Deformazione a taglio dovuta a V γc γc = 1.5 V / (1 * Gdin * Ar).05 Deformazione a taglio dovuta a d γs γs = d / te 1.96 <= Deformazione a taglio per rotazione γα γa = 3* α * D / (8 * t1 * te) 0.47 Deformazione totale di taglio γt γt = γc + γs + γa 4.48 <=5 icurezza su γ γ* / γs.04 >=1.5 Carico critico Vcr KN Vcr = G * Ar * 1 * D / te V/Vcr <=0.4 I valori da rispettare per i fattori di forma primario e secondario fanno riferimento alle linee guida del 1998 mentre nell Ordinanza tali limitazioni non sono più presenti. i possono pertanto considerare come valori consigliati nella progettazione. CARATTERITICHE IOLATORE Dispositivi di isolamento elastomerico HDRI 400 e dispositivo a scorrimento acciaio e PTFE IOLATORE A CORRIMENTO ACCIAIO-TEFLON ono stati previsti 13 isolatori a scorrimento in acciaio e PTFE (slitte) rispondenti alla normativa vigente per gli apparecchi d appoggio; essi hanno un coefficiente di attrito massimo compreso tra 0 ed il 4% e sono inoltre in grado di garantire la loro funzione di appoggio fino a spostamenti pari ad 1.5 d essendo d lo spostamento massimo di progetto in un dispositivo di isolamento corrispondente allo LU. cheda 8 pag.5

6 VERIFICA DELLA RIGIDEZZA UTILIZZATE PER L'ANALII LINEARE DINAMICA MODALE Per il calcolo della struttura si è utilizzata una analisi lineare di tipo modale schematizzando gli isolatori come elementi elastici con una rigidezza tagliante pari a 0.99 kn/m e le slitte come carrelli lisci, si è quindi verificato che la rigidezza utilizzata per gli isolatori in corrispondenza dello spostamento ottenuto sia corretto e l'influenza dell'attrito delle slitte sia sulle accelerazioni agenti sulla soprastruttura che per gli spostamenti dell'isolatore. P = t peso della struttura in esame 0.99 kn/m rigidezza del singolo isolatore elastomerico k = 99 ( t ) 6 = 594 m t m rigidezza complessiva dei 6 isolatori disposti P T = π = π =.13s periodo della struttura confermato dall' analisi modale. gk ξ= 10% smorzamento equivalente degli isolatori elast. utilizzati η = 10 5 ( + 10) = ae = η ag.5 = = 0.15g accelerazione elastica ae T.13 ae 0.15 ad = = = 0. 1 g accelerazione di progetto della soprastruttura ridotta del fattore q=1.5 q 1.5 VERIFICA INFLUENZA DELLA NON LINEARITA DELLE LITTE ULLA Ke L'effetto dell'attrito delle slitte provoca due fenomeni dovuti ad un aumento della rigidezza complessiva della struttura e da un lato della energia dissipata per effetto dell'attrito. L'aumento della rigidezza e quindi la diminuzione del periodo provoca da un lato una riduzione della domanda di spostamento sull'isolatore, ma contemporaneamente un aumento della domanda di accelerazione sulla sovrastruttura e quindi delle resistenze di progetto degli elementi strutturali. Tale influenza è stata quantificata per via iterativa. Nd = t carico verticale sismico totale agente sulle slitte ricavato dal calcolo Ta = 0.04 N d = = t incremento di taglio alla base per attrito μ=0.04 prima iterazione di calcolo della rigidezza secante del sistema di isolamento ae T ae g d = = = = 0.169m domanda in termini di spostamento ω 4 π 4 π Ta k t e = = = d m rigidezza secante di primo tentativo Ke delle slitte k t = = t m rigidezza totale somma della rigidezza delle slitte e degli isolatori T = π = 1. 95s nuovo periodo della struttura isolata ae = = g accelerazione elastica ae con il nuovo periodo della struttura isolata cheda 8 pag.6

7 econda iterazione T ae g d = = = m 4 π 4 π domanda in termini di spostamento k t e = = m rigidezza secante di secondo tentativo Ke delle slitte k = = t 13 m rigidezza secante della singola k t t = = rigidezza totale somma della rigidezza delle slitte e degli isolatori m T = π = 1. 94s nuovo periodo della struttura.13 ae = 0.15 = g accelerazione elastica ae con il nuovo periodo della struttura isolata 1.94 Ricalcolando lo spostamento si ottiene: T ae g d = = = m ; ε = = 0.7% 4 π 4 π Come si vede con l'ultimo tentativo lo spostamento si è stabilizzato raggiungendo la precisione necessaria ad 0.11g q = 1.5 Tale accelerazione cui soggetta la sovrastruttura risulta inferiore all accelerazione di progetto utilizzata nei calcoli pari ad = 0.13g. L'attrito delle slitte inoltre aumenta l'energia dissipata dalla struttura comportando un effetto favorevole sia in termini di spostamento che di accelerazioni. WDs = 4 Fa d = 4 (19.07 / ) = 5.87tm energia dissipata dalle slitte ipotizzando in sicurezza un coeff. di attrito pari a %. 1 WDi ξ 4 π We π tm = = = energia dissipata dall isolatore W Dt = = 14.7 tm energia totale dispersa dal sistema di isolamento 1 W et = = 8. 50tm energia deformativa secante totale W 14.7 ξ Dt π W = e 4 π 8.50 = smorzamento equivalente del sist. di isolamento Per cui si ottiene: 10 η = = 0.7 > 0.55 (14 + 5) Alla luce di quanto sopra è quindi possibile ricalcolare lo spostamento elastico tenendo conto anche degli effetti torsionali derivanti dalle combinazioni di calcolo prescritte dall Ordinanza. A tale fine i valori di spostamento allo stato limite di danno otteniuti dalla modellazione numerica vengono amplificati di.5 per tenere conto dello spettro LU e di 1. per la verifica degli isolatori ottenendo, inoltre è utilizzato un coeff. correttivo 1.03 per tenere in conto che la rigidezza è piu bassa per effetto del minore attrito. d = d( ld) ) *.5*1.*η = 0.089*.5*1.*0.7 *1.03 = 0.198<0.0 m cheda 8 pag.7

8 i riporta lo spettro ADR (accelerazioni / spostamenti) con il range di funzionamento del sistema. ae/g % 10% 15% 0% T=1.94s T=.13s pettri ADR per vari valori dello smorzamento equivalente d (m) CALCOLO DELLO POTAMENTO REIDUO DEL ITEMA DI IOLAMENTO Il sistema di isolamento utilizzato è costituito da isolatori elastomerici a cui è affidata la funzione ricentrante e dissipativa e da carrelli multidirezionali a bassissimo attrito che hanno l'unica funzione di riportare i carichi verticali in fondazione. La componente dissipativa risulta quindi essere di tipo viscosa, legata alla velocità di deformazione e non allo spostamento, come invece nei sistemi a comportamento non lineare di tipo elastoplastico. Negli isolatori elastomerici non si hanno spostamenti residui, mentre l'unica causa di spostamenti residui è rappresentata dalla parte irreversibile degli spostamenti legati all'attrito delle slitte. L'attrito dinamico delle slitte in teflon è in genere compreso tra lo 0.5% e 1% per cui considerando in sicurezza un attrito dinamico dell'1% avremmo una forza di attrito dinamico di : Tad = 0.01 N d = = 4. 80t Per calcolare lo spostamento residuo ipotizziamo di deformare il sistema quindi di scaricarlo fino ad annullare il taglio alla base complessivo, il modello utilizzato è un modello in parallelo in quanto il taglio per attrito si somma a quello reattivo: T t = T k +T c + T f T k =K e *d T c = 0 Condizione finale a velocità nulla, forza viscosa nulla T f = - T ad Forza di attrito, negativa in quanto si oppone allo scarico T t = K e * d r -T ad = 0 Taglio alla base nullo, ovvero scarico del sistema d r = -T ad / K e =4.80/594=0.008 m. = 8mm. postamento residuo K c f Modello reologico in parallelo cheda 8 pag.8

9 RAPPORTO TRA RIGIDEZZA VERTICALE ED ORIZZONTALE DEGLI IOLATORI Il tipo di isolatore impiegato HRDI N 400 è dotato presenta il seguente rapporto R tra la rigidezza verticale e quella orizzontale. 648 MPa modulo di compressibilità assiale mq area della sezione dell isolatore h=0.4m altezza dell isolatore K v =64.800*0.157 /0.4=8.143/0.4=36.35 t/m rigidezza verticale equivalente Ko = 99 t/m rigidezza orizzontale del singolo isolatore R= Kv/Ko = 36.35/99 = < 800 rapporto tra le rigidezze Per tale ragione nei calcoli si è tenuto conto della deformabilità assiale degl isolatori, adottando un Kv pari a t/m sono stati inoltre eseguite le verifiche per cedimenti differenziali nel graticcio di travi dell'impalcato del piano interrato. INDICAZIONI PROGETTUALI ono state verificate tutte le indicazioni progettuali riguardanti i dispositivi, al fine di mettere in evidenza la rispondenza con quanto richiesto dai punto 10.5 della Bozza del 15/01/05: Punto La costruzione in progetto è da un punto di vista urbanistico isolata, sicchè non si possono verificare problemi di interferenza con strutture vicine. Poiché al massimo, adottando i coefficienti di sicurezza previsti dalle norme, gli spostamenti orizzontali previsti sono pari a 19.8 cm circa, gli impianti saranno realizzati in modo da includere porzioni deformabili che consentano gli spostamenti orizzontali anzidetti Modellazione La sovrastruttura e la sottostruttura sono state modellate come sistemi a comportamento elastico lineare. Il sistema di isolamento è stato modellato, in relazione alle sue caratteristiche meccaniche, come avente comportamento elastico lineare considerando il contributo rigido plastico delle slitte tramite la rigidezza secante riferita allo spostamento totale di progetto per lo stato limite in esame. L energia dissipata dal sistema d isolamento è stata espressa in termini di coefficiente di smorzamento viscoso equivalente del sistema d isolamento ξ esi, valutato con riferimento all energia dissipata dal sistema di isolamento in cicli con frequenza nell intervallo delle frequenze naturali dei modi considerati. Per i modi superiori della struttura, al di fuori di tale intervallo, il rapporto di smorzamento del modello completo si è considerato essere quello della sovrastruttura nella condizione di base fissa con ξ=5%. Poichè la rigidezza e lo smorzamento equivalenti del sistema di isolamento dipendono significativamente dallo spostamento progetto, è stata applicata procedura iterativa sopre esposta fino a che la differenza tra il valore assunto e quello calcolato non fosse inferiore al 5%. Il comportamento del sistema di isolamento è stato modellato come lineare equivalente in quanto sono soddisfatte tutte le seguenti condizioni: a) la rigidezza equivalente del sistema d isolamento è almeno pari al 50% della rigidezza secante per cicli con spostamento pari al 0% dello spostamento di riferimento; b) lo smorzamento lineare equivalente del sistema di isolamento, come definito in precedenza. è inferiore al 30% ; c) le caratteristiche forza-spostamento del sistema di isolamento non variano di piu del 10% per effetto di variazioni della velocità di deformazione, in un campo del ±30% intorno al valore di progetto, e dell azione verticale sui dispositivi, in un campo di variabilità di progetto; d) L incremento della forza nel sistema di isolamento per spostamenti tra 0,5d dc e d dc è almeno cheda 8 pag.9

10 pari all 1,5% del peso totale della sovrastruttura. Le connessioni, strutturali e non, particolarmente quelle degli impianti, fra la struttura isolata e il terreno o le parti di strutture non isolate, sono in grado di assorbire gli spostamenti relativi massimi ottenuti dal calcolo senza alcun danno o limitazioni d uso. I dispositivi di isolamento sono posizionati in apposite selle che ne consentono l'ispezione, la manutenzione e l'approntamento di martinetti idraulici per l'eventuale sostituzione tato limite ultimo (LU) Lo LU della sottostruttura e della sovrastruttura sono stati verificati con i valori di γ M utilizzati per gli edifici non isolati. Le condizioni di resistenza degli elementi strutturali della sovrastruttura sono state soddisfatte considerando gli effetti dell azione sismica divisi dal fattore q: α u q = 1,15 = 1.3*1,15 = (struttura a più piani a più campate). α1 I dispositivi del sistema d isolamento sono grado di sostenere, senza rotture, gli spostamenti d, valutati per un terremoto avente probabilità di arrivo inferiori a quello di progetto allo LU, ottenuto amplificando quest ultimo del 0%. Per tutti gli isolatori è soddisfatta la condizione: V 0 (assenza di trazione). Nelle condizioni di massima sollecitazione le parti dei dispositivi non impegnate nella funzione dissipativa rimangono in campo elastico, nel rispetto delle norme relative ai materiali di cui sono costituite, e comunque con un coefficiente di sicurezza almeno pari a 1,5. cheda 8 pag.10