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1 SCHEDA NUM. 3 DATI IDENTIFICATIVI DELLA STRUTTURA Titolo Progetto: LAVORI PER IL CONSOLIDAMENTO E LA RIPARAZIONE DEI DANNI DEL "PLESSO SCOLASTICO DI VIA DEI CAPPUCCINI" Tipologia di intervento Retrofit edificio esistente Nuova Costruzione Città: RAMACCA Provincia: CATANIA Indirizzo: VIA CAPPUCCINI RAMACCA Localizzazione Interno al centro abitato Esterno al centro abitato Coordinate Geografiche Dati Catastali Proprietario: Pubblico Privato Destinazione d uso Progettista/i: EDIFICIO SCOLASTICO Dott. Ing FABIO NERI Direttore dei lavori: Impresa costruttrice: Stato dei lavori: COMPLETATO Costo dell intervento complessivo: Costo intervento strutturale Costo del sistema di protezione sismica Normativa sismica: OPCM 3274 e successive modifiche ed integrazioni DATI SULL AZIONE SISMICA Zona sismica Altro Accelerazione orizzontale massima di ancoraggio a g su suolo di categoria A. Coefficiente di amplificazione topografica S T 0.25g Origine ,0 1,2 1, 4 Categoria di suolo di fondazione A B C D E S1 S2 Indagine eseguita per l attribuzione della categoria del suolo di fondazione Fattore di importanza γ I 1.2 DATI DIMENSIONALI ETA COSTRUZIONE/RISTRUTTURAZIONE Numero di piani totali compresi interrati: 3 Altezza media di piano: Superficie media di piano: Anno di progettazione Anno di ultimazione della costruzione 3.00mt 750mq circa circa Eventi sismici significativi Eventi sismici e vulcanici dell Etna dell Ottobre 2002 Scheda 3 pag.1

2 DATI SULLA TIPOLOGIA STRUTTURALE Materiale strutturale CEMENTO ARMATO principale Tipologia strutturale del sistema resistente STRUTTURA INTELAIATA IN CEMENTO ARMATO Diaframmi orizzontali Diaframmi rigidi Diaframmi flessibili Copertura Copertura spingente Copertura non spingente Fondazioni Travi rovesce a T non collegate a graticcio, e pali di fondazioni dopo l intervento Fondazioni a quote diverse SI NO Edificio regolare in pianta SI NO Edificio regolare in altezza SI NO Regolarità dell edificio SI NO Classe di duttilità dell edificio CD A CD B Fattore di struttura q = 4 Coefficiente di smorzamento ξ = 5% Livello di conoscenza Caratteristiche meccaniche dei materiali Calcestruzzo esistente Rck 20 MPa LC1 LC2 LC3 Resistenza a compressione R c,m =20 f ck 16,6 Resistenza a trazione Resistenza a taglio Modulo elastico normale Modulo elastico tangenziale Ec= _ _ _ _ _ _ Acciaio armatura esistente FeB44k f yk = 430 f tk = 540 Es= _ _ _ _ _ _ Calcestruzzo parti nuove Rck 25 MPa R ck 25 f ck 20.7 Ec= _ _ _ _ _ _ Acciaio armatura parti nuove FeB44k f yk = 430 f tk = 540 Es= _ _ _ _ _ _ Acciaio controventi Fe360 fu=360mpa fy=235mpa Es= Mpa _ _ _ _ _ _ Scheda 3 pag.2

3 DATI SUL SISTEMA DI PROTEZIONE SISMICA UTILIZZATO Sistema/i di protezione sismica Ditta produttrice dei dispositivi: Modello/i dei dispositivi installati: CONTROVENTI DISSIPATIVI ALL INTERNO DELLE MAGLIE DEI TELAI FIP INDUSTRIES Num disp. Forza caratt. Spost. Caratt. Distrib. in pianta dei dispositivi. Distrib. in elevazione dei dispositivi. Dissipatore BRAD 21/40 8 Fy =150kN ±20mm Centrali in pianta III elevazione Dissipatore BRAD 20/30 8 Fy = 150kN ±15mm Centrali in pianta II elevazione Dissipatore BRAD 39/30 8 Fy = 300kN ±15mm Centrali in pianta I elevazione Numero totale dispositivi 24 ANALISI DELLA STRUTTURA E RISULTATI OTTENUTI Metodo d analisi della struttura Statica lineare dinamica modale statica non lineare dinamica non lineare Altro: Periodi della struttura priva di dispositivi antisismici: Periodi della struttura con i dispositivi antisismici: Spostamento massimo di interpiano: Peso totale della struttura longitudinale, sec longitudinale 0,453 sec 15.8 mm kn trasversale, sec trasversale 0,453 sec torsionale, sec torsionale, sec Livelli di per i diversi Stati Limite CO DS DL Valori di di riferimento 2% 10% 50% Indicatori di Rischio α u = CO 2% α ' u = DS 10% α e = DL 50% Scheda 3 pag.3

4 ASPETTI PECULIARI DELL INTERVENTO DI PROTEZIONE SISMICA: DESCRIZIONE DELL INTERVENTO L edificio in oggetto, ubicato a Ramacca a circa 50 km da Catania, è stato costruito in opera in c.a. nella seconda metà degli anni 70 e quindi prima della classificazione sismica del territorio comunale. Questo è stato dichiarato inagibile dopo avere rilevato un diffuso quadro fessurativo negli elementi divisori conseguente agli eventi vulcanici e sismici dell ottobre 2002 che hanno colpito la Sicilia Orientale. Al fine di ripristinare la struttura e migliorarne il comportamento sismico, data la sensibilità della destinazione d uso, si è proceduto come descritto di seguito. STATO DI FATTO L edificio si presenta con una pianta compatta di forma rettangolare e con due assi di simmetria estendendosi per circa 32 m nella direzione maggiore e per 25 m in quella minore, con una superficie coperta di circa 750 mq, due piani fuori terra ed un volume complessivo di circa mc. Strutturalmente l edificio è realizzato mediante struttura intelaiata in cemento armato. Le fondazioni sono di tipo diretto realizzate mediante travi a T rovesce con un anima 30x90 cm ed ala 180x25 cm. Pur non essendo presente un graticcio di fondazione che collega alla base i pilastri in due direzioni ortogonali questi sono collegati lungo una direzione e lungo il perimetro dell edificio. Le travi di fondazioni sono opportunamente rigide flessionalmente e con una superficie d impronta sul terreno tale da garantire uno stato tensionale compatibile con le caratteristiche meccaniche dei terreni di fondazione. I telai in elevazione sono costituiti da una tipologia mista tra telai piani e telai spaziali. Sia le travi che i pilastri sono stati progettati solo per condizioni di carico verticale. I pilastri sono stati dimensionati in funzione dell area di influenza, mentre le travi per schemi di travi parzialmente incastrate alle estremità. Si registra la presenza di quattro setti in c.a. di forma quadrata di lato 4.00 m e spessore 20 cm. Tali elementi sono debolmente armati con una doppia rete di armatura su entrambe le facce. Le armature presenti non sono in grado di conferire alcuna caratteristica di duttilità ai setti. I solai sono realizzati in latero cemento di 23 cm di spessore collegati da travetti di ripartizione delle dimensioni 30x15 cm. Nella zona centrale si trova un atrio coperto che strutturalmente rappresenta una interruzione degli impalcati di piano e che svetta in elevazione rispetto il solaio di copertura creando una irregolarità nella struttura. Il progetto di miglioramento delle prestazioni sismiche di un edificio come quello in oggetto, caratterizzato da insufficiente duttilità e resistenza, è stato ulteriormente complicato in questo caso dall aver riscontrato calcestruzzi di qualità inferiore a quanto previsto in fase progettuale e da notevoli valori di cedimenti in fondazione che rappresentavano la vera causa del quadro fessurativo. INDAGINI VERIFICHE PRELIMINARI E SISMICITA Essendo riusciti ad entrare in possesso solo parzialmente della documentazione relativa al progetto strutturale originale, propedeuticamente all avvio della fase progettuale si è avviata una campagna di indagini diagnostiche, basata su un accurato rilievo geometrico e strutturale (travi, pilastri e fondazioni) e su sondaggi finalizzati ad individuare l armatura presente, i particolari dei nodi, le caratteristiche meccaniche dei materiali nonchè il relativo stato di degrado e dei dissesti (quadri fessurativi e cedimenti). Scheda 3 pag.4

5 Il progetto del piano di indagini è stato redatto al fine di raggiungere un livello di conoscenza LC2 secondo quanto previsto dall O.P.C.M Il rilievo accurato dei cedimenti della struttura e del quadro fessurativo ha registrato cedimenti massimi di circa 130 mm e come questi fossero la causa del quadro fessurativo presente. Inoltre in corrispondenza della zona oggetto dei maggiori cedimenti si sono riscontrati valori di resistenza dei cls notevolmente inferiori a quelli di progetto (10-13 mpa). Inevitabilmente le verifiche strutturali dello stato di fatto hanno evidenziato, coerentemente a quanto previsto, la incapacità della struttura di resistere alle azioni di progetto relative alle nuove costruzioni. L edificio è collocato in una zona in pendio caratterizzato da una alternanza di depositi pluviocolluviali con strati di argille limose che possono essere classificati, ai sensi della OPCM 3274 e smi, come terreni di tipo B. Il comune di Ramacca è classificato in zona sismica di II categoria con =0,25 g. PROGETTO DELL INTERVENTO DI PROTEZIONE SISMICA Vista la tipologia del sistema strutturale costituita da telai in c.a., nonché la distribuzione dei singoli elementi resistenti, il miglioramento sismico è stato effettuato mediante l inserimento di controventi dissipativi con l obbiettivo di ridurre l effetto delle azioni orizzontali sul complesso strutturale in c.a., indirizzando l energia trasmessa dal sisma in zone opportunamente concepite in termini di resistenza e di capacità dissipativa (telai controventati). Pianta carpenteria piano terra e posizionamento Telaio controventato T.1 telai di controvento I controventi sono stati realizzati collegando in serie ad un asta in acciaio un dispositivo antisismico (dissipatore). La tipologia di dissipatori scelta per l intervento, rientra nella categoria dei dissipatori isteretici assiali ad instabilità impedita (Buckling Restrained Axial Dampers - BRAD). Tali sistemi, particolarmente adatti ad essere utilizzati per l adeguamento sismico di edifici intelaiati Scheda 3 pag.5

6 in acciaio, cemento armato o c.a.p., presentano le proprie capacità dissipative quando soggetti a cicli alterni di trazione e compressione Considerando la distribuzione degli ambienti, ed avendo valutato preliminarmente i carichi e le masse coinvolte, si è scelto di disporre i controventi all interno dei telai costituenti il vano centrale dell edificio, controventando quattro telai per ogni direzione principale, per un totale di 24 elementi dissipativi. Avendo concentrato l intervento in questa zona (atrio), priva di impalcato al primo ed al secondo livello, si sono agevolate le lavorazioni e si è potuto evitare di intervenire all interno delle aule o nei tompagni perimetrali, ovvero in zone che avrebbero comportato maggiori oneri per il ripristino dello stato dei luoghi e delle loro funzionalità. La progettazione del sistema dissipativo è stata effettuata in maniera iterativa cercando di conciliare il range di operatività del sistema controvento equivalente definita a livello teorico (quindi la rigidezza e la resistenza richiesta in funzione della struttura esistente), con le caratteristiche meccaniche e geometriche reali dei due elementi costituenti lo stesso. La procedura di calcolo ha seguito dunque due passi fondamentali: il primo, costituito dal calcolo della rigidezza e della resistenza equivalente dell intero sistema in funzione degli spostamenti di interpiano e dell azione sismica di riferimento, il secondo, costituito dalla scelta delle caratteristiche meccaniche e geometriche degli elementi asta e dissipatore e la relativa verifica mediante analisi non lineari. Nella tabella seguente si riportano le caratteristiche dei controventi dissipativi utilizzati in progetto. Caratteristiche dei controventi dissipativi Nella configurazione post intervento le azioni sismiche si concentrano nei controventi e di conseguenza nelle maglie strutturali che li contengono. Al fine di un efficace funzionamento dell intervento progettuale è necessario: in una logica di criterio di gerarchia delle resistenze, che gli elementi strutturali preposti al trasferimento delle azioni sismiche al terreno rimangano in campo elastico; che i cedimenti in fondazione siano trascurabili (in caso contrario le torri contenenti i controventi si comporterebbero come un corpo rigido incernierato alla base). I precedenti problemi sono stati risolti mediante l accoppiamento di angolari e piatti metallici alle travi ed ai pilastri delle torri di controvento e con la realizzazione di un sistema di micropali in corrispondenza dei punti di scarico sul terreno dei sistemi di controvento. Al fine di validare l efficacia della soluzione progettuale si sono effettuate analisi lineari e non lineari. Con riferimento a queste ultime si sono condotte delle analisi time-history non lineari utilizzando come input accelerogrammi spettro compatibili. Le analisi condotte hanno mostrato una notevole riduzione degli spostamenti e delle sollecitazioni nella struttura esistente, con al contempo richieste di duttilità nei dissipatori compatibili con quanto disponibile. Scheda 3 pag.6

7 Confronto massimi spostamenti di interpiano per il sistema con e senza contrventi dissipativi Le analisi non lineari effettuate sul sistema finale hanno mostrato come l obbiettivo di progetto dell adeguamento sismico, come definito dall O.P.C.M. n.3274/03 e s.m.i., venga ampiamente soddisfatto. Al contempo si è cercato di integrare l intervento progettuale con il contesto edilizio esistente. Vista dei telai controventati T.1-T.2 Gli studi condotti hanno mostrato l elevata efficacia della tecnica della dissipazione energetica, mediante dissipatori isteretici, nel migliorare la protezione sismica degli edifici esistenti in c.a.. A differenza di interventi tramite l isolamento alla base, i controventi dissipativi sono quasi sempre applicabili per strutture intelaiate in c.a., sebbene il loro utilizzo impone interventi diffusi all interno degli edifici producendo un non sempre trascurabile livello di invasività e di interferenza con il regolare svolgimento delle attività svolte. Scheda 3 pag.7

8 Vista del telaio T.1 Particolare dell attacco del controvento Scheda 3 pag.8