DOCUMENTO CONSUNTIVO

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1 COMUNE DI MONTORIO AL VOMANO Provincia di Teramo VERIFICHE TECNICHE DEI LIVELLI DI SICUREZZA SISMICA DELLA SCUOLA MEDIA B. CROCE (ai sensi della O.P.C.M.8 LUGLIO 2004 N.3362 e ss. mm. e ii.) DOCUMENTO CONSUNTIVO Data: Maggio 2014 Il Tecnico: Ing. Domenico BARNABEI Ing. Manuele TIBERII E' VIETATA LA RIPRODUZIONE E LA DIFFUSIONE, ANCHE PARZIALE, DEL PRESENTE ELABORATO SENZA LA PREVENTIVA AUTORIZZAZIONE DELL'AUTORE.

2 INDICE 1.0 PREMESSA CRONOLOGIA EDIFICAZIONE DESCRIZIONE TIPOLOGICA E STRUTTURALE ANALISI SISMICA E LIVELLO DI CONOSCENZA CARATTERISTICHE DEI MATERIALI 5.1 Caratteristiche dei materiali utilizzati nella fase progettuale e di realizzazione 5.2 Caratteristiche materiali rilevate dalle prove in situ e valori medi utilizzati nell analisi Calcestruzzo Acciaio 6.0 TERRENO DI FONDAZIONE PROCEDURA DI CALCOLO PER LA MODELLAZIONE DEI CORPI STRUTTURALI 7.1 Valori di riferimento delle accelerazioni e dei periodi di ritorno 7.2 Modellazione ed analis 7.3 Criteri di schematizzazione della struttura 7.4 Analisi dinamica modale 7.0 INTERPRETAZIONE DEI RISULTATI, ELEMENTI PIU VULNERABILI E POSSIBILI INTERVENTI DI MIGLIORAMENTO E RELATIVI COSTI ALLEGATI : - ALLEGATO 1: Relazioni di calcolo su supporto informatico - ALLEGATO 2: Elaborati grafici Tavv

3 1.0 PREMESSA Quanto di seguito esposto è il risultato dell analisi della documentazione fornita dalla Comune di Montorio al Vomano, dalla Prefettura di Teramo e dal Genio Civile costituita da elaborati tecnici ed amministrativi e dai rilevamenti effettuati in loco. L edifico scolastico si sviluppa su due corpi di fabbrica su più livelli, strutturalmente autonomi per presenza di giunti ed elementi di separazione strutturale, realizzati agli inizi degli anni 60. La descrizione dei corpi è la seguente : - Primo corpo strutturale autonomo, individuato come Corpo USA, costituito da telai in c.a. non tutti collegati tra loro; articolato su tre livelli oltre sottotetto e copertura; il fabbricato è a destinazione attività didattica ed amministrativa, servizi e locali accessori per una superficie coperta di piano pari a 635,00 mq; - Secondo corpo strutturale individuato come Corpo USB, costituito da telai in c.a. non tutti collegati tra loro; articolato su un unico livello; il fabbricato è a destinazione palestra e spogliatoi, servizi e locali accessori per una superficie coperta di piano pari 390,00 mq; Parimenti, sono presenti altri corpi di fabbrica quali la scala antincendio, nucleo ascensore che essendo strutturalmente giuntati dalla scuola media e dalla palestre ed essendo state realizzate successivamente all entrata in vigore della Legge 2 febbraio 1974, n. 64 (Provvedimenti per le costruzioni con particolari prescrizioni per le zone sismiche) non sono oggetto di analisi. 2

4 2.0 CRONOLOGIA EDIFICAZIONE L Amministrazione Comunale di Montorio al Vomano, affidò l incarico per la redazione della progettazione esecutiva della Scuola di Avviamento Professionale (oggi Scuola Media) all Ing. Nino FIORITI, il progetto fu redatto in data ed approvato dal Provveditorato Regionale alle Opere Pubbliche in data per un importo complessivo di ed un progetto stralcio I Lotto (scuola USA) per un importo complessivo di Assuntore dei lavori fu l impresa COSTANTINI Antonio ed i lavori furono consegnati il 15 novembre 1960 ed ultimati in data , sotto la Direzione dei Lavori dell Ing. Nino FIORITI. Ispettore delle Opere in C.A. (ai sensi del R.D.L , n. 2229) fu nominato dalla Prefettura di Teramo, con nota n del , l Ing. MARCHEGIANI Mario collaudatore delle strutture in cemento armato fu incaricato l Ing. Mario SCIARRA che rimise il certificato di collaudo in data Quanto sopra descritto, è relativo al I Lotto costituito dal Corpo USA del II Lotto ovvero del Corpo USB non è stato reperito alcun atto documentale circa la cronologia dell edificazione; risultano degli elaborati strutturali depositati, all Ufficio del Genio Civile di Teramo, in ottemperanza alla Legge n Provvedimenti per l'edilizia, con particolari prescrizioni per le zone sismiche ; tali elaborati benchè attestati dall Ingegnere Capo del Genio Civile risultano senza data. I lavori ebbero inizio in data ed Ispettore delle Opere in C.A. (ai sensi del R.D.L , n. 2229) fu nominato dalla Prefettura di Teramo, l Ing. ORSINI Gino. 3

5 3.0 DESCRIZIONE TIPOLOGICA E STRUTTURALE Le caratteristiche geometriche degli elementi strutturali nonché le armature sono state desunte dagli elaborati grafici di progetto e da indagini in loco tese a riscontrarne, la corrispondenza (misurazioni dirette e rilevazioni presenza armature con pacometro) che, sostanzialmente hanno confermato i dati progettuali. Dal punto di vista strutturale le opere sono realizzate in calcestruzzo armato gettato in opera; gli elementi resistenti travi e pilastri - realizzano telai piani parzialmente collegati tra loro. Gli orizzontamenti sono realizzati con solai gettati in opera in latero-cemento che assicurano l indeformabilità nel piano e la ripartizione delle forze orizzontali. Fondazioni: le fondazioni sono del tipo dirette a travi rovesce i di fabbrica con travi di collegamento (parziali) nelle due direzioni; Strutture in elevazione: sono costituite da travi e pilastri Solai : i solai sono in latero - cemento con h=20+4 solai di piano, h=16+4 i solai di copertura; Scale: sono state realizzate in C.A.; Giunti strutturali: i due corpi di fabbrica USA USB sono tra loro giuntati; con selle di appoggio in C.A.; Copertura: la copertura è a falde Sul corpo strutturale, così come sopra descritto, non sono state apportate significative modifiche. Maggiori dettagli possono desumersi sulle sezioni utilizzate e carpenterie possono desumersi dagli elaborati grafici allegati: - Tav. 1 Stralcio Planimetria catastale ed abaco Corpi di Fabbrica - Tav. 2 Piante e prospetti - Tav. 3 Fili fissi e carpenteria fondazioni - Tav. 4 Carpenteria primo e secondo impalcato - Tav. 5 Carpenteria terzo e quarto impalcato - Tav. 6 Carpenteria palestra e spogliatoi 4

6 4.0 ANALISI SISMICA E LIVELLO DI CONOSCENZA Ai fini della scelta del tipo di analisi e dei valori del fattore di confidenza è stato raggiunto un Livello di Conoscenza LC2: Conoscenza Adeguata Tabella C8A.1.2 Livelli di conoscenza in funzione dell informazione disponibile e conseguenti metodi di analisi ammessi e valori dei fattori di confidenza per edifici in calcestruzzo armato o in acciaio Tabella C8A.1.3a Definizione orientativa dei livelli di rilievo e prove per edifici in c.a. 5

7 5.0 CARATTERISTICHE DEI MATERIALI 5.1 Caratteristiche materiali utilizzati nella fase progettuale e di realizzazione Dalla documentazione in possesso si evincono che le caratteristiche meccaniche dei materiali utilizzati all epoca della progettazione-costruzione furono: Calcestruzzo Cemento Tipo 300/730 Acciaio Tipo Snervamento f y Rottura f t Allungamento Tensione Amm.le [N/mm 2 ] [N/mm 2 ] A 10φ [%] [N/mm 2 ] Aq 42 > <f t <500 > considerato che il progetto è stato redatto agli inizi degli anni sessanta i materiali utilizzati erano quelli previsti dalla normativa dell epoca ovvero: R.D.L N.2229 Norme per l'esecuzione delle opere in conglomerato cementizio semplice o armato Circ. Min. LL.PP n.1472_armatura delle strutture in cemento armato 5.2 Caratteristiche materiali rilevate dalle prove in situ e valori medi utilizzati nell analisi Per la determinazione delle caratteristiche dei materiali sono state condotte prove non distruttive costituite da indagini microsismiche (Metodo SONREB) e prove distruttive in situ costituite da carotaggi di calcestruzzo e da prelievi delle barre Calcestruzzo I carotaggi, ovvero il prelievo di campioni cilindrici, detti carote, mediante carotatrici a corona diamantata; il prelievo delle carote è stato eseguito conformemente alla norma UNI EN (2002) che indica, come criterio fondamentale da adottare nella esecuzione di tali prelievi, quello di ridurre al minimo il danneggiamento del campione nel corso delle operazioni di estrazione. Nei prelievi effettuati si è riscontrata una profondità di carbonatazione superiore allo spessore medio del copriferro. Nella tabella che segue sono riportate il numero progressivo e la sigla delle indagini non distruttive (Metodo SONREB) e di quelle distruttive (Carotaggi), la posizione in opera e la resistenza cilindrica a compressione. 6

8 Si è calcolata la resistenza media f cm effettuando la media tra i valori ottenuti dalle prove distruttive e quelli valutati tramite le curve Sonreb N. Sigla Prova Posizione in opera dichiarata Resistenza a compressione f c [Mpa] 1 C1 Carotaggio Pilastro piano secondo 28,7 2 C2 Carotaggio Trave secondo solaio 18,3 3 C3 Carotaggio Pilastro piano primo 27,4 4 C4 Carotaggio Pilastro piano primo 29,9 5 C5 Carotaggio Trave primo solaio 14,6 6 C6 Carotaggio Pilastro piano terra 12,7 7 C7 Carotaggio Pilastro piano terra 14,5 8 C8 Carotaggio Pilastro palestra 13,6 9 S1 Sonreb Pilastro palestra 14,9 10 S2 Sonreb Trave primo solaio 16,0 11 S3 Sonreb Trave primo solaio 18,5 12 S4 Sonreb Trave secondo solaio 19,7 13 S5 Sonreb Pilastro piano secondo 30,2 14 S6 Sonreb Pilastro piano secondo 28,0 15 S7 Sonreb Trave sottotetto 25,2 16 S8 Sonreb Pilastro sottotetto 26,4 17 S9 Sonreb Trave secondo solaio 20,3 18 S10 Sonreb Trave primo solaio 15,3 19 S11 Sonreb Pilastro palestra 20,3 f cm 20, Acciaio Sono stati prelevati spezzoni di armatura con modalità ed in punti tali da non compromettere l integrità dell elemento strutturale cercando di ridurre al minimo il danno conseguente Dalle certificazioni dei risultati si riepilogano N. Diametro [mm] Snervamento f y [N/mm 2 ] Rottura f t [N/mm 2 ] Allungamento [%] 1 16,00 355,11 489,70 21,3 2 14,00 364,50 501,83 30,0 3 12,00 385,60 546,61 22,7 4 12,00 492,50 719,39 27,5 7

9 Per la determinazione delle caratteristiche meccaniche dell acciaio si dovrà fare riferimento alla normativa utilizzata all epoca della progettazione ovvero al Regolamento sulle opere in c.a. R.D n Norme per l esecuzione delle opere in conglomerato cementizio semplice o armato nonché alla Circolare n del 23 maggio 1957 (emanata dal Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici) riguardante le Armature delle strutture in cemento armato che ribadisce che la tensione ammissibile a trazione delle armature non deve superare il 50% del carico di snervamento e comunque non superare i valori riportati in tabella: Classi Tensione ammissibile a Tensione di Tensione di Allungamento acciaio trazione [Kg/cm 2 ] snervamento [Kg/cm 2 ] rottura [Kg/cm 2 ] a rottura [%] Aq f y > <f u < 5000 > 20 Aq f y > <f u < 6000 > 16 Aq f y > <f u <7000 > 14 dal confronto dei risultati dei prelievi con i limiti dettati dalla normativa dell epoca, si evidenzia che la barra con diametro 12 [mm] presenta una tensione di rottura pari a 719,39 [N/mm 2 ] non compatibile con l Acciaio Aq60 per cui detto valore cautelativamente non sarà considerato il valore medio di resistenza sarà: N. Diametro [mm] Classe Acciaio f y [ N/mm 2 ] 1 16,00 Aq42 355, ,00 Aq , ,00 Aq ,60 f y m 368, TERRENO DI FONDAZIONE La caratterizzazione del terreno è stata eseguita attraverso l osservazione il reperimento dati di siti limitrofi, esecuzione di un sondaggio geognostico con perforatrice idraulica, tre prove penetrometriche DPSH, tre misure di microtremori ed una prospezione sismica con tecnica MASW. Il terreno di posa delle fondazioni è costituito da limo argilloso e sabbioso marrone scuro consistente. In base alle indagini eseguite risulta che il terreno è classificato nella Categoria B: 8

10 La categoria topografica del suolo risulta T2 Maggiori dettagli possono desumersi dalla relazione geologica a firma del Dott. Geol. Madior CAMERATI. 9

11 7. PROCEDURA DI CALCOLO PER LA MODELLAZIONE DEI CORPI STRUTTURALI 7.1 Valori di riferimento delle accelerazioni e dei periodi di ritorno L'azione sismica viene calcolata secondo quanto stabilito nelle NTC ai paragrafi 3.2, e Si specifica che: - la vita nominale V N 50 anni (opere ordinarie Tab. 2.4.I NTC); - la classe d uso è III (costruzioni il cui uso preveda affollamenti significativi NTC), ciò implica un valore di C U pari a 1,5 (Tab. 2.4.II NTC); - il periodo di riferimento V R = V N * C U 75 anni (Tab. C.2.4.I); - il sito in cui sorgerà l edificio è ubicato alle coordinate 13,6368 E e 42,5831 N; I parametri sono stati desunti mediante il software "Spettri di riposta ver " messo a disposizione dal Ministero LL.PP. 10

12 con i seguenti valori di riferimento delle accelerazioni e dei periodi di ritorno dell azione sismica: Parametri dello spettro di risposta orizzontale SLV SLC SLD SLO Tempo di ritorno Accelerazione sismica Coefficiente Fo Periodo T C*

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14 7.2 Modellazione e analisi La struttura è stata modellata utilizzando i seguenti elementi finiti: - BEAM: travi, pilastri, travi di fondazione - SHELL: piastre e setti in c.a La presenza di solai sufficientemente rigidi nel loro piano consente di considerare il vincolo di diaframma per i punti appartenenti ad uno stesso impalcato. Il tipo di analisi applicato è l analisi dinamica lineare con spettro di risposta. 7.3 Criteri di schematizzazione della struttura La struttura è stata modellata con il metodo degli elementi finiti utilizzando vari elementi di libreria specializzati per schematizzare i vari elementi strutturali. In particolare le travi ed i pilastri sono state schematizzate con elementi trave a due nodi deformabili assialmente, a flessione e taglio utilizzando funzioni di forma cubiche di Hermite, modello finito che ha la caratteristica di fornire la soluzione esatta in campo elastico lineare per cui non necessita di ulteriore suddivisioni interne degli elementi strutturali. Per gli elementi strutturali bidimensionali (pareti a taglio, setti, nuclei irrigidenti, piastre o superfici generiche) è stato utilizzato un modello finito a 3 o 4 nodi di tipo shell che modella sia il comportamento membranale (lastra) che flessionale (piastra). Tale elemento finito di tipo isoparametrico è stato modellato con funzioni di forma di tipo polinomiale che rappresentano una soluzione congruente ma non esatta nello spirito del metodo FEM. Per questo tipo di elementi finiti la precisione dei risultati ottenuti dipende dalla forma e densità della mesh. Il metodo degli elementi finiti è efficiente per il calcolo degli spostamenti nodali ed è sempre rispettoso dell equilibrio a livello nodale con le azioni esterne. Le verifiche sono state effettuate sia direttamente sullo stato tensionale ottenuto, per le azioni di tipo statico e di esercizio. Per le azioni dovute al sisma (ed in genere per le azioni che provocano elevata domanda di deformazione anelastica), le verifiche sono state effettuate sulle risultanti (forze e momenti) agenti globalmente su una sezione dell oggetto strutturale. Nel modello sono stati tenuti in conto i disassamenti tra i vari elementi strutturali 13

15 schematizzandoli come vincoli cinematici rigidi. L analisi delle sollecitazioni è stata condotta in fase elastica lineare tenendo conto eventualmente degli effetti del secondo ordine. Le sollecitazioni derivanti dalle azioni sismiche sono state ottenute sia da analisi statiche equivalenti che con da analisi dinamiche modali. I vincoli tra i vari elementi strutturali e con il terreno sono stati modellati in maniera congruente al reale comportamento strutturale. Il modello di calcolo ha tenuto conto dell interazione suolo-struttura schematizzando le fondazione superficiali (con elementi plinto, trave o piastra) su suolo elastico alla Winkler. Per le verifiche sezionali sono stati utilizzati i seguenti legami: Legame parabola-rettangolo del calcestruzzo Legame costitutivo di progetto del calcestruzzo Legame elastico-perfettamente plastico/incrudente dell acciaio a duttilità limitata Legame costitutivo di progetto acciaio per c.a. 14

16 7.4 Analisi dinamica modale L'analisi modale con spettro di risposta consiste: - nella determinazione dei modi di vibrare della costruzione (analisi modale), - nel calcolo degli effetti dell'azione sismica, rappresentata dallo spettro di risposta di progetto, per ciascuno dei modi di vibrare individuati, - nella combinazione di questi effetti. L analisi sismica dinamica è stata svolta con il metodo dell analisi modale; la ricerca dei modi e delle relative frequenze è stata perseguita con il metodo di Jacobi. I modi di vibrazione considerati (12 in questo casdo) sono in numero tale da assicurare l eccitazione di più dell 85% della massa totale della struttura in accordo con la normativa vigente ( ). Per la combinazione degli effetti relativi ai singoli modi il programma di calcolo utilizza una combinazione quadratica completa (CQC) degli effetti relativi a ciascun modo, come indicato nel Per ciascuna direzione di ingresso del sisma si sono valutate le forze applicate spazialmente agli impalcati di ogni piano (forza in X, forza in Y). Gli effetti sulla struttura (sollecitazioni, deformazioni, spostamenti, ecc.) sono combinati successivamente, applicando l'espressione : dove Ex e Ey rappresentano l applicazione dello spettro di progetto nelle due direzioni con rotazione dei coefficienti moltiplicativi e conseguente individuazione degli effetti più gravosi. Si è scelto di considerare la predominanza delle componenti orizzontali del sisma (secondo x e y), trascurando invece quella verticale. Bisogna inoltre considerare, per ogni direzione, il sisma agente in entrambi i versi pertanto la precedente relazione rappresenta 8 possibili condizioni. A ciascuna delle 8 combinazioni va aggiunto l effetto dell eccentricità del centro di massa che si ottiene considerando le quattro posizioni eccentriche del centro di massa ovvero i quattro possibili valori dei momenti statici applicati(±mtx e ±Mty). L azione sismica è pertanto rappresentata da 32 combinazioni. Le forze orizzontali così calcolate vengono ripartite fra gli elementi irrigidenti (pilastri e pareti di taglio), ipotizzando i solai dei piani sismici infinitamente rigidi assialmente. Per la verifica della struttura si è fatto riferimento all analisi modale, pertanto sono prima calcolate 15

17 le sollecitazioni e gli spostamenti modali e poi viene calcolato il loro valore efficace. I valori delle sollecitazioni sismiche sono combinate linearmente (in somma e in differenza) con quelle per carichi statici per ottenere le sollecitazioni per sisma nelle due direzioni di calcolo. Gli angoli delle direzioni di ingresso dei sismi sono valutati rispetto all asse X del sistema di riferimento globale. Maggiori dettagli possono desumersi dalle relazioni di calcolo allegate su supporto informatico. 16

18 8. INTERPRETAZIONE DEI RISULTATI, ELEMENTI PIU VULNERABILI E POSSIBILI INTERVENTI DI MIGLIORAMENTO E RELATIVI COSTI L analisi, per la determinazione dei livelli di accelerazione al suolo per diversi SL, è stata condotta considerando i corpi di fabbrica USA ed USB isolati in quanto tra i diversi corpi sono presenti giunti strutturali. Considerando i valori di domanda e di capacità in termini di PGA relativamente allo SLV avremo i seguenti indici di rischio: Unità strutturale PGA DLV PGA CLV αu v USA 0,327 g 0,105 g 0,320 USB 0,327 g 0,119 g 0,363 Dall analisi strutturale dello stato di fatto si sono riscontrate le seguenti carenze: rottura dei nodi trave-pilastro dovuta alle azioni trasmesse direttamente dalle travi e dai pilastri convergenti nel nodo stesso, che tipicamente avviene per una prevalente sollecitazione tagliante nel pannello di nodo; rottura del collegamento nodo-pilastro inferiore per scorrimento in corrispondenza della ripresa di getto o per taglio all'estremità superiore del pilastro determinata dalla componente tagliante della forza di puntone equivalente trasmessa dal pannello di tamponamento della maglia strutturale; rottura per taglio e flessione delle travi; rottura per taglio dei cosiddetti pilastri corti, tipicamente presenti nelle scale o determinati dalla presenza di finestrature a nastro con muratura di tamponamento robusta. Non si procede alla determinazione dei costi degli interventi di adeguamento in quanto sarà oggetto del progetto preliminare. Di seguito, per le singole unità strutturali si riportano gli schemi di impegno degli elementi strutturali. 17

19 Scuola Media 18

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21 Scuola Media - Palestra 20

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