LICEO STATALE VITRUVIO POLLIONE. Comune di Avezzano. Provincia de L Aquila RELAZIONE SPECIALISTICA SUL MIGLIORAMENTO SISMICO

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2 LICEO STATALE VITRUVIO POLLIONE Comune di Avezzano Provincia de L Aquila RELAZIONE SPECIALISTICA SUL MIGLIORAMENTO SISMICO Università degli Studi Roma Tre Dipartimento di Strutture Responsabile: Prof. Ing. Camillo Nuti c.nuti@uniroma3.it Gruppo di lavoro: Ing. A. Bergami, PhD abergami@uniroma3.it Ing. D. Pierucci Ing. D. Foresi Data emissione Redatto Verificato Revisione 16 Marzo 2011 A. Bergami C. Nuti - 1

3 Sommario Normativa di riferimento... 4 Definizione dell azione sismica... 5 Livello di protezione sismica... 5 Parametri di risposta locali... 6 Stato di fatto, quadro del danneggiamento/ammaloramento/carenze strutturali... 8 Descrizione della struttura... 8 Rilievo strutturale... 8 Edificio A... 8 Edificio B Edificio C Edificio D Rilievo dell ampiezza dei giunti Edifici A-B-C Caratterizzazione meccanica di calcestruzzo ed acciaio da c.a Vulnerabilità sismica Considerazione sulla resistenza ai carichi gravitazionali Determinazione della vulnerabilità sismica Interventi strutturali Obiettivo degli interventi strutturali Descrizione generale degli interventi Interventi sui giunti Interventi strutturali sulle fondazioni Edificio A Edificio B Edificio C Edificio D Interventi strutturali in elevazione Edificio A/B/C - irrigidimento dei solai nel proprio piano Edificio A/B/C - realizzazione di travi Edificio B - realizzazione di fasce piene Edificio A/B/C - Inserimento di setti in c.a Edificio A /C - realizzazioni di rinforzi in FRP Edificio A /C - Inserimento dei controventi dissipativi

4 Edificio A/B/C/D - altri interventi necessari Edificio D - adeguamento Materiali per l intervento di miglioramento Calcestruzzo Acciaio per barre d armatura Acciaio per carpenteria metallica FRP Rinforzi con fibre di carbonio

5 Normativa di riferimento DM 14/01/2008 Nuove norme tecniche per le costruzioni Circolare 617/2009: Istruzioni per l'applicazione delle Nuove norme tecniche per le costruzioni di cui al decreto ministeriale 14 gennaio 2008 CNR-DT 200/2004 Istruzioni per la progettazione, l esecuzione ed il controllo di interventi di consolidamento statico mediante l utilizzo di compostiti fibrorinforzati 4

6 Definizione dell azione sismica L azione sismica viene definita in termini di spettro di risposta in accelerazione, elastico o di progetto, definito a partire : - dalla pericolosità sismica del sito dove sorge la costruzione - dal livello di protezione sismica che si vuole garantire all opera - dai parametri di risposta locali, come il sottosuolo e la topografia, che modificano l input sismico Per le valutazioni preliminari, oggetto della presente, si riportano le assunzioni fatte. Pericolosità sismica Le coordinate geografiche del sito dove sorge il Liceo Scientifico Vitruvio Pollione di Avezzano (AQ) latitudine = longitudine = da cui si ricavano i tre parametri che caratterizzano gli spettri di risposta al variare del periodo di ritorno dell evento sismico. Livello di protezione sismica In accordo con NTC , si assume una vita nominale dell opera (VN) pari a 50 anni e, data l importanza sociale dell opera, una classe d uso non inferiore alla III (CU=1.5). La vita di riferimento dell opera risulta pari a : VN CU = 75 anni. I tre parametri che caratterizzano gli spettri di risposta al variare degli stati limite, come definiti in normativa, sono: 5

7 Figura 1. Spettro di risposta orizzontale elastico in accelerazione (cat. A, top. T1, x 5%) per tutti gli stati limite di progetto Parametri di risposta locali Fatte salve le raccomandazioni di approfondimento sulla risposta sismica locale a causa delle peculiarità della stratigrafia dell opera, si assumono per valide le valutazioni preliminari contenute nella relazione indagini geognostiche geotecniche e geofisiche propedeutiche alle 6

8 verifiche delle strutture del liceo scientifico V. Pollione in via Cavalieri di Vittorio Veneto - Avezzano (Aq). Sito AV1 per cui sono emersi i seguenti risultati: categoria di suolo tipo B prossima a C si considera in via cautelativa un terreno tipo C 7

9 Stato di fatto, quadro del strutturali Descrizione della struttura La struttura è costituita da quattro corpi di fabbrica: due edifici aule (denominati nel seguito Edificio A ed Edificio C), un edificio destinato alla biblioteca ed agli uffici (denominato Edificio B) ed uno destinato alle palestre (denominato Edificio D collegato alle altre strutture mediante un corridoio coperto). danneggiamento/ammaloramento/carenze Figura 2. Planimetria del complesso scolastico Rilievo strutturale Edificio A L edificio si articola su 5 livelli oltre ad un sottotetto accessibile per sola manutenzione. L altezza interpiano è di 3.6m ad eccezione di un primo livello seminterrato avente altezza 3.3m per un altezza complessiva di 20.30m. 8

10 La configurazione planimetrica dell Edifico A è di tipo rettangolare con dimensioni in pianta 13.20x33.70m, così come riportato nella carpenteria tipo di Figura 2; L edificio è dotato di un corpo scala, anch esso di forma rettangolare e dimensioni 7.40x4.10m, posto lungo il lato da 33.7m. E munito di scala metallica anti incendio che non è collegata alla struttura. L Edificio A presenta un vano ascensore 2.65x1.7m delimitato da un setto di dimensioni 3.45x0.2m che si riduce, dalla quota 6.9m, a 1.05m. I pilastri hanno forma rettangolare a ciascun livello, le dimensioni variano a ciascun piano. In particolare, al I livello hanno dimensioni 115x30cm, tre pilastri (quelli lato scale da 70x30) e un unico pilastro (quello del vano ascensore è da 50x30cm) al II livello i pilastri 115x30cm rastremano fino ad una sezione di 100x30cm (ad eccezione del pilastro numero 7 che rimane a sezione costante), al III livello hanno sezione 90x30cm, al IV livello hanno sezione 80x30cm, al V livello la sezione rimane di 80x30cm. Figura 3. Carpenteria q.r.3.3m 9

11 Figura 4. Carpenteria q.r.6.9m Figura 5. Carpenteria q.r. 10.5m 10

12 Figura 6. Carpenteria q.r. 14.1m Figura 7. Carpenteria q.r. 17.7m Le travi sono quasi tutte emergenti ad eccezione di tre travi quelle comprese tra il pilastro e che sono 100x30cm e quella compresa tra il pilastro 6-7 che ha sezione 26x200; la sezione delle travi emergenti si riduce lungo l altezza dell edificio rispettivamente dal I al V livello hanno sezione 30x100cm, 30x100cm, 30x80cm, 30x80cm, 30x60cm in copertura le travi hanno sezione 30x60cm. Lungo i telai di perimetro sono presenti al piano interrato aperture per finestre aventi altezza di circa 0.8m nei piani sovrastanti le aperture hanno altezza netta di circa 1.5m 11

13 Edificio B L edificio si articola su 3 livelli all ultimo dei quali spicca un torrino realizzato in corrispondenza della biblioteca con funzione di illuminare la biblioteca. L altezza interpiano è di 3.6m ad eccezione di un primo livello seminterrato avente altezza 3.3m e del torrino che ha un altezza di 2.10m per un altezza complessiva dell edificio di 12.60m. La configurazione planimetrica dell Edifico B è di tipo quadrangolare con dimensioni in pianta 25.15x35.25m, così come riportato nella carpenteria tipo di Figura 8; L edificio è ospita gli uffici, la biblioteca e l ingresso principale della scuola. I pilastri hanno forma rettangolare a ciascun livello, le dimensioni variano a ciascun piano. In particolare, al I livello hanno dimensioni 120x30cm (pilastri esterni lato ingresso), 110x30cm, 100x30cm, ad eccezione di tre pilastri che hanno dimensioni 40x30cm, 30x30cm, 165x30cm, al II livello i pilastri rastremano ano con una riduzione della sezione lato lungo di 10 cm, al III livello la sezione dei pilastri si mantiene costante. Figura 8. Carpenteria q.r. 3.3m Le travi lungo il perimetro sono tutte emergenti e hanno sezione 60x30cm costante lungo l altezza dell edificio, le travi interne sono sia emergenti che a spessore con sezione rispettivamente di 90x30cm o 80x30cm e 100x24cm. 12

14 Figura 9. Carpenteria q.r. 6.9m Figura 10. Carpenteria q.r. 10.5m Edificio C L edificio C è pressoché uguale all edificio A ma si articola su 4 livelli oltre ad un sottotetto. L altezza interpiano è di 3.6m ad eccezione di un primo livello seminterrato avente altezza 3.3m per un altezza complessiva di 16.7m. 13

15 La configurazione planimetrica dell Edifico C è di tipo rettangolare con dimensioni in pianta 13.20x33.70m, così come riportato nella carpenteria tipo di Figura 11; L edificio è dotato di un corpo scala, anch esso di forma rettangolare e dimensioni 7.40x4.10m, posto lungo il lato da 33.7m. E munito di scala metallica anti incendio che non è collegata alla struttura. L Edificio C al contrario dell Edificio A non ha l ascensore. I pilastri hanno forma rettangolare a ciascun livello, le dimensioni variano a ciascun piano. In particolare, al I livello hanno dimensioni 120x30cm, 110x30cm, 70x30cm, al II livello i pilastri 120x30cm e quelli da 110x30cm rastremano fino ad una sezione rispettivamente di 110x30cm e 100x30cm, al III livello rastremano ulteriormente fino ad una sezione rispettivamente di 100x30cm e 90x30cm, al IV livello si riducono fino ad una sezione rispettivamente di 90x30cm e 80x30cm. Figura 11. Carpenteria q.r. 3.3m 14

16 Figura 12. Carpenteria q.r. 6.9m Figura 13. Carpenteria q.r. 10.5m 15

17 Figura 14. Carpenteria q.r. 14.1m Le travi sono quasi tutte emergenti ad eccezione di tre travi quelle comprese tra il pilastro 12-14, 11-15, che hanno sezione 100x30cm; la sezione delle travi emergenti si riduce lungo l altezza dell edificio rispettivamente dal I al IV livello hanno rispettivamente sezione 30x100cm, 30x90cm, 30x80cm, 30x60cm, in copertura le travi hanno sezione 30x60cm. Lungo i telai di perimetro sono presenti al piano interrato aperture per finestre aventi altezza di circa 0.8m nei piani sovrastanti le aperture hanno altezza netta di circa 1.5m Edificio D L edificio D ovvero le palestre della scuola, si articola su un unico livello oltre ad un soppalco che contiene gli spalti. La configurazione planimetrica dell Edifico D è simmetrica con due elementi in pianta rettangolari di dimensioni 16.30x35.30m di altezza 10m, separati da un terzo elemento in pianta 8.40x25.30m di altezza inferiore pari a 5m, così come riportato nella carpenteria tipo di Figura 15. L edificio è dotato di un corridoio antistante che permette l accesso alle palestre. Il perimetro della palestra è caratterizzato da grandi pareti tamponate con finestre a nastro di dimensione 15.10x7.5m. 16

18 Figura 15. Carpenteria primo solaio Figura 16. Carpenteria copertura 17

19 Rilievo dell ampiezza dei giunti Dal primo sopralluogo effettuato si è rilevato che i 4 edifici che costituiscono il complesso scolastico sono separati da giunti che risultano essere intonacati e tamponati: in fondazione sono in adiacenza, in elevazione hanno uno spessore di circa 10 cm. I giunti risultano sufficienti, se ripristinati, per gli interventi di miglioramento previsti e successivamente discussi. Al piano terra non si prevede la necessità di giunti in quanto è prevista la realizzazione di setti in c.a. in continuità che irrigidiranno l intero interrato. Il rilievo è stato effettuato mettendo a nudo porzioni di elementi strutturali (trave-trave e/o pilastropilastro) presenti alle estremità dei giunti e misurandone le distanze. L indagine è stata effettuata in corrispondenza di più livelli. Figura 17. Disposizione in pianta dei giunti 18

20 Condizioni generali della struttura Si riporta a seguire una breve sintesi delle condizioni generali degli edifici (per maggiori dettagli si rimanda alla Relazione sulla vulnerabilità sismica) Edifici A-B-C Le strutture dei corpi A,B e C risultano essere fortemente ammalorate: tutti gli edifici manifestano problemi di carbonatazione, corrosione delle armature, infiltrazione di acqua. Dai rilievi e dai saggi eseguiti: è risultata una qualità dell edificato non conforme alle specifiche tecniche riportate negli elaborati tecnici di progetto: dettagli costruttivi difformi dagli elaborati di progetto (es. passo delle staffe fortemente variabile, assenza di staffe in alcuni pilastri, osservata in una trave assenza di armature longitudinali in zona compressa) resistenza del calcestruzzo inferiore ai valori di progetto (il progetto prevedeva un Rck 25 mentre le prove sui campioni hanno evidenziato resistenze inferiori pari, in alcuni casi a inferiori ad Rc 15 rif. prove di caratterizzazione sui materiali). assenza di fasce piene e travetti rompi tratta per i solai caratterizzati da luci dell ordine di 7,5m ed in alcuni casi anche superiori ai 9 m. soletta in c.a. dei solai di spessore variabile e comunque sempre modesto Dalle prove di Carico eseguite sui solai: è emerso che: i solai hanno manifestato, per un carico di prova coincidente con il carico di esercizio secondo il DM 2008 Q k,dm2008 = 300 kg/mq, inferiore al carico di progetto Q k,design =350 kg/mq, forti deformazioni residue. Tali risultati sono conformi ai risultati numerici circa la presunta capacità portante dei solai (non sono stati rinvenuti documenti tecnici)l significativa freccia residua. Caratterizzazione meccanica di calcestruzzo ed acciaio da c.a. Per la caratterizzazione meccanica dei materiali sono state previste prove distruttive e non distruttive per ognuno dei tre edifici principali. Le prove non distruttive hanno portato alla valutazione della resistenza del cls per travi e pilastri: Tab. 1 Risultati delle prove non distruttive Edificio R ckm travi R ckm pilastri R ckm R* ckm R ckm R* ckm A B C D

21 Il valore di R ckm è stato calcolato considerando in prima battuta la media dell indice di rimbalzo, è stato poi calcolato il valore della resistenza considerando la media dell indice di rimbalzo depurata del valore massimo e minimo (R* ckm ). Si è a disposizione, inoltre, dei risultati ottenuti dalle prove effettuate sulle carote di travi e pilastri, attraverso cui è stata misurata la resistenza cubica a compressione del cls. Si riportano di seguito i risultati delle prove; è stato calcolato un valore medio tra la resistenza ottenuta delle prove Sonreb e quelle distruttive. Tab. 2 Risultati delle prove distruttive e valori mediati con i risultati ottenuti dal metodo Sonreb Edificio Rc = Resist. provino (MPa) (R c +R c_sonreb )/2 A B C D Media (Rc= valor medio della resistenza dei cmpioni prelevati da ciascun edificio) L acciaio utilizzato negli edifici A,B,C risulta l Aq42 con le seguenti caratteristiche: Tab. 3 Caratteristiche meccaniche dell acciaio Aq42 (Edifici A,B,C) kg/cm 2 Mpa Tensione di rottura Tensione di snervamento Allungamento 20% Tensione ammissibile Non sono state eseguite prove di caratterizzazione dell acciaio dell edificio D essendo questo di moderna realizzazione: Acciaio da c.a. FeB 44 K 20

22 Vulnerabilità sismica Considerazione sulla resistenza ai carichi gravitazionali Dalle verifiche di resistenza delle strutture eseguite: Edifici A,B 1,C Solai: è emersa la criticità dei solai, a conferma dei risultati ottenuti anche dalle prove di carico, dei quali è stata valutata la resistenza a taglio e flessione sulla base delle informazioni a disposizione. Sulla base delle valutazioni fatte i solai risultano avere una resistenza inferiore alla sollecitazione di taglio e flessione relativa ai carichi attesi per l edificio. Pertanto dovranno essere previsti interventi di adeguamento. Travi - per carichi gravitazionali: per alcune travi esistono condizioni di resistenza, in particolare la resistenza a taglio, inferiore alla sollecitazione indotte dai carichi previsti. Ciò è dovuto anche ad un probabile errore di stima del peso proprio dei solai (nel progetto originale i solai sono stati calcolati come fossero di spessore (22.5+4) cm anziché cm ed è stato trascurato il peso delle pignatte e delle tramezzature). Pertanto dovranno essere previsti interventi di adeguamento Pilastri- per carichi gravitazionali: la capacità portante dei pilastri risulta essere complessivamente adeguata, sono comunque evidenti problemi relativi alla corrosione delle armature ed all assenza di staffe. Pertanto dovranno essere previsti interventi di ripristino delle armature. Edificio D. L edificio D, di più moderna realizzazione, non manifesta problemi strutturali legati ai carichi verticali presenti. Determinazione della vulnerabilità sismica In particolare non risulta essere verificata in maniera diffusa la gerarchia delle resistenze. Le sollecitazioni di calcolo relative alla combinazione sismica superano la resistenza di travi e pilastri sia per taglio che per flessione. In particolare si sottolineano importanti carenze in termini di dettagli costruttivi: assenza di sufficiente ancoraggio delle barre di armatura (per tutti gli edifici), nodi scarsamente confinati (edificio A e C) a causa di travi e pilastri aventi geometrie irregolari, nell edificio B sono assenti 1 per l edificio B non si possiedono elaborati tecnici, è stato quindi necessario ricorrere ad una progettazione simulata. 21

23 telai paralleli all orditura del solaio a cui è affidato integralmente la resistenza alle azioni orizzontali in una direzione, pertanto si può affermare che, in tale direzione, manca un vero sistema sismoresistente. L edificio D, di più moderna realizzazione, è in grado di sostenere azioni sismiche benché non risulti adeguato a sostenere il 100% dell azione di calcolo; si evidenziana comunque la presenza di grandi pareti di tamponatura suscettibili di ribaltamento in caso di evento sismico e importanti finestrature a nastro tali da poter innescare meccanismi di pilastro tozzo. Valutazione della vulnerabilità Escludendo le criticità già evidenziate anche per le condizioni di carico gravitazionale, ovvero la capacità resistente delle travi al taglio (in taluni casi anche a flessione) ed anche la resistenza dei nodi, è possibile individuare un coeff. a (capacità/domanda) 2 indicativo della capacità sismica della struttura per i soli meccanismi duttili (tale valutazione prescinde dalla necessità di interventi quali ad es: pulizia dei giunti, rinforzo o demolizione di elementi fatiscenti, ripristino di armature corrose e copri ferro, interventi per la stabilità di grandi pareti tamponate, rinforzo dei solai): Edificio a (capacità/domanda) A (aule) 0,33 C (aule) 0,33 B (uffici, biblioteca) 0,33 (da progetto simulato) D (palestre) 0,8 PGA = PGA 2 CLV α (PGA CLV = accelerazione orizzontale massima su sito di riferimento rigido orizzontale che può essere RIF sostenuta dall edificio rispettando lo SLV; PGA RIF = accelerazione orizzontale massima su sito di riferimento rigido orizzontale che ha una probabilità di essere superato pari al 10% (P Vr =10%) in un tempo pari al periodo di riferimento dell opera). 22

24 Interventi strutturali Obiettivo degli interventi strutturali Le strutture del Liceo Scientifico Vitruvio Pollione di Avezzano sono state oggetto di un approfondito studio finalizzato alla determinazione della vulnerabilità sismica della struttura. I risultati ottenuti a seguito di questa valutazione hanno evidenziato carenze strutturali anche per i soli carichi gravitazionali. In particolare la struttura, che per di più appare gravemente ammalorata, è caratterizzata da solai e travi che in alcuni casi non sono in grado di offrire un adeguata resistenza ai soli carichi gravitazionali. Finalità principale degli interventi strutturali è quella di garantire la resistenza ai carichi gravitazionali di travi e solai (i pilastri non manifestano carenze di resistenza per carichi gravitazionali) e di ripristinare le porzioni di calcestruzzo ammalorate e le armature corrose o assenti a causa di una non corretta realizzazione dell opera. La fase successiva del progetto interessa la capacità sismica delle strutture in oggetto. Gli edifici sono stati realizzati in periodi diversi ma è possibile distinguerli in due categorie: 1) edificio A, B e C realizzati tra gli anni 60 e 70 con materiali di qualità scadente e tecniche obsolete (degli edifici A e C sono stati reperiti alcuni elaborati tecnici grafici e di calcolo, dell edificio B non è disponibile alcun documento tecnico ed è stato eseguito). I tre edifici sono caratterizzati da un coefficiente di vulnerabilità sismica a=capacità/domanda pari 3 a 0,3. Gi interventi progettati sono finalizzati al raggiungimento dell adeguamento delle strutture all azione sismica di calcolo per lo SLV. 2) edificio D di più moderna realizzazione, costruito con materiali di migliore qualità (acciaio ad aderenza migliorata) e in un miglior stato di conservazione delle strutture. Tale edificio risulta essere in grado di sostenere un azione sismica caratterizzata da una pga pari all 80% della pga di progetto per un adeguamento e può essere agevolmente adeguato mediante modesti interventi (interventi sono comunque necessari per la messa in sicurezza delle grandi pareti tamponate presenti sulle facciate) 3 valutazione ottenuta escludendo i meccanismi fragili che porterebbero tale coefficiente a 0.0 poiché alcuni elementi sono inadeguati anche per i soli carichi gravitazionali 23

25 Descrizione generale degli interventi Gli interventi strutturali possono essere distinti tra interventi in fondazione, interventi in elevazione ed interventi sui giunti strutturali. Le strutture sono caratterizzate dalla presenza di giunti che separano gli edifici A dal B il B dal C ed il D dalla struttura di collegamento denominata corridoio ovvero un percorso pedonale coperto che collega l edificio B all edificio D attraverso il cortile della scuola. I giunti hanno dimensione nulla ai livelli interrati (le strutture sono state realizzate in aderenza benché siano distinte) mentre hanno una dimensione pari a circa 10 cm in elevazione. Dunque, in virtù dell assenza di giunti agli interrati e del modesto livello di conoscenza delle caratteristiche delle strutture di fondazione 4 si è deciso di inglobare tutti gli interrati con setti in c.a. che spiccano dalle travi rovesce di fondazione, inglobano i pilastri esistenti e terminano sulle travi del primo livello. I setti costituiranno una scatola rigida che connetta tutti i livelli interrati come un unica struttura solidale tale da eliminare il problema del giunto in aderenza, rinforzare le strutture di fondazioni in virtù di un efficace effetto di redistribuzione delle sollecitazioni e contestualmente eliminare problemi di resistenza delle travi al primo livello su cui tali pareti termineranno. La scelta di realizzare setti in c.a. è inoltre conseguente alla necessità di realizzare elementi con capacità di contenimento delle terre: infatti la struttura esistente è caratterizzata da pareti murarie direttamente contro terra (non sono presenti dreni o intercapedini). In elevazione i giunti esistenti saranno ripristinati poiché attualmente ostruiti da mattoni e quindi i corpi di fabbrica saranno reciprocamente sconnessi fuori terra. I solai diffusamente sottodimensionati e comunque ammalorati saranno rinforzati mediante l inserimento di travi rompi tratta in acciaio che, convergendo sulle travi secondarie, potranno ridurre le sollecitazioni sulle travi principali esistenti. Conseguentemente dovranno essere rinforzate le travi secondarie insieme con tutte quelle travi e pilastri che manifestano una insufficiente capacità resistente 8sono previsti interventi diffusi di rinforzo delle travi e dei pilastri). Nel caso dell edificio B, più basso degli altri, l intero intervento prevede l utilizzo di pareti in c.a. che ricostituiscano una struttura resistente alle azioni orizzontali (l edificio B ha telai 4 Le fondazioni risultano essere prive di lesioni e cedimenti 24

26 monodirezionali collegati trasversalmente solamente dai solai). Pertanto alcuni dei setti in c.a. continueranno in elevazione sino alla copertura. Sugli edifici più alti, edificio A ed edificio C, l intervento strutturale prevede l adozione di controventi dissipativi. I controventi saranno disposti esclusivamente sui telai interni all edificio col fine di non alterare l architettura delle facciate della scuola e conservare i volumi esistenti e le superfici finestrate. Gli interventi con controventi dissipativi e pareti in c.a. non escludono la necessità di un rinforzo della soletta dei solai in latero-cemento: deve essere garantito un comportamento ad impalcati rigidi delle strutture col fine di redistribuire l azione sismica. Sono necessari interventi localizzati di demolizione di elementi di valenza architettonica presenti sulla copertura dell edificio B ed attualmente fatiscenti. Interventi sui giunti I giunti saranno eliminati in fondazione poiché le strutture saranno collegate reciprocamente mediante la realizzazione di setti in c.a. che inglobino i tre edifici contigui: edificio A, B, C. L edificio D, realizzato in aderenza con le modeste strutture del corridoio esterno, dovrà essere ad esso connesso col fine di scongiurare possibili martellamenti in caso di evento sismico. In elevazione saranno scollegati gli edifici A, B, C mediante una pulizia dei giunti esistenti le cui dimensioni risultano essere sufficienti a garantire, senza martellamento, gli spostamenti tra gli edifici adiacenti. Interventi strutturali sulle fondazioni Come precedentemente detto non sono previsti interventi di rinforzo sulle fondazioni. Si è invece previsto di spiccare direttamente dalle fondazioni delle pareti in c.a. tali da garantire un comportamento rigido, solidale e di redistribuzione diffusa delle sollecitazioni trasmesse dalla struttura in elevazione. L inserimento dei setti perimetrali al piano interrato degli edifici rende necessaria l esecuzione di uno scavo, poiché le tamponature si trovano direttamente contro terra: si è rilevata inoltre l assenza di un intercapedine e di dreni e dunque la necessità di prevedere un intervento che garantisse il necessario isolamento del piano interrato. 25

27 Lo scavo previsto ha una profondità di circa 2 m con una pendenza tale da non rendere necessario l uso di elementi di sostegno. È stato inoltre previsto il rivestimento con telo tessuto non tessuto del terreno per evitare problemi di infiltrazione d acqua dovuta alla risalita capillare nel terreno. A ridosso del muro è prevista una guaina con funzione isolante che ricopre la superficie per tutta l altezza dello scavo. È stata inoltre prevista la realizzazione di un getto di cls non armato alla base dello scavo, su cui posizionare un tubo drenante. Lo scavo deve essere poi riempito con materiale di risulta. Figura 18. Realizzazione pareti contro terra e dreni. 26

28 Figura 19. Edifici A,B,C: planimetria delle fondazioni esistenti e fronti di scavo per realizzazione drenaggi Edificio A Le fondazioni esistenti sono costituite da travi rovesce. Da esse spiccheranno le pareti in c.a.; le pareti perimetrali costituiranno un opera di contenimento delle terre. Le pareti realizzate in corrispondenza del corpo adiacente connetteranno i due edifici in modo da solidarizzare i corpi interrati. Edificio B Le fondazioni esistenti sono costituite da travi rovesce (dati ottenuti da rilievo a campione e progetto simulato). Da esse spiccheranno direttamente le pareti in c.a., laddove siano assenti saranno invece realizzate delle fondazioni di tipologia analoga a quelle esistenti; anche in questo caso le pareti perimetrali costituiranno un opera di contenimento delle terre. Le pareti realizzate in corrispondenza del corpo adiacente connetteranno i due edifici in modo da solidarizzare i corpi interrati. Edificio C Le fondazioni esistenti sono costituite da travi rovesce. Da esse spiccheranno le pareti in c.a.; le pareti perimetrali costituiranno un opera di contenimento delle terre. Le pareti realizzate in corrispondenza del corpo adiacente connetteranno i due edifici in modo da solidarizzare i corpi interrati. 27

29 Edificio D Le fondazioni esistenti sono costituite da plinti reciprocamente collegati. Non sono stati previsti interventi di rinforzo. Figura 20. Edificio D: fondazioni esistenti Interventi strutturali in elevazione Gli interventi da eseguire sugli edifici seguono approcci differenti benché abbiano lavorazioni comuni. L intervento è finalizzato a garantire che l edificio sia in grado di sostenere un evento sismico severo caratterizzato da un a g,slv = La scelta degli interventi è stata finalizzata alla eliminazione o riduzione significativa delle carenze strutturali riscontrate legate ad errori di progetto e di esecuzione, o al degrado degrado dei materiali e ai danni subiti dagli elementi. Gli interventi sono volti al miglioramento del comportamento strutturale: aumento di resistenza e delle capacità di dissipazione, riduzione della possibilità di creazione di meccanismi fragili. Figura 21. Schema dell adeguamento sismico 28

30 Ai due piani superiori dell edificio B è previsto ancora un rinforzo in setti di c.a. per conferire all edificio resistenza alle azioni orizzontali e rigidezza (limitandone gli spostamenti). Invece ai piani superiori degli edifici A e C (rispettivamente di 4 e 3 piani) è previsto l inserimento di controventi dissipativi. Per l intervento è stato dimensionato un sistema di controventi dissipativi ad instabilità impedita tipo BRAD (buckling restrained additional dampers). Il progetto dei controventi garantisce una performance strutturale tale da non incrementare le forze in fondazione e limitare gli spostamenti entro il campo di deformazioni compatibile con la capacità strutturale dell edificio rinforzato. La distribuzione dei controventi dovrà limitare e rendere costante in elevazione la deformazione interpiano. Per azioni sismiche allo SLD le deformazioni interpiano dovranno essere compatibili con la capacità de formativa delle tamponature scongiurando danni ad elementi strutturali e non strutturali. I controventi dissipativi sono stati distribuiti su tutta l altezza dell edificio (Figura 22) ad eccezione del livello seminterrato che è stato irrigidito con setti in c.a. in modo da garantire una ottimale redistribuzione delle forze in fondazioni di cui si avevano poche informazioni. Figura 22. Distribuzione dei controventi all interno dei telai interni all edificio A Ai piani superiori, come mostrato dai rilievi effettuati, il giunto tra gli edifici, se ripristinato, è dell ordine dei 10cm e dunque sufficiente a garantire che ogni edificio abbia un comportamento autonomo (il corpo B, irrigidito da setti in c.a. subirà modeste deformazioni garantendo ampio margine ai corpi dotati di controventi dissipativi). La dimensione del giunto deve essere superiore alla somma della deformazione massima dei due corpi adiacenti. 29

31 Per poter eseguire un intervento di questo genere è necessario rinforzare la struttura sia per le carenze già esistenti sia la dove i controventi andranno a modificare lo stato di sollecitazione. Per tutti gli edifici è previsto un irrigidimento dei solai nel proprio piano che possa creare la condizione di impalcato rigido, e l inserimento di travi rompi tratta, le quali andranno a gravare per la maggior parte dei casi sulle travi calate esistenti che sono da rinforzare con fasciature in fibre di carbonio (FRP). Le fasciature in FRP vengono disposte anche su tutti i pilastri per garantire una sufficiente resistenza a taglio data la scarsa capacità messa in evidenza dall analisi di vulnerabilità. Per l edificio D di più recente realizzazione sono previsti interventi meno invasivi. Nei seguenti paragrafi saranno illustrate nel dettaglio le scelte effettuate. Edificio A/B/C - irrigidimento dei solai nel proprio piano I solai, del tipo latero - cementizio, hanno luci importanti anche superiori a 7.5 m. Lo spessore della soletta che compone il solaio è modesto e molto variabile all interno degli edifici a causa di una realizzazione poco accurata. I travetti che compongono il solaio sono in precompresso e con evidenti problemi di infiltrazioni (la capacità resistente non è nota poiché non esistono elaborati di progetto relativi ai solai). Col fine sia di rinforzare i solai sia di creare un piano rigido si è deciso di prevedere l inserimento di una soletta armata. Il solaio allo stato di fatto ha un altezza di circa 30 cm con una soletta in calcestruzzo di 3-4 cm, un massetto di 4 cm e la pavimentazione, costituita da marmittoni in marmo con spessore cm. Figura 23.Sezione solaio allo stato attuale La nuova soletta in c.a. sarà collegata alla soletta esistente tramite piolatura con passo 50x50; il calcestruzzo usato è di tipo auto compattante, per facilitarne l esecuzione e ridurre i tempi di realizzazione; è prevista, inoltre, la messa in opera di una rete elettrosaldata. 30

32 Figura 24.Sezione solaio dopo l adeguamento Per conferire continuità alla rete elettrosaldata su tutto il solaio andranno previste delle tasche nei tramezzi e nelle tamponature esistenti; all interno di esse vengono fatti passare armature di collegamento legate alla rete elettrosaldata della soletta. Edificio A/B/C - realizzazione di travi rompi tratta in acciaio Per adeguare i solai ai carichi agenti si è deciso di inserire travi rompi tratta in acciaio ortogonalmente alla luce degli stessi. Particolare attenzione è stata posta nello studio delle connessioni delle travi rompi tratta. È stato prevista una sella di appoggio inghisata alle travi in c.a. esistenti Figura 25. Particolare attacco trave rompi tratta Edificio B - realizzazione di fasce piene Col fine di realizzare un telaio tridimensionale, attualmente assente, è prevista la realizzazione di fasce piene che colleghino gli elementi sismoresistenti: si prevede dunque la demolizione di fasce di solaio (pignatte + soletta) da 35cm in luogo delle quali verrà realizzata una trave a spessore. La demolizione effettuata viene sfruttata per il passaggio dei setti in continuità ai vari piani. Gli interventi di irrigidimento del solaio, unitamente alle travi a spessore, garantiscono una corretta trasmissione delle azioni sismiche agli elementi verticali. 31

33 Edificio A/B/C - Inserimento di setti in c.a. Come già detto è prevista la realizzazione di setti in cemento armato per tutti i telai del piano seminterrato dei tre edifici oggetto dell adeguamento e ai piani superiori del solo Edificio B escludendo i telai che comprendono travi perimetrali. I setti previsti dal progetto e andranno inseriti tra gli elementi esistenti inglobando quindi al loro interno le travi esistenti, larghe 30cm e tutti i pilastri che hanno sempre una delle due dimensioni pari a 30cm. Il calcestruzzo scelto per la realizzazione dei setti è di tipo autocompattante, per facilitare la realizzazione degli elementi in quanto non risulta necessaria la sbatacciatura a seguito del getto. Al fine di rendere funzionale l inserimento dei setti è prevista la realizzazione della continuità del nuovo getto con gli elementi esistenti. In particolari i setti vengono collegati sia alle travi rovesce presenti in fondazione, sia alle travi calate in elevazione, sia ai pilastri esistenti. Il collegamento con le fondazioni avviene praticando dei fori verticali nelle travi rovesce in cui vengono inserite delle barre di attesa, ancorate con l utilizzo di resina epossidica tipo HIT-RE500SD o equivalente; tali barre verranno poi inglobate dal setto al fine di garantire la corretta trasmissione delle azioni. Anche il collegamento con il pilastro avviene disponendo delle barre di attesa; in particolare, vengono praticati dei fori lungo il lato corto dei pilastri, in cui vengono inseriti ferri ancorati nel pilastro grazie all utilizzo di resine. Questi ferri verranno inglobati nel getto del setto e avranno la funzione di collegarlo con il pilastro. Figura 26. Collegamento dei setti ai pilastri 32

34 Edificio A /C - realizzazioni di rinforzi in FRP L elevata vulnerabilità a taglio delle travi e dei pilastri, rilevata nell analisi di vulnerabilità sismica, ha portato alla scelta di un intervento di fasciatura esterna degli elementi mediante polimeri fibrofinforzati (FRP). Le fasciature in FRP sono caratterizzate da numerosi aspetti positivi quali l alto rapporto resistenza-peso, l inattaccabilità dalla corrosione e la facilità di applicazione, di contro il costo dei materiali risulta molto alto. Finalità dell intervento è quello di garantire rinforzo a taglio e l incremento di duttilità. Oltre al rinforzo a taglio necessario su tutti i pilastri è risultato necessario predisporre un rinforzo in FRP anche sulle travi calate a cui sono state collegate le travi rompi tratta e a cui verranno trasferiti i carichi accidentali del solaio e i nuovi permanenti. Figura 27. Rinforzo delle travi con l utilizzo di FRP Edificio A /C - Inserimento dei controventi dissipativi L inserimento dei controventi dissipativi è previsto nei piano rialzati dell edificio A e C, giuntati rispetto al resto del complesso scolastico. In questo capitolo verrà trattato solo l aspetto della disposizione geometrica dei controventi. La distribuzione spaziale in pianta dei controventi è tale da garantire il minor impatto possibile con l architettura dell edifico di cui conserva integralmente i prospetti. Disposizione dei controventi in direzione longitudinale Viene sfruttato il telaio di spina centrale composto da 5 campate, le quali vengono tutte impegnate in ciascun piano. In direzione longitudinale vengono dunque disposti 5 controventi ad ogni piano tutti lungo lo stesso telaio 33

35 Figura 28. Distribuzione dei controventi in direzione longiutudinale Non viene compromessa la funzionalità dell edificio, infatti il telaio longitudinale ospita le porte di ingresso alle aule, ma grazie all elevata luce delle travi (fino a 6,5m) è sempre possibile ridisporre una porta di dimensioni adeguate. In figura viene rappresentato schematicamente il caso peggiore da questo punto di vista ossia il piano inferiore dell edificio. A in cui le travi hanno altezza 100cm e i pilastri larghezza 115cm: se si dispone un controvento di larghezza 20cm è sempre possibile disporre una porta larga 1m e alta 2m. Ai piani superiori lo spazio disponibile è maggiore grazie alla rastremazione sia dei pilastri sia delle travi. Figura 29. Rinforzo Disposizione del controvento nella maglia più piccola Si sottolinea come la distribuzione dei controventi sia stata pensata in modo che gli sforzi che i controventi inducono sui nodi si bilancino il più possibile tra loro come mostrato nelle figure seguenti in cui si confronta una disposizione in cui non di tiene conto di questo aspetto disponendo tutti i controventi parallelamente l uno rispetto all altro. 34

36 Figura 29. Effetto della distribuzione dei controventi sui nodi Disposizione dei controventi in direzione trasversale in direzione trasversale sarebbero disponibili 6 telai, ma anche in questo caso vengono conservati i due telai perimetrali. I controventi vengono dunque disposti nei 4 telai centrali, così da avere anche in questo caso una distribuzione simmetrica rispetto alla geometria dell edificio. Ogni telaio è composto da 3 campate di cui due troppo piccole (disponendo dei controventi in quelle campate si interferirebbe con la funzionalità dell edifico). I controventi vengono dunque disposti sulla campata più grande in cui precedentemente alloggiavano le tamponature o i tramezzi divisori tra le varie aule che verranno successivamente ristabiliti senza interferire con le aule esistenti. Figura 28. Distribuzione dei controventi in direzione trasversale 35

37 Collegamento dei controventi dissipativi al telaio La progettazione di connessioni adeguate è di fondamentale importanza: qualora gli attacchi non fossero progettati a dovere si renderebbe inutile l inserimento dei controventi. Infatti se la connessione non fossero in grado di resistere alle sollecitazioni indotte dalla struttura, allora non riuscirebbero neppure a trasferire ai controventi le azioni che attiverebbero i cicli di isteresi. È stata dunque posta particolare attenzione nella progettazione delle connessioni dei controventi ai nodi: in particolar modo in un edifico costruito per resistere ai soli carichi verticali, in cui i nodi sono privi di staffatura, questo aspetto è di particolare rilevanza. Si è dunque provveduto a realizzare il particolare dell attacco dei controventi in tutte le possibili configurazioni di telaio che si hanno nella struttura data la variabilità delle sezioni degli elementi presenti. Gli attacchi hanno la funzione di cerchiare completamente il nodo sia nelle direzioni trasversale e longitudinale sia nella direzione verticale: l azione trasmessa dai controventi dovrà essere assorbita dalla carpenteria metallica scaricando completamente i nodi in c.a. esistenti. Figura 29. Particolare attacco a 4 vie controvento-telaio 36

38 Edificio A/B/C/D - altri interventi necessari Oltre agli interventi descritti ai paragrafi precedenti si è riscontrata la necessità della realizzazione di altri interventi di varia natura: alcuni finalizzati al miglioramento della sicurezza strutturale, altri alla miglioria della qualità della vita nella scuola. Ripristino del copriferro pilastri esterni Impermeabilizzazione delle coperture Realizzazione di giunti tra le tamponature esterne e i pilastri Interventi antiribaltamento dei tramezzi Edificio D - adeguamento Le strutture dell edificio D, di più moderna realizzazione sono caratterizzate da un coefficiente di capacità/domanda pari a 0,8. Nel progetto viene previsto un adeguamento al 100% della domanda simica mediante l inserimento di controventature sulle pareti della struttura (Figura 32) e mediante l eliminazione del giunto in aderenza tra le strutture della palestra e quelle del corridoio coperto (Figura 31). L intervento strutturale deve essere accompagnato da altri interventi finalizzare alla messa in sicurezza degli elementi non strutturali. In particolare si sottolinea la presenza di importanti pareti tamponate da stabilizzare con sistemi antiribaltamento. Da prevedere anche interventi di manutenzione della copertura. 37

39 Figura 30. Palestre: carpenteria primo solaio Figura 31. Dettaglio connessione palestra-corridoio (giunto in aderenza) 38

40 Figura 32. Dettaglio controventature sui telai perimetrali 39

41 Materiali per l intervento di miglioramento Calcestruzzo -Rck = 37 MPa (resistenza caratteristica cubica a compressione) -fck = 30 MPa (resistenza caratteristica cilindrica a compressione) Acciaio per barre d armatura B450C -ftk = 540 MPa (resistenza caratteristica a rottura) -fyk = 450 MPa (tensione caratteristica di snervamento) -Es = MPa (modulo elastico istantaneo) Acciaio per carpenteria metallica S 355 Es = MPa -ftk = 510 MPa (resistenza caratteristica a rottura) -fyk = 355 MPa (tensione caratteristica di snervamento) FRP Rinforzi con fibre di carbonio Resistenza a trazione 4500 MPa Modulo a trazione 250 GPa Allungamento a rottura 2.1 % Controventi dissipativi La scelta dei controventi dissipativi sarà inoltre vincolata al rispetto delle norme vigenti riguardo alle procedure di qualificazione ed accettazione dei dispositivi, secondo quanto definito nelle Norme Tecniche per le Costruzioni (NTC 2008). Il progetto dovrà tener conto delle caratteristiche meccaniche degli specifici dispositivi scelti (sperimentalmente determinate). 40