RECUPERO STRUTTURALE Note Slide 1) INTRODUZIONE Nella presente memoria si andrà ad illustrare il recupero, l adeguamento strutturale e sismico di una

Transcript

1 RECUPERO STRUTTURALE Note Slide 1) INTRODUZIONE Nella presente memoria si andrà ad illustrare il recupero, l adeguamento strutturale e sismico di una capannone in c.a.p. gravemente danneggiato da un incendio. Il lavoro si particolarizza per l uso di diverse tecnologie: ringrossi e incamiciature con malte speciali e in c.a., solai alveolari, travi tralicciate a sezione composta, capriate, che hanno contribuito ognuna con le proprie caratteristiche peculiari a rendere addirittura la struttura più performante dell originale. Un ruolo preponderante ha svolto la componente in acciaio con la copertura in capriate (masse di valore circa 1/10 di quelle originali) e le travi di piano tralicciate a sezione composta con luci e capacità portanti considerevoli (il solo sovraccarico previsto è di 10 kn/mq). Verrà illustrata inoltre una procedura semplificata per la modellazione e calcolo delle travi tralicciate composte, messa a punto dal sottoscritto e verificata sperimentalmente in varie realizzazioni.

2 XXVI GIORNATE ITALIANE DELLA COSTRUZIONE IN ACCIAIO Settembre 2017 VENEZIA RECUPERO STRUTTURALE DI UN CAPANNONE PREFABBRICATO INCENDIATO Zona ASI, Nola (NA) Vincenzo Nunziata

3 2-3) STATO DEI LUOGHI ANTE OPERA Si tratta di un classico capannone in c.a.p. a due livelli con superficie di circa 8000 mq per piano, sito nella zona industriale del Comune di Nola (NA). Le strutture sono antecedenti all entrata in vigore della nuova normativa sismica di cui al D.M (NTC08), esse furono progettate e verificate in conformità alla legge n. 64 del 02/02/74 e successive Decreto Ministeriale LLPP del 24/01/1986. Secondo tale decreto il comune di Nola rientrava nella classificazione sismica del territorio nazionale con grado di sismicità S=9 (zona 2 sulle tre previste). Nel mese di Settembre dell anno 2014 il capannone, per cause ancora da accertare, fu soggetto ad un incendio che interessò quasi metà superficie del piano terra ad esclusione di una zona compartimentata, zona A in figura, e tutto il primo piano, zona A+zona B in figura.

4 STATO DEI LUOGHI ANTE OPERA Pianta Primo Impalcato, con zone demolite Pianta Copertura, con zone demolite Sezione, con zone demolite

5 4) STATO DEI LUOGHI ANTE OPERA L incendio si protrasse per alcuni giorni, le strutture interessate subirono gravi danni: crollarono buona parte dei solai al primo piano e tutta la copertura di tegoloni in c.a.p.; i pilastri interessati dall incendio e le travi in c.a.p. subirono il dannoso fenomeno della spalling ovvero il distacco del calcestruzzo ad alte temperature.

6 ZONA B: Solaio e Copertura demoliti. STATO DEI LUOGHI ANTE OPERA

7 STATO DEI LUOGHI ANTE OPERA Travi I impalcato danneggiate. Pilastro I Ordine danneggiato: spalling.

8 5-6) STATO DEI LUOGHI ANTE OPERA Le strutture al piano terra zona A compartimentate, circa metà superficie, non subirono danni ad esclusione della trave porta solaio a confine zona A zona B. Buona parte delle tamponature sandwich esplosero per la presenza del polistirolo all interno. Le travi in c.a.p. porta tegoloni subirono lievi danni, tanto da poter essere utilizzate per il sostegno della copertura alleggerita con capriate.

9 ZONA A: Pilastri I e II Ordine STATO DEI LUOGHI ANTE OPERA

10 STATO DEI LUOGHI ANTE OPERA Particolare tamponatura Particolare pilastro e trave di copertura

11 IL PROGETTO DI RECUPERO E ADEGUAMENTO SISMICO Con il progetto elaborato si è inteso perseguire: - il recupero parziale del capannone esistente, non danneggiato; - la ricostruzione delle strutture demolite con diverse o analoghe tipologie edilizie; - l adeguamento sismico delle strutture danneggiate, laddove è possibile; - la demolizione e ricostruzione di altre strutture non recuperabili. L intervento di progetto si configura come intervento di Adeguamento Sismico ai sensi della vigente normativa di cui al D.M

12 Interventi di progetto IL PROGETTO DI RECUPERO E ADEGUAMENTO SISMICO In base ai dati a disposizione e alle indagini eseguite si è accertato che il Livello di Conoscenza raggiunto per la struttura oggetto della presente relazione è LC3 (il massimo previsto dalla norma). L intervento di progetto prevede in sintesi: 1. Incamiciatura con incremento delle sezioni esistenti di tutti i pilastri della Zona B per ottenere: a) Aumento della capacità portante verticale b) Aumento della resistenza a flessione e taglio c) Aumento della capacità deformativa d) Miglioramento dell efficienza delle giunzioni per sovrapposizione 2. Incamiciatura dei pilastri al secondo livello della Zona A per ottenere: a) Aumento della resistenza a flessione e taglio b) Aumento della capacità deformativa 3. Sostituzione nella Zona B delle travi esistenti in c.a.p. con travi tralicciate a sezione composta sistema HEC; 4. Rifacimento del solaio nella Zona B, con lastre alveolari analoghe alle esistenti; 5. Ripristino del copriferro nelle travi esistenti di copertura con sezione a doppio T, non eccessivamente danneggiate dall incendio e quindi recuperabili; 6. Realizzazione di una nuova struttura di copertura con capriate metalliche e arcarecci di peso circa 1/10 di quella originaria in tegoloni in c.a.p., da fissare alle travi esistenti in c.a.p.

13 IL PROGETTO DI RECUPERO E ADEGUAMENTO SISMICO Incamiciatura pilastri II Ordine zona A Non passante

14 IL PROGETTO DI RECUPERO E ADEGUAMENTO SISMICO Incamiciatura-Ringrosso pilastri a confine zona A / zona B - Passante Ringrosso e Adeguamento trave c.a.p. a confine zona A / zona B

15 IL PROGETTO DI RECUPERO E ADEGUAMENTO SISMICO Incamiciatura-Ringrosso pilastri zona B - Passante

16 IL PROGETTO DI RECUPERO E ADEGUAMENTO SISMICO LE CAPRIATE

17 ) LA TRAVE TRALICCIATA COMPOSTA HEC: Descrizione Per le nuove travi, date le lunghezze e i carichi di progetto previsti di valore elevato (10 kn/mq per gli accidentali) è stata scelta una tipologia semi-prefabbricata a sezione mista (o composta) acciaio-calcestruzzo. La trave tralicciata in acciaio denominata TRAVE HEC, si caratterizza per essere formata da correnti superiori e inferiori (piattabande) in piatti di acciaio da carpenteria (S275 o S355) di dimensioni variabili ed anima a travatura reticolare in ferri tondi commerciali saldati ai correnti anch essi in acciaio da carpenteria (S275 o S355). Lo scopo è quello di essere usata in abbinamento con il calcestruzzo per dar luogo a delle travi a sezione composta notevolmente rigide, per l edilizia civile ed industriale. Alle estremità della trave vengono saldate delle staffe sia per aumentare la resistenza a taglio che la duttilità. E previsto l inserimento di armatura superiore e inferiore da c.a. per il ripristino della continuità sugli appoggi in corrispondenza dei pilastri. Le Travi HEC appoggiano sulla muratura o sui pilastri mediante appositi martelli o terminali di estremità (ferri quadri) in acciaio saldati ai piatti della trave, per il sostegno della trave stessa nella fase preliminare di montaggio e getto solaio. La Trave reticolare può in alternativa essere usata come profilo da catalogo per la carpenteria metallica.

18 IL PROGETTO DI RECUPERO E ADEGUAMENTO SISMICO LA TRAVE HEC

19 Particolari Costruttivi LA TRAVE TRALICCIATA COMPOSTA

20 Particolari Costruttivi LA TRAVE TRALICCIATA COMPOSTA

21 I nodi Trave - Pilastro IL PROGETTO DI RECUPERO E ADEGUAMENTO SISMICO

22 IL PROGETTO DI RECUPERO E ADEGUAMENTO SISMICO Trave HEC Solaio alveolare

23 IL PROGETTO DI RECUPERO E ADEGUAMENTO SISMICO Getto Solaio e realizzazione Pavimento Industriale Intradosso Solaio

24 LA TRAVE TRALICCIATA COMPOSTA La trave tralicciata in acciaio-calcestruzzo denominata Trave HEC risulta particolarmente idonea alle specifiche esigenze strutturali, presentando le seguenti particolarità: - Autoportanza, con eliminazione completa di banchinaggio e casseformi; - Facilità di esecuzione e messa in opera; - Minore altezza a parità di resistenza rispetto alle normali travi in c.a. o in c.a.p., - Facilità di giunzione (nodi) con le altre strutture: tipicamente i pilastri La Trave HEC Dal punto di vista statico l incremento di rigidezza della sezione composta acciaio - calcestruzzo è dovuto approssimativamente alla somma delle rigidezze delle due travi: della trave in acciaio tralicciata e della trave in calcestruzzo equivalente ad essa collegata. Nella modellazione strutturale si tiene conto delle indicazioni riportate nelle norme NTC 08 e nelle linee guida. In particolare la trave tralicciata in acciaio HEC conglobata nel getto di calcestruzzo collaborante può essere inquadrata nella Tipologia A: Strutture composte acciaio-calcestruzzo, per le quali si applicano le prescrizioni e indicazioni contenute nel par. 4.3 delle norme NTC 08.

25 LA TRAVE TRALICCIATA COMPOSTA La Modellazione Strutturale 1^ FASE Nella prima fase, quando non è ancora avvenuta la maturazione dei getti, le travi prefabbricate autoportanti presentano uno schema di funzionamento isostatico e lo schema strutturale deve quindi prevedere cerniere flessionali alle estremità. I carichi di prima fase sono il peso proprio della trave e quello del solaio. 2^ FASE Nella seconda fase, di esercizio, la struttura assume l usuale assetto iperstatico delle opere intelaiate a nodi rigidi. I carichi di seconda fase sono i sovraccarichi permanenti e accidentali. In alternativa è possibile utilizzare le travi tralicciate puntellate in prima fase e considerare un unica fase di esercizio.

26 21) LA TRAVE TRALICCIATA COMPOSTA HEC: Modellazione strutturale - Procedura Nunziata. Qui occorre fare una premessa. Si è voluto sottolineare nella slide procedura Nunziata non per eccesso di autostima ma semplicemente per il fatto che ancora oggi a 50 anni dal deposito del primo brevetto in Italia di trave tralicciata a struttura mista successivamente chiamata trave REP ad opera dell ing. Salvatore Leone non esiste una procedura consolidata per la modellazione e verifica di tali travi. Secondo l attuale normativa NTC08, le strutture possono avere un comportamento strutturale: a) non dissipativo, oppure; b) dissipativo. Nella progettazione strutturale con il sistema HEC ci si riferisce normalmente al comportamento strutturale dissipativo facendo riferimento in particolare al punto 7.6 delle Norme Costruzioni composte di acciaio-calcestruzzo.

27 LA TRAVE TRALICCIATA COMPOSTA La Modellazione Strutturale Procedura Nunziata L analisi strutturale è basata sul principio dell omogeneizzazione che per le sezioni composte è riassunto al punto delle Norme. I eq = 0.6 I I 2 Dove: I 1 è il momento di inerzia della sezione intera collaborante, pari a: Ic I I A x x 2 1 a a a n I c ed I a sono i momenti d inerzia baricentrici rispettivamente della trave in calcestruzzo equivalente e della trave tralicciata in acciaio; n=e a /E cm =7, è il coefficiente di omogeneizzazione (punto NTC08) pari al rapporto tra il modulo elastico dell acciaio ed il modulo elastico secante del calcestruzzo; A a è l area della trave in acciaio x a ed x indicano rispettivamente la posizione del baricentro della trave in acciaio e della trave a sezione composta acciaio-calcestruzzo. I 2 è il momento di inerzia della sola trave in acciaio. Si pone: I 2 =I a I I equivalente = Ia Aa xa x + 0,6 n 2 c

28 LA TRAVE TRALICCIATA COMPOSTA La Modellazione Strutturale Procedura Nunziata Nel calcolo di 1 a fase, che è un calcolo puramente statico, vengono automaticamente abilitati sulle travi prefabbricate i soli carichi di 1 a fase e viene adottato lo schema strutturale isostatico. Nel calcolo di 2 a fase lo schema strutturale rimane invariato ma vengono considerati i nodi rigidi, i carichi di 1 a fase non producono effetti flettenti alle estremità delle travi. In questo modo, come noto, si ottiene una riduzione dei momenti flettenti complessivi di estremità, perché ad essi non compartecipano i carichi di 1 a fase: ne consegue che l`applicazione della gerarchia delle resistenze al nodo comporta effetti meno gravosi per i pilastri, rispetto ad una corrispondente opera tradizionale in c.a.

29 LA TRAVE TRALICCIATA COMPOSTA La Modellazione Strutturale Procedura Nunziata PROCEDURA OPERATIVA: 1) La sezione di trave inserita nel modello è quella definitiva rettangolare all estremità, B2XH. Il momento di inerzia della trave in c.a. risulta: e il modulo elastico E c I c BxH ) Per tener conto della rigidezza flettente in 1 a fase della sola trave in acciaio, al fine di determinare l inflessione o deformata di prima fase, vengono creati dei materiali fittizi che vengono associati alle relative travi. Questi nuovi materiali mantengono invariate tutte le proprietà del materiale calcestruzzo originario, tranne il modulo elastico che viene ridotto tramite un coefficiente moltiplicativo del modulo elastico n 1 definito dalla seguente relazione: Ea Ia n1 E I c c 3) Per tener conto della rigidezza flettente in 2 a fase della trave composta acciaio-calcestruzzo vengono creati dei materiali fittizi associati alle relative travi. Questi nuovi materiali mantengono invariate tutte le proprietà del materiale calcestruzzo originario tranne il modulo elastico che viene maggiorato tramite un coefficiente moltiplicativo del modulo elastico n 2, calcolato come rapporto tra la rigidezza della trave composta acciaio-calcestruzzo e la rigidezza della trave rettangolare introdotta nel modello (punto NTC08): Ea 0,6I1 0,4I2 n 2 E I In assenza di prima fase si applica solo il fattore moltiplicativo n 2. c c

30 In prima fase il calcolo delle sollecitazioni non è influenzato dalla rigidezza, essendo utilizzato un modello isostatico per le travi, ma lo sono solo le deformazioni. Pertanto, trattandosi di travi dotate di monta, si potrebbe trascurare il coefficiente n1 e applicare solo il coefficiente finale n2. Alcuni software consentono di tener conto direttamente sullo stesso modello di entrambi le fasi. In questo caso vengono creati dei materiali fittizi che vengono associati alle relative travi. Questi nuovi materiali mantengono invariate tutte le proprietà del materiale calcestruzzo originario, tranne il modulo elastico, che viene ridotto tramite un coefficiente moltiplicativo del modulo elastico n1 (per tener conto della prima fase), e la rigidezza flettente, che viene amplificata tramite il fattore moltiplicativo n2*= n2 / n1 (per tener conto della seconda fase). L inviluppo dei risultati relativi alle due fasi viene eseguito dallo stesso software.

31 LA TRAVE TRALICCIATA COMPOSTA La Modellazione Strutturale PROCEDURA OPERATIVA: 4) Acquisiti i risultati: inviluppo Momenti e Taglio, per le sezioni delle travi HEC in mezzeria (l armatura aggiuntiva all appoggio è quella definitiva da programma), si procederà alla verifica delle sezione in acciaio in 1^ fase, e della sezione composta acciaio-calcestruzzo in 2^ fase, tramite le normali procedure. Il Modello Strutturale

32

33 PROVA DI CARICO Luce netta Trave HEC = 10,40 m Carico di prova = dan/m Freccia massima in mezz. = 2,7 mm