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1 PREDIMENSIONAMENTO DELL ADEGUAMENTO SISMICO MEDIANTE CAPPOTTO ECOSISM DI UNA SCUOLA PRIMARIA IN PROVINCIA DI PADOVA (PD) In questo documento verrà effettuato il pre-dimensionamento dell adeguamento sismico mediante cappotto sismico Ecosism da effettuarsi presso una scuola primaria in provincia di Padova (PD). 1. DESCRIZIONE DELL EDIFICIO In fig.1 e fig. 2 si riportano alcune viste in pianta e prospettiche dell edificio analizzato. Figura 1 Planimetria Figura 2 Vista fronte strada 1

2 L Edificio sito in provincia di Padova (PD) presenta un solo piano fuori terra. L edificio è composto da due porzioni indipendenti realizzate in epoche diverse: il corpo A di prima edificazione ed il corpo B di ampliamento, di più recente costruzione. Entrambe le porzioni sono state realizzate con struttura a telaio semplice di travi e pilastri in c.a. Sul corpo A di prima edificazione, si rileva la presenza dell ambiente adibito a palestra che presenta altezza maggiore rispetto agli altri ambienti. I solai di piano sono in latero-cemento tipo Bausta con cappa armata, la copertura è realizzata in muretti e tavelloni. In fig 3 - fig 4- fig 5 si riportano le piante, le sezioni e i prospetti dell edificio ed in fig.6 la suddivisione tra zona A e zona B. Figura 3- Pianta piano terra Figura 4 Sezioni 2

3 Figura 5 Prospetti Figura 6 Zona A e Zona B 3

4 2. APPLICABILITA DEL CAPPOTTO SISMICO ECOSISM Dall analisi della conformazione strutturale dell edificio e delle sue forometrie, l applicazione del miglioramento con cappotto sismico ECOSISM può essere agevolmente fatta sul fronte NORD/OVEST/EST dell edificio (linea rossa). Sul lato SUD verranno realizzati dei contro-telai riducendo leggermente le forometrie presenti, sempre col sistema cappotto sismico ECOSISM (linea viola). All interno della palestra verranno realizzate due pareti interne (linea blu) con relative fondazioni. Si riporta di seguito una pianta con indicata la posizione in pianta dove si intende applicare il cappotto sismico ECOSISM. 4 Figura 7 - Posizione in pianta del posizionamento del cappotto sismico ECOSISM Risulta inoltre necessario cucire i due corpi A e B in corrispondenza del giunto mediante piatti metallici tassellati con ancoranti chimici alle due porzioni di fabbricato. Figura 8 Linea di giunto (in blu) Si ritiene inoltre sia necessario collegare gli elementi prefabbricati di copertura della palestra mediante piastre metalliche e ancoranti chimici o meccanici.

5 3. ANALISI DEI CARICHI CARICHI PERMANENTI Il pre-dimensionamento verrà effettuato con riferimento ad una analisi dei carichi tipologica e conservativa per la tipologia di edificio in questione. Solaio in latero cemento Intonaco Muretti e tavelloni/isolamento Coppi TOTALE Solaio di copertura 3.50 kn/mq 0.30 kn/mq 3.50 kn/mq 0.70 kn/mq 8.00 KN/mq Per il tamponamento perimetrale in laterizio è stato assunto un peso pari a Gk = 5 kn/mq, comprensivo dell intonaco sulle entrambe le facce. Per il cappotto è invece stato assunto un peso pari a Gk = 2.50 kn/mq considerando spessore della parete in calcestruzzo armato pari a 10 cm. CARICHI VARIABILI Il carico variabile in copertura è assunto pari a Q k = 0.5 kn/mq (copertura non praticabile carico da manutenzione). In combinazione sismica tali carichi sono da considerarsi nulli ( 0 = 0.0 ). 5

6 AZIONE SISMICA Il sito dell edificio presenta le seguenti coordinate: - Latitudine: Longitudine: Assumendo un periodo di riferimento dell azione sismica pari a V R = 75 anni e un fattore di comportamento pari a q = 1.5 (struttura non dissipativa) si ricava lo spettro di progetto di seguito riportato. Il terreno è stato assunto di tipo D. 6 Figura 9 - Spettro di risposta definito in accordo con NTC18

7 4. MODELLO FEM L edificio è stato modellato con il software MidasGen utilizzando elementi beam per la rappresentazione del controtelaio sulla facciata (elementi rossi in figura). Elementi plate sono stati utilizzati per la rappresentazione del cappotto sismico (elementi azzurri in figura). Viene utilizzato calcestruzzo armato C25/30 con una riduzione del modulo elastico del 50% per valutare lo stato fessurato (fig 10). Figura 10 - Modello FEM dell'edificio Ad ogni livello sono state inserite le masse di piano corrispondenti valutate in accordo con l analisi dei carichi riportata in sezione 3. Al fine di rappresentare il piano rigido, tali masse sono state connesse agli elementi beam attraverso rigid link (fig 11). Figura 11 - Modello FEM dell'edificio con rigid link di piano 7

8 5. DEFINIZIONE DEI PERIODI DI VIBRAZIONE DELL EDIFICIO L analisi frequenziale svolta dell edificio ha definito i seguenti periodi di vibrazione dello stesso: - Direzione x: s (89% partecipazione di massa) - Direzione y: s (62% partecipazione di massa) - Direzione y: s (32% partecipazione di massa) La partecipazione di massa modale è superiore all 85% nelle due direzioni principali ANALISI SPETTRALE Si procede di seguito al calcolo delle masse di piano. Il peso proprio dell edificio esistente è pari a: - peso sismico impalcato 8.0 kn/mq - peso tamponamento esterno 5.0 kn/mq Nella seguente tabella sono riepilogate le masse considerate nella modellazione: Le masse di piano sono pertanto pari a: - primo impalcato t - secondo impalcato t Si procede di seguito al calcolo delle forze sismiche equivalenti, secondo il capitolo della normativa vigente. Il periodo di vibrazione dell edificio risulta pari a T 1 = 0.06 sec. Si determina un ordinata spettrale pari ad S d (T 1 ) = g. F h (100%) = S d (T1) W /g = x = kn. Il calcolo delle forze sismiche ai piani, i tagli e i momenti di piano sono di seguito riportati: Forze di piano [kn] Taglio di piano [kn] Momenti di piano [knm]

9 7. CALCOLO DELLE SOLLECITAZIONI Si riporta l inviluppo delle sollecitazioni per le 32 combinazioni sismiche: Taglio sul cappotto sismico [kn/m] (inviluppo valori massimi) 9

10 10 Azione assiale di trazione sul cappotto sismico [kn/m] (inviluppo valori massimi) Azione assiale di compressione sul cappotto sismico [kn/m] (inviluppo valori massimi)

11 Momento flettente [knm] (telaio frontale) Taglio [kn] (telaio frontale) Sforzo normale [kn] (telaio frontale) 11

12 12 8. PREDIMENSIONAMENTO DELLE PARETI Si riporta di seguito il predimensionamento delle pareti e delle armature: Il taglio massimo agente è pari a: La trazione massima agente è pari a: La compressione massima è pari a: Dimensionamento delle armature orizzontali: Adottando armature 10/15 si ottiene: V Ed = 96.9 kn/m N Ed (+) = kn/m N Ed (-) = kn/m V Rd = 78.53/150 x 0.9 x 1000 x 390 /1000 = kn/m > V Ed = 96.9 kn/m Dimensionamento delle armature verticali: Adottando armature 10/20 si ottiene: N Rd (+) = 5 x x 390 /1000 = kn/m > N Ed (+) = kn/m La resistenza del solo calcestruzzo a compressione del solo cls (sp = 10 cm) è pari a N Rd (-) = 0.8 x 1000 x 100 x 14 / 1000 = 1120 kn/m > N Ed (-) = kn/m Si determina pertanto: - Spessore della parete, s = 10cm - Armature orizzontali, 10/15 - Armature verticali, 10/20 9. PREDIMENSIONAMENTO DEL TELAIO Con riferimento alle colonne del telaio si determinano le seguenti sollecitazioni massime (inviluppo): M Ed =16 knm V Ed = 7 kn N Ed = 3 kn Ipotizzando di realizzare dei pilastri in cemento armato 20 x 60 cm armati con longitudinali e staffe 8/15cm si determinano le seguenti resistenze: M Rd (N Ed ) = knm > M Ed V Rd = 2 x 50 /150 x 0.9 x 550 x 391 /1000 = kn > V Ed

13 10. PREDIMENSIONAMENTO FONDAZIONI Concentrando le sollecitazioni sulle pareti esterne del cappotto sismico si verifica di seguito l eventuale necessità di introdurre dei pali di fondazione per contrastare le trazioni. Si riportano le reazioni vincolari alla base: Si hanno reazioni vincolari negative (trazioni) pertanto in alcuni punti c è la necessita di realizzare alcuni micropali di fondazione. Assumendo una resistenza a metro lineare pari a 12.5 kn/m relativa alla portata per attrito laterale, e ipotizzando di utilizzare micropali diametro reso 22cm di lunghezza pari a 20 m, si determina per un singolo palo una portata pari a 250 kn a trazione. Per raggiungere l adeguamento sismico si stima pertanto la necessità di realizzare 10 micropali di lunghezza pari a 20m. 13

14 PREDIMENSIONAMENTO DEI CONNETTORI A LIVELLO DI PIANO I connettori vengono pre-dimensionati con riferimento alle forze massime di taglio agenti nelle due direzioni (determinate dalla massima differenza tra i tagli di piano) Massimo taglio agente V Ed = 96.9 kn/m Ipotizzando di installare connessioni con passo pari a 30cm. Il carico a taglio di progetto del singolo connettore viene determinato come: V Ed = F Y /n c = 96.9/3.33 = kn < 36.8 kn (resistenza a taglio da catalogo) Si utilizzano inghisaggi con resina epossidica e barre in acciaio classe 8.8 adatte per applicazioni sismiche. Considerata la classe di importanza dell edificio (classe II) e le caratteristiche dello spettro sismico di progetto, la scelta del tipo di ancorante avviene con riferimento a prestazioni sismiche relative alla categoria C2, secondo ETAG : Allegato E. Di seguito si riportano i valori di resistenza forniti dal produttore per le connessioni adottate. Figura 19 Resistenze caratteristiche e di progetto per carichi sismici Hilti HIT RE 500 V3 12. PREDIMENSIONAMENTO DEI CONNETTORI A LIVELLO DELLA FONDAZIONE Si prevede un cordolo di fondazione realizzato attorno all edificio in adiacenza alle pareti perimetrali, che costituirà il piano d imposta delle pareti del cappotto sismico. Il cordolo di fondazione risulta largo 60cm e alto 80cm. In corrispondenza degli spigoli del fabbricato esso risulta vincolato ai micropali di fondazione. I connettori vengono predimensionati con riferimento alle forze sismiche di taglio totali agenti nelle due direzioni: Massimo taglio agente V Ed = 96.9 kn/m Ipotizzando di installare connessioni con passo pari a 30cm. Il carico a taglio di progetto del singolo connettore viene determinato come: V Ed = F Y /n c = 96.9/3.33 = kn < 36.8 kn (resistenza a taglio da catalogo) Si utilizzano inghisaggi con resina epossidica e barre in acciaio classe 8.8 adatte per applicazioni sismiche. Considerata la classe di importanza dell edificio (classe II) e le caratteristiche dello spettro sismico di progetto, la scelta del tipo di ancorante avviene con riferimento a prestazioni sismiche relative alla categoria C2, secondo ETAG : Allegato E.