RELAZIONE GEOLOGICA, GEOTECNICA, SISMICA

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2 RELAZIONE EOLOICA, EOTECNICA, SISMICA 1 -Premesse Il progetto preliminare dell adeguamento antisismico della Casa dello Studente sito in Via Cesare Battisti del Comune di Messina, scaturisce principalmente dalla consapevolezza dell insufficiente livello di adeguatezza antisismica che invece deve possedere quale edificio strategico, così come detta la normativa all art 2 comma 3 O.P.C.M e s.m.i.. Quindi gli studi propedeutici a tale rilevamento hanno comportato oltre le numerose indagini sia documentali sia in situ, anche l analisi sismica dell intero edificio. la relazione geologica redatta dal dott. eologo A.Natoli di Messina allegata al progetto per la sopraelevazione dell edificio è meglio riportata nell elaborato 4 insieme alla relazione sulle indagini strutturali con le prove geosismiche, eseguite dalla ditta specializzata SIDERCEM di Catania, le quali hanno consentito di attualizzare la relazione geologica alla nuova normativa NTC Tali relazioni di proprietà dell ERSU Messina, vengono allegati alla presente.

3 RELAZIONE TECNICA E DI CALCOLO Il sottoscritto Ing. Rosario D Andrea iscritto all Ordine degli Ingegneri di Messina rispettivamente con matricola n. 1124, con studio in Via Natoli, 61, Messina, incaricato dall E. R. S. U. MESSINA (Ente Regionale per il diritto allo Studio Universitario), al fine di valutare la sicurezza statica e sismica dell immobile, quindi per il collaudo statico o certificazione statica determinante il livello di adeguatezza quale edificio strategico ai sensi dell art. 2 comma 3 O.C.P.M. 32/74 e s.m.i. del complesso edilizio CASA DELLO STUDENTE sito in Via C Battisti del Comune di Messina, identificato nel N.C.E.U. di Messina al foglio n 227 part. n 110; INQUADRAMENTO NORMATIVA Con l entrata in vigore, il , dell Ordinanza Presidente del Consiglio dei Ministri , pubblicata nel supplemento della.u. n 105 del , riguardanti Primi elementi in materia di criteri generali per la classificazione sismica del territorio nazionale e di normative tecniche per le costruzioni in zona sismica, dalla stessa data decorrevano i tempi previsti nell'art. 2 comma 3 che così recita: É fatto obbligo di procedere a verifica, da effettuarsi a cura dei rispettivi proprietari, ai sensi delle norme di cui ai suddetti allegati, sia degli edifici di interesse strategico e delle opere infrastrutturali la cui funzionalità durante gli eventi sismici assume rilievo fondamentale per le finalità di protezione civile, sia degli edifici e delle opere infrastrutturali che possono assumere rilevanza in relazione alle conseguenze di un eventuale collasso. Le verifiche di cui al presente comma dovranno essere effettuate entro cinque anni dalla data della presente ordinanza e riguardare in via prioritaria edifici ed opere ubicate nelle zone sismiche 1 e 2, secondo quanto definito nell'allegato 1. Circa invece, le risorse finanziarie, per far fronte a tale verifiche, il legislatore ha emanato la legge finanziaria n 289 del , la quale fra le Misure di razionalizzazione diverse, al comma 21 dell Art. 80, che così recita:. Nell'ambito del programma di infrastrutture strategiche di cui alla legge , n. 443, possono essere ricompresi gli interventi straordinari di ricostruzione delle aree danneggiate da eventi calamitosi ed è inserito un piano straordinario di messa in sicurezza degli edifici scolastici con particolare riguardo a quelli che insistono sul territorio delle zone soggette a rischio sismico. Il Ministro delle infrastrutture e dei trasporti, di concerto con il Ministro dell'istruzione, dell'università e della ricerca, presenta entro novanta giorni dalla data di entrata in vigore della presente legge il suddetto piano straordinario al CIPE che, sentita la conferenza unificata di cui all'art. 8 del decreto legislativo , n. 281, ripartisce una quota parte delle risorse di cui all'art. 13, primo comma, della legge , n. 166, tenuto conto di quanto stabilito dall'art. 3 della legge , n. 23. «Al predetto piano straordinario è destinato un importo non inferiore al 10 per cento delle risorse di cui all'art. 13, primo comma, della legge , n. 166, che risultano disponibili al 1 gennaio 2004» (38). Pag.1

4 Non tutte le Regioni e non tutti gli enti pubblici, hanno inteso nell arco dei cinque anni segnati in decreto, predisporre tali studi e quindi attingere ai fondi predisposti. Il scade il termine di verifica delle strutture strategiche previste nella Ordinanza 3274 così come stabilito nel Dlgs mille proroghe finanziaria 2008 che ha prorogato il termine ultimo per i titolari delle opere strategiche per eseguire le verifiche sismiche (cfr. art 20 comma 5. Le verifiche di cui all art.2 comma 3, della citata ordinanza, devono essere effettuate a cura dei rispettivi proprietari entro il e riguardare in via prioritaria edifici e opere ubicate nelle zone sismiche i 1 e 2. Dunque, l'ordinanza 3274, per le verifiche delle opere strategiche o il cui crollo possa avere conseguenze di rilievo (art. 2 commi da 3 a 6), si è proposta di avviare un'azione di ricognizione dello stato di sicurezza che interessa obbligatoriamente: gli edifici di interesse strategico e le opere infrastrutturali la cui funzionalità durante gli eventi sismici assume rilievo fondamentale per le finalità di protezione civile; gli edifici e le opere infrastrutturali che possono assumere rilevanza in relazione alle conseguenze di un eventuale collasso. La Casa dello Studente di Via Cesare Battisti a Messina, rientra nella seconda tipologia di opere che presentano le caratteristiche sopra riportate, meglio individuate al capitolo Edifici, punto 1.1 dell Elenco B CATEORIE DI EDIFICI ED OPERE INFRASTRUTTURALI DI COMPETENZA STATALE CHE POSSONO ASSUMERE RILEVANZA IN RELAZIONE ALLE CONSEUENZE DI UN EVENTUALE COLLASSO Edifici pubblici o comunque destinati allo svolgimento di funzioni pubbliche nell'ambito dei quali siano normalmente presenti comunità di dimensioni significative, nonché edifici e strutture aperti al pubblico suscettibili di grande affollamento, il cui collasso può comportare gravi conseguenze in termini di perdite di vite umane. Per tali edifici, la sezione rischio sismico della commissione nazionale grandi rischi all Allegato 2 INDICAZIONI PER LE VERIFICHE TECNICHE DA EFFETTUARSI SU EDIFICI E OPERE STRATEICHE O IMPORTANTI, AI SENSI DI QUANTO PREVISTO AI COMMI 3 E 4 DELL'ART. 2 DELL'ORDINANZA , N. 3274, ha stabilito le priorità, approvando, nella seduta del 30 luglio 2003, un documento, definendo tre Pag.2

5 livelli di acquisizione dati e di verifica, (livello ) da utilizzare in funzione del livello di priorità e delle caratteristiche dell'edificio o dell'opera in esame. Nel caso specifico del complesso della Casa dello Studente di Via C Battisti a Messina, atteso che è composto da due edifici distinti e separati da giunto tecnico: 1. edificio mensa realizzato nel 1990 e collaudato nel edificio residence realizzato nel 1930 e collaudato nel 1932 La disamina dei livelli di adeguatezza viene pertanto eseguita nei confronti dei due edifici cui è composto il complesso Casa dello studente di Via Battisti a Messina. Pag.3

6 EDIFICIO MENSA REALIZZATO NEL 1990 Questo edificio è stato realizzato, previa demolizione della vecchia mensa, su progetto redatto dall Ing iorgio Mirenda e Ing Saro Cutrufelli di Messina e a corredo sono stati realizzati le scale antincendio i locali tecnologici interrati, i muri di sostegno, meglio raccolti nei fascicoli progettuali e nei certificati di collaudo sia tecnico-amministrativi, essendo l opera stata finanziata con provvigioni pubblici sia nei certificati di collaudo statico redatti dall Arch Dario La fauci all epoca nominato, e meglio riassunti nel certificato ex art. 28 della Legge 64/74 di perfetta rispondenza delle opere eseguite alle opere previste in progetto, rilasciato dal enio Civile di Messina e qui allegato: Pag.4

7 Per questo edificio, alla luce delle indagini, delle acquisizioni documentali, alla esplorazione, alle prove e alle verifiche effettuate ed avanti allegate, come si relazionerà avanti, la valutazione di sicurezza eseguita, permette di stabilire che l uso della costruzione possa continuare senza interventi, se non quelli di manutenzione ordinaria e straordinaria che in seguito si rendessero necessarie. ACQUISIZIONE DOCUMENTI ORIINARI DI PROETTO Il rilievo a campione delle dimensioni delle diverse membrature strutturali, associato alla ricerca documentale c/o : L urbanistica del Comune di Messina L ERSU di Messina L Università di Messina Il enio Civile di Messina Hanno consentito di ricavare i diversi documenti e le tavole grafiche e di carpenteria e quindi di verificare le strutture più significative dell immobile. Si allega il certificato di collaudo redatto il che meglio descrive e riassume le opere: Pag.5

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32 VALUTAZIONE DELLA SICUREZZA DELL EDIFICIO IN C.A. MENSA E SERVIZI SOCIALI N EVENTO ( descrizione) RICORRENZA si/no (dell evento nell Edificio Mensa e opere connesse) 1 Scadenza della vita di servizio a partire dalla fine della costruzione ovvero dalla data del collaudo statico 2 In caso di evidente riduzione della capacità resistente dei materiali o elementi strutturali nel loro insieme 3 A seguito di azioni ambientali (sisma, vento, neve e temperatura) che abbiano compromesso la capacità resistente della struttura 4 Per degrado e decadimento delle caratteristiche meccaniche dei materiali dei componimenti strutturali della struttura nel suo complesso 5 In caso di azioni accidentali (urti, incendi, esplosioni), e di situazioni di funzionamento ed uso anomalo 6 In presenza di distorsioni significative imposte da deformazioni del terreno di fondazione NO NO NO NO NO NO 7 Per riscontrati errori di progetto o di costruzione NO 8 A seguito di trasformazione delle condizioni d uso della struttura NO 9 A seguito di un cambio della destinazione d uso della costruzione con variazioni dei carichi NO variabili sulla costruzione 10 Per aumentato cimento statico delle strutture NO 11 Edificio progettato in base a norme sismiche vigenti dal 1984 SI Pag.30

33 Alla luce della superiore matrice non ricorre la necessità legale di procedere alla valutazione di sicurezza Difatti si ha: Riguardo al punto 1, non essendo stato l edificio in oggetto, progettato per una scadenza fissa, come adesso prescrive la normativa, la stessa vita utile è assimilata anche in ragione della odierna normativa, a 50 anni ma per l epoca di costruzione era previsto almeno 100 anni, essendo una struttura di classe 2 difatti riguarda le costruzioni il cui uso prevede affollamenti significativi, quali aule scolastiche teatri, sale riunioni, etc. Riguardo alla valutazione del punto 2, il sottoscritto professionista ha potuto escludere una evidente riduzione della capacità resistente dei materiali a elementi strutturali nel loro insieme in quanto - dai sopralluoghi effettuati non risultano cedimenti e/o assestamenti di strutture o di parte di esse; - dalle prove schlerometriche sui cementi armati eseguiti in data i risultati sono stati buoni; - Le barre d acciaio, messe a nudo dai carotaggi sul pilastro, ma non intaccate, dimostravano che le stesse erano del tipo nervato e non erano attaccate dalla ruggine Pag.31

34 Riguardo la valutazione del punto 3, non sono state apprezzate alcune compromissioni della capacità resistenti delle strutture a seguito di sisma, vento, neve e sbalzi di temperatura, le quali azioni accidentali in parte hanno diversamente interessato il fabbricato nuovo della casa dello studente, con particolare riferimento ai rarissimi e modestissimi eventi tellurici che si sono registrati nel territorio di Messina, durante il periodo dalla costruzione ad oggi, i quali non hanno generato alcuna menomazione nella resistenza delle strutture portanti. Circa le valutazioni delle caratteristiche meccaniche di cui al punto 4 si rinvia al contenuto della relazione a strutture ultimate redatta dal direttore dei lavori ove si evidenziato la buona qualità dei componenti strutturali della struttura nel suo complesso. Circa la valutazione di funzionamento ed uso anomalo di cui al punto 5, derivante da azioni accidentali (urti,incendi, esplosioni) è stato accertato che nessuno di questi eventi ha interessato fino adesso l edificio mensa in oggetto. Circa la valutazione di significative distorsioni imposte da deformazioni del terreno di fondazione, di cui al punto 6, in seguito dei numerosi sopralluoghi nonché delle esplorazioni e saggi non si sono ravvisati nessuna deformazione ne distorsione, il terreno è risultato ben costipato adatto a ricevere i carichi derivanti dalle fondazioni. Circa riscontri di errori progettuali o di costruzioni, di cui al punto 7, l edificio è stato realizzato a perfetta regola d arte,utilizzando tutele buone tecniche costruttive dell edilizia anni di Pag.32

35 Messina, ovvero strutture di cemento armato, tamponature di mattoni forati a cassetta, travi in c.a., solai misti laterocemento c.a.p.. Circa l osservanza o meno di cui al punto 8 della tabella si rappresenta che l immobile non ha subito alcuna variazione di destinazione d uso. Circa il punto 10 si è osservato dai tabulati grafici recuperati e verificati con i sopralluoghi che nessun aumento statico significativo è stato cimentato alle strutture. Circa il punto 11 i documenti acquisiti certificano l osservanza delle norme sismiche vigenti dal 1984 in poi. INTERVENTI SULLA COSTRUZIONE ESISTENTE La normativa specializzata, recita che è prescritto procedere ad intervento di consolidamento quando la struttura ricade nei casi 2, 3, 4, del punto Come si è relazionato la struttura dell edificio adibito a mensa ai piani inferiori e a servizi collettivi e residenza per studenti ai piani superiori, con le scale antincendio di acciaio, di cemento armato, le passerelle realizzate con il Progetto Mirenda e collaudate dall Arch La Fauci, attraverso gli accertamenti eseguiti ed osservati, non ricade in alcun modo nei punti 2, 3, 4 del punto 9.3.1, meglio esplicitato nella matrice, e pertanto non occorre eseguire alcuna opera di consolidamento in quanto non ricorre alcuno dei presupposti stabilito dalle norme. CONCLUSIONI 1 Per questo edificio, alla luce delle indagini, delle acquisizioni documentali, alla esplorazione, alle prove e alle verifiche effettuate ed avanti allegate, la valutazione di sicurezza eseguita permette di stabilire che l uso della costruzione adibito a mensa ai piani inferiori e a servizi collettivi e residenza per studenti ai piani superiori, con le altre opere annesse realizzate con il Progetto Mirenda in base alle norme sismiche vigenti dal 1984 e collaudate dall Arch La Fauci possano continuare senza interventi, se non quelli di manutenzione ordinaria e straordinaria che in seguito si rendessero necessarie. Pag.33

36 EDIFICIO casa dello studente REALIZZATO NEL 1930 Questo edificio è stato realizzato intorno al 1930, l unico documento cartaceo ritrovato meglio illustra i trascorsi: Pag.34

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40 Si evince dal superiore documento che dopo la realizzazione, l edificio è stato collaudato staticamente come da certificati del Regio enio Civile dei giorni e , ma tali certificati non sono stati recuperati. ACQUISIZIONE DOCUMENTI ORIINARI DI PROETTO Sulla scorta delle planimetrie recuperate all ERSU, associato alla ricerca documentale c/o : L urbanistica del Comune di Messina L ERSU di Messina L Università di Messina Il enio Civile di Messina La Prefettura di Messina Il Catasto edilizio di Messina I lavori Pubblici del Comune di Messina L Assessorato al Patrimonio del Comune di Messina Pag.38

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46 Tali ricerche, se pur estese, non hanno consentito di recuperare i diversi documenti e le tavole grafiche architettoniche e di carpenteria del progetto originario, magari perché andati dispersi durante l evento bellico del e quindi di poter verificare la rispondenza progettuale con le strutture dell immobile, oggi sottoposto ad analisi. Atteso quanto sopra si relazionò all ERSU sulla mancata acquisizione dei dati storici e progettuali, e in considerazione dei protocolli d indagine si redasse un piano d indagini, che seguisse l obiettivo LC3 delle norme avanti allegato: Pag.44

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52 In considerazione della mole d indagini da eseguire, l ERSU ha meglio ricercato gli atti d archivio e in data ha inoltrato parte dei documenti ricercati, in particolare i calcoli statici esecutivi della sopraelevazione, con la nota che si allega: Pag.50

53 Studiato l intero fascicolo, lo stesso è risultato sufficiente per poter rimodulare il protocollo d indagine che conseguisse comunque il livello di conoscenza LC3, il quale in data è stato ritrasmesso all ERSU con la nota che si allega: Pag.51

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58 Successivamente l ERSU ha bandito una gara per l affidamento delle indagini e in data le indagini sono state assegnate alla ditta specializzata SIDERCEM con la nota che si allega: Pag.56

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61 Così in data si iniziarono i lavori per la conduzione dei saggi e i prelievi di campioni secondo il protocollo d indagine e in data le stesse sono state ultimate per poi eseguire le prove di laboratorio e quindi successivamente in data la Sidercem consegnò all ERSU il Rapporto di lavoro denominato Diagnosi strutturale che si allega alla presente relazione. Pag.59

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64 Durante la esecuzione delle indagini, coadiuvato dai miei collaboratori si sono controllati i disegni acquisiti durante la raccolta dei dati storici, confrontandoli con lo stato dei luoghi e provvedendo alla rettifica con quanto osservato, in special modo si sono misurati le dimensioni delle membrature portanti, siano travi, pilastri, presenza o meno di pannelli murari portanti inglobati nelle maglie strutturali di cemento armato, le altezze degli interpiani la fattura e la consistenza dei solai. A riguardo dei solai si è venuti a conoscenza che con altro progetto (arch. Steno) parti consistenti dei solai sono stati interessati da opere di miglioramento quale ad esempio la stonacatura degli intonaci e copriferro cadenti e risanati secondo quanto descritto negli stralci della perizia di assestamento e finale che in stralci viene allegata: Pag.62

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78 Tali informazioni sono state inserite fra i dati del modello di calcolo utilizzato per la indagine strutturale oggetto della presente e meglio descritti nella relazione di calcolo, attribuendo le armature indagate e rilevate in fase di sviluppo delle indagini strutturali, ottenendo un modello a fibre che costituisce la base di calcolo per la successiva creazioni delle curve di capacità.. Difatti, il livello di conoscenza acquisito determina il metodo di analisi e i fattori di confidenza da applicare alle proprietà dei materiali. Le procedure per ottenere i dati richiesti sulla base dei disegni di progetto e/o di prove insitu sono descritte in normativa e qui stralciate e meglio sintetizzate in Tabella : Tabella C8A 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 Livello di conoscenza eometria (carpenterie) Dettagli strutturali Proprietà dei materiali Metodi analisi di FC LC1 Progetto simulato in accordo alle norme dell epoca e limitate verifiche in-situ Valori usuali per la pratica costruttiva dell epoca e limitate prove in-situ Analisi lineare statica dinamica o 1.35 LC2 Da disegni di carpenteria originali con rilievo visivo a campione oppure rilievo ex-novo completo Disegni costruttivi incompleti con limitate verifiche in situ oppure estese verifiche in-situ Dalle specifiche originali di progetto o dai certificati di prova originali con limitate prove in-situ oppure estese prove in-situ Tutti 1.20 LC3 Disegni costruttivi completi con limitate verifiche in situ oppure esaustive verifiche in-situ Dai certificati di prova originali o dalle specifiche originali di progetto con estese prove in situ oppure esaustive prove in-situ Tutti 1.00 Nel caso in specie, al fine di non introdurre nei calcoli di verifica un fattore di confidenza elevato, che alla fine riduce i valori medi di resistenza dei materiali fino al 35%, si è predisposta la campagna di indagini accurate (Sidercem) e quindi si sono potuti ottenere i disegni completi dalle verifiche esaustive condotte in situ e si sono raccolti i certificati di qualità e di resistenza desunti con prove su campioni estesi, addivenendo pertanto al livello LC3, così raggiunto: Pag.76

79 Conoscenza accurata della eometria della struttura è stata resa nota in base al rilievo condotto in situ e supportata dai disegni originali della sopraelevazione effettuata intorno agli anni 80, pertanto, è effettuato un rilievo visivo a campione per verificare l effettiva corrispondenza del costruito ai disegni. I dati raccolti sulle dimensioni degli elementi strutturali, insieme a quelli concernenti i dettagli strutturali, sono tali da consentire la messa a punto di un modello strutturale idoneo ad un analisi non lineare. Dettagli costruttivi: i dettagli sono noti o da un esaustiva verifica in-situ e dai disegni costruttivi originali della sopraelevazione, con una limitata verifica in-situ delle armature e dei collegamenti presenti negli elementi più importanti (vedi relazione Sidercem e documentazione fotografica). I dati raccolti sono tali da consentire la messa a punto di un modello strutturale non lineare. Proprietà dei materiali: anche se le informazioni sulle caratteristiche meccaniche dei materiali erano disponibili in base ai disegni costruttivi o ai certificati originali solo dai disegni della sopraelevazione, il restante e stato raccolto con esaustive verifiche insitu. Anche in questo caso, i dati raccolti sono stati tali da consentire la messa a punto di un modello strutturale non lineare. Ulteriori ed approfondite indagini sono state condotte al fine di esplorare le condizioni di consistenza delle fondazioni, così in parte ha provveduto la Sidercem prelevando campioni sia di calcestruzzo sia di barre d armatura, mentre per le condizioni di manutenzione si sono approfonditamente esplorate, anche con l ausilio di torce elettriche, e specifici scafandri monouso, le fondazioni risultate accessibili da un ampio finestrone in dei locali interdetti alla normale fruizione, esattamente posti a fianco dei locali cucina della mensa universitaria annessa alla Casa dello studente, in tale ambito il degrado strutturale è marcato, molte barre d armatura hanno espulso l intero copriferro e le stesse barre a causa dello spesso strato di ossido si sono in parte assottigliate, e tale decadimento fisico chimico è risultato avvalorato dalle prove di laboratorio eseguito sui campioni e la documentazione fotografica allegata meglio illustra lo stato raggiunto dal degrado strutturale: Pag.77

80 Le barre d armatura sono completamente ossidate Pag.78

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82 La trave di fondazione in cemento armato ha espulso il copriferro ed esposto all ossidazione le barre d armatura Pag.80

83 Le armature dei travetti delle nervature dei solai di primo impalcato sono fortemente ossidate, in tale ambito gli interventi di risanamento predisposti con il progetto Arch. Steno non sono stati estesi Pag.81

84 Le armature dei pilastri, in tale ambito, sono privi del copriferro e fortemente ossidati, mentre i calcestruzzi appaiono carbonatati e scarnificati. Ulteriore indagine conoscitiva è stata condotta all interno dei cavedii degli ascensori, posti a fianco la scala principale, potendo gli stessi essere costituiti a pareti portanti di cemento armato in strutture sottili, cui affidare parte della resistenza antisimica, purtroppo le pareti sono risultate in mattoni forati,ordite fra le solette d interpiano, così come le foto sotto allegate hanno confermato, facendo praticare dei fori con apposito elettroutensile. Pag.82

85 Dai rilievi eseguiti è risultato aggiunto alla struttura sottoposta a verifica con i calcoli della sopraelevazione, un intera porzione di piano, eseguito a completamento dei locali tecnici esistenti, posti originariamente in terrazza, e completati attraverso la realizzazione di una pilastrata e di nuovi campi di solai, durante i lavori di sopraelevazione ed attualmente adibiti ad uffici tecnici dell ERSU, tali locali saranno tenuti in conto nella modellazione per la verifica strutturale dell intero immobile. Tali e tanti argomenti tecnico-descrittivi costituiscono gli ingredienti in ambiente di conoscenza LC3, che proiettano, al sottoscritto progettista incaricato per le verifiche, l analisi richiesta verso l obiettivo che la normativa indica, attraverso il protocollo di acquisizione delle conoscenze prima raccolte, la definizione di una curva di capacità globale forza-spostamento, con la conseguente definizione dei tre livelli di accelerazione al suolo, corrispondenti ai tre stati limite definiti dalle norme e dei loro rapporti con le accelerazioni attese. Per raggiungere il Livello di conoscenza approfondito, LC3 anche in ambito geotecnico, e consentire la determinazione della categoria di suolo, nel caso in specie si sono utilizzate le prove in-situ (almeno SPT), allegate alla relazione geologica redatta dal dott. A.Natoli, ed allegata al progetto di demolizione e ricostruzione dell edificio destinato a mense e servizi sociali della casa dello studente, estratta fra gli atti documentali richiesti all archivio del enio Civile di Messina, adeguatamente rimodulata in ordine alle NTC, ed integrate con la esecuzione di una nuova prova M.A.S.W. ( Multichanel Analysis of Surface Wave), adatta ed appropriata per identificare le caratteristiche dinamiche del suolo e quindi il profilo di velocità delle onde di taglio Vs 30, finalizzate alla previsione del comportamento dell opera esistente soggetta ad azione sismica. Pag.83

86 VALUTAZIONE DELLA SICUREZZA Alla luce delle nuove norme tecniche, vigenti in zona sismica, quale il D.M , subentrate all ordinanza 3274, che meglio ha regolamentato la materia, al capitolo 8 tratta i criteri generali per la valutazione della sicurezza e per la progettazione, l'esecuzione ed il collaudo degli interventi sulle costruzioni esistenti, definendo costruzione esistente quella che abbia, alla data della redazione della valutazione di sicurezza, la struttura completamente realizzata, quale la casa dello studente. La valutazione della sicurezza e la progettazione degli interventi, su tale costruzione esistente, tengono conto dei seguenti aspetti, elencati in normativa a cui si affianca la risposta obiettiva: la costruzione riflette lo stato delle conoscenze al tempo della sua realizzazione; SI possono essere insiti e non palesi difetti di impostazione e di realizzazione; SI la costruzione può essere stata soggetta ad azioni, anche eccezionali, i cui effetti non NO siano completamente manifesti; le strutture possono presentare degrado e/o modificazioni significative rispetto alla SI situazione originaria. Nella definizione dei modelli strutturali, si è, inoltre, tenuto conto che: la geometria e i dettagli costruttivi sono definiti e la loro conoscenza dipende solo dalla documentazione disponibile e dal livello di approfondimento delle indagini conoscitive la conoscenza delle proprietà meccaniche dei materiali non risente delle incertezze legate alla produzione e posa in opera ma solo della omogeneità dei materiali stessi all'interno della costruzione, del livello di approfondimento delle indagini conoscitive e dell'affidabilità delle stesse; Al fine della risposta al presente quesito, si procederà con prove appropriate i carichi permanenti sono definiti e la loro conoscenza dipende dal livello di approfondimento delle indagini conoscitive. ; SI (vedi programma d indagine ) Alla luce dei dettati legislativi, dunque, per le analisi strutturali, si dovrà prevedere l'impiego di metodi di analisi e di verifica dipendenti dalla completezza e dall'affidabilità dell'informazione disponibile e l'uso, nelle verifiche di sicurezza, di adeguati "fattori di confidenza", che modificano i parametri di capacità in funzione del livello di conoscenza relativo a geometria, dettagli costruttivi e materiali. L obiettivo della presente analisi è principalmente quello di determinare il livello di adeguatezza quale edificio strategico ai sensi dell art. 2 comma 3 O.C.P.M. 32/74 e s.m.i. del complesso edilizio CASA DELLO STUDENTE sito in Via C Battisti del Comune di Messina, SI Pag.84

87 la normativa a riguardo prescrive in questi casi che, la valutazione della sicurezza e la progettazione degli interventi sulle costruzioni esistenti potranno essere eseguiti con riferimento ai soli SLU, e nel caso in cui si effettui la verifica anche nei confronti degli SLE i relativi livelli di prestazione possono essere stabiliti dal progettista di concerto con il committente. Le verifiche agli SLU nel caso in specie, sono eseguite nel rispetto alla condizione di salvaguardia della vita umana (SLV). La costruzione esistente in specie, deve essere sottoposta a valutazione della sicurezza quando ricorra anche una delle seguenti situazioni: ( in grassetto le situazioni che ricorrono per la casa dello studente in esame) riduzione evidente della capacità resistente e/o deformativa della struttura o di alcune sue parti dovuta ad azioni ambientali (sisma, vento, neve e temperatura), significativo degrado e decadimento delle caratteristiche meccaniche dei materiali, azioni eccezionali (urti, incendi, esplosioni), situazioni di funzionamento ed uso anomalo, deformazioni significative imposte da cedimenti del terreno di fondazione; provati gravi errori di progetto o di costruzione; cambio della destinazione d'uso della costruzione o di parti di essa, con variazione significativa dei carichi variabili e/o della classe d'uso della costruzione; interventi non dichiaratamente strutturali, qualora essi interagiscano, anche solo in parte, con elementi aventi funzione strutturale e, in modo consistente, ne riducano la capacità o ne modifichino la rigidezza. La valutazione della sicurezza avanti eseguiti, permette di stabilire se: l'uso della costruzione possa continuare senza interventi; l'uso debba essere modificato (declassamento, cambio di destinazione e/o imposizione di limitazioni e/o cautele nell'uso); sia necessario procedere ad aumentare o ripristinare la capacità portante. Nella valutazione della sicurezza e del livello di adeguatezza sulla specifica costruzione esistente, quale l edificio 1930 della Casa dello Studente, soggette ad azioni sismiche, particolare attenzione è stata posta agli aspetti che riguardano la duttilità. Si sono quindi assunte le informazioni necessarie a valutare se i dettagli costruttivi, i materiali utilizzati e i meccanismi resistenti siano in grado di continuare a sostenere cicli di sollecitazioni o deformazioni anche dopo il superamento delle soglie di plasticizzazione o di frattura Pag.85

88 La verifica della sicurezza, approntata per la valutazione della vulnerabilità dell edificio più antico realizzato intorno al 1930 della casa dello Studente, ha tenuto in conto delle indicazioni generali indicate dalla NTC, di seguito esposte. 1. Analisi storico-critica 2. Rilievo 3. Caratterizzazione meccanica dei materiali 4. Azioni 5. Materiali 6. Valutazione e presenza di azioni sismiche 7. Verifica della resistenza globale attraverso l analisi Pushover Pag.86

89 DESCRIZIONE DEL MODELLO DI VERIFICA Nelle costruzioni esistenti in cemento armato o in acciaio soggette ad azioni sismiche viene attivata la capacità di elementi e meccanismi resistenti, che possono essere "duttili" o "fragili". I meccanismi duttili possono essere attivati in maniera diffusa su tutta la costruzione, oppure in maniera non uniforme, ad esempio localizzandosi in alcune parti critiche o su un unico piano. La plasticizzazione di un elemento o l'attivazione di un meccanismo duttile in genere non comportano il collasso della struttura. I meccanismi fragili possono localizzarsi in qualsiasi punto della struttura e possono determinare il collasso dell'intera struttura stessa. L'analisi sismica globale avanti allegata, utilizza, per quanto possibile, metodi di analisi che consentano di valutare in maniera appropriata sia la resistenza che la duttilità disponibile. L'impiego di metodi di calcolo lineari richiederebbe da parte del progettista un'opportuna definizione del fattore di struttura in relazione alle caratteristiche meccaniche globali e locali della struttura in esame. I meccanismi "duttili" si verificano controllando che la domanda non superi la corrispondente capacità in termini di deformazione. I meccanismi "fragili" si verificano controllando che la domanda non superi la corrispondente capacità in termini di resistenza. Per il calcolo della capacità di elementi/meccanismi duttili o fragili si sono impiegati le proprietà dei materiali esistenti, determinate secondo le modalità indicate precedentemente, divise per i fattori di confidenza in relazione al livello di conoscenza raggiunto che è stato LC3. Per il calcolo della capacità di resistenza degli elementi fragili primari, le resistenze dei materiali si sono divisi per i corrispondenti coefficienti parziali e per i fattori di confidenza in relazione al livello di conoscenza acquisito. Nel caso dell edificio datato circa 1930 della Casa dello studente, oltre ad essere classificato come struttura in cemento armato, esso presenta per i piani inferiori, la caratteristica di edificio misto, ossia: edificio i cui muri perimetrali siano in muratura portante e la struttura verticale esterna ed interna sia rappresentata da pilastri con solette, travi e cordoli in c.a. ; edificio se pur misto che nel corso della sua esistenza ha subito la sopraelevazione, il cui sistema strutturale sia, esclusivamente in c.a. interconnesso con quello esistente in struttura mista. Per queste particolari situazioni è stato necessario prevedere come la normativa suggerisce, modellazioni che tengano in considerazione le particolarità strutturali identificate e l'interazione Pag.87

90 tra elementi strutturali di diverso materiale e rigidezza, ricorrendo, a metodi di analisi non lineare di comprovata validità quale l analisi Pushover. 1 Rappresentazione generale dell'edificio Struttura Vista assonometrica dell'edificio nella sua interezza Pag.88

91 2 Normative D.M. LL. PP Norme Tecniche riguardanti le indagini sui terreni e sulle rocce, la stabilità dei pendii naturali e delle scarpate, i criteri generali e le prescrizioni per la progettazione, l'esecuzione ed il collaudo delle opere di sostegno delle terre e delle opere di fondazione. Circolare Ministeriale del , n /STC. Legge n. 64, art. 1 - D.M Norme Tecniche riguardanti le indagini sui terreni e sulle rocce, la stabilità dei pendii naturali e delle scarpate, i criteri generali e le prescrizioni per la progettazione, l'esecuzione ed il collaudo delle opere di sostegno delle terre e delle opere di fondazione. Norme Tecniche per le Costruzioni - D.M Sicurezza (cap.2), Azioni sulle costruzioni (cap.3), Costruzioni in calcestruzzo (par.4.1), Costruzioni in legno (par.4.4), Costruzioni in muratura (par.4.5), Progettazione geotecnica (cap.6), Progettazione per azioni sismiche (cap.7), Costruzioni esistenti (cap.8), Riferimenti tecnici (cap.12), EC3. Pag.89

92 3 Descrizione del software DESCRIZIONE DEL PRORAMMA SISMICAD Si tratta di un programma di calcolo strutturale che nella versione più estesa è dedicato al progetto e verifica degli elementi in cemento armato, acciaio, muratura e legno di opere civili. Il programma utilizza come analizzatore e solutore del modello strutturale un proprio solutore agli elementi finiti tridimensionale fornito col pacchetto. Il programma è sostanzialmente diviso in tre moduli: un pre processore che consente l'introduzione della geometria e dei carichi e crea il file dati di input al solutore; il solutore agli elementi finiti; un post processore che a soluzione avvenuta elabora i risultati eseguendo il progetto e la verifica delle membrature e producendo i grafici ed i tabulati di output. SCHEMATIZZAZIONE STRUTTURALE E CRITERI DI CALCOLO DELLE SOLLECITAZIONI Il programma schematizza la struttura attraverso l'introduzione nell'ordine di fondazioni, poste anche a quote diverse, platee, platee nervate, plinti e travi di fondazione poggianti tutte su suolo elastico alla Winkler, di elementi verticali, pilastri e pareti in c.a. anche con fori, di orizzontamenti costituiti da solai orizzontali e inclinati (falde), e relative travi di piano e di falda; è ammessa anche l'introduzione di elementi prismatici in c.a. di interpiano con possibilità di collegamento in inclinato a solai posti a quote diverse. I nodi strutturali possono essere connessi solo a travi, pilastri e pareti, simulando così impalcati infinitamente deformabili nel piano, oppure a elementi lastra di spessore dichiarato dall'utente simulando in tal modo impalcati a rigidezza finita. I nodi appartenenti agli impalcati orizzontali possono essere connessi rigidamente ad uno o più nodi principali giacenti nel piano dell'impalcato; generalmente un nodo principale coincide con il baricentro delle masse. Tale opzione, oltre a ridurre significativamente i tempi di elaborazione, elimina le approssimazioni numeriche connesse all'utilizzo di elementi lastra quando si richiede l'analisi a impalcati infinitamente rigidi. Per quanto concerne i carichi, in fase di immissione dati, vengono definite, in numero a scelta dell'utente, condizioni di carico elementari le quali, in aggiunta alle azioni sismiche e variazioni termiche, vengono combinate attraverso coefficienti moltiplicativi per fornire le combinazioni richieste per le verifiche successive. L'effetto di disassamento delle forze orizzontali, indotto ad esempio dai torcenti di piano per costruzioni in zona sismica, viene simulato attraverso l'introduzione di eccentricità planari aggiuntive le quali costituiscono ulteriori condizioni elementari di carico da cumulare e combinare secondo i criteri del paragrafo precedente. Tipologicamente sono ammessi sulle travi e sulle pareti carichi uniformemente distribuiti e carichi trapezoidali; lungo le aste e nei nodi di incrocio delle membrature sono anche definibili componenti di forze e coppie concentrate comunque dirette nello spazio. Sono previste distribuzioni di temperatura, di intensità a scelta dell'utente, agenti anche su singole porzioni di struttura. Il calcolo delle sollecitazioni si basa sulle seguenti ipotesi e modalità: - travi e pilastri deformabili a sforzo normale, flessione deviata, taglio deviato e momento torcente. Sono previsti coefficienti riduttivi dei momenti di inerzia a scelta dell'utente per considerare la riduzione della rigidezza flessionale e torsionale per effetto della fessurazione del conglomerato cementizio. E' previsto un moltiplicatore della rigidezza assiale dei pilastri per considerare, se pure in modo approssimato, l'accorciamento dei pilastri per sforzo normale durante la costruzione. - le travi di fondazione su suolo alla Winkler sono risolte in forma chiusa tramite uno specifico elemento finito; - le pareti in c.a. sono analizzate schematizzandole come elementi lastra-piastra discretizzati con passo massimo assegnato in fase di immissione dati; - le pareti in muratura possono essere schematizzate con elementi lastra-piastra con spessore flessionale ridotto rispetto allo spessore membranale.- I plinti su suolo alla Winkler sono modellati con la introduzione di molle verticali elastoplastiche. La traslazione orizzontale a scelta dell'utente è bloccata o gestita da molle orizzontali di modulo di reazione proporzionale al verticale. - I pali sono modellati suddividendo l'asta in più aste immerse in terreni di stratigrafia definita dall'utente. Nei nodi di divisione tra le aste vengono inserite molle assialsimmetriche elastoplastiche precaricate dalla spinta a riposo che hanno come pressione limite minima la spinta attiva e come pressione limite massima la spinta passiva modificabile attraverso opportuni coefficienti. - i plinti su pali sono modellati attraverso aste di di rigidezza elevata che collegano un punto della struttura in elevazione con le aste che simulano la presenza dei pali;- le piastre sono discretizzate in un numero finito di elementi lastra-piastra con passo massimo assegnato in fase di immissione dati; nel caso di platee di fondazione i nodi sono collegati al suolo da molle aventi rigidezze alla traslazione verticale ed richiesta anche orizzontale.- La deformabilità nel proprio piano di piani dichiarati non infinitamente rigidi e di falde (piani inclinati) può essere controllata attraverso la introduzione di elementi membranali nelle zone di solaio. - I disassamenti tra elementi asta sono gestiti automaticamente dal programma attraverso la introduzione di collegamenti rigidi locali.- Alle estremità di elementi asta è possibile inserire svincolamenti tradizionali così come cerniere parziali (che trasmettono una quota di ciò che trasmetterebbero in condizioni di collegamento rigido) o cerniere plastiche.- Alle estremità di elementi bidimensionali è possibile inserire svincolamenti con cerniere parziali del momento flettente avente come asse il bordo dell'elemento.- Il calcolo degli effetti del sisma è condotto, a scelta dell'utente, con analisi statica lineare, con analisi dinamica modale o con analisi statica non lineare, in accordo alle varie normative adottate. Le masse, nel caso di impalcati dichiarati rigidi sono concentrate nei nodi principali di piano altrimenti vengono considerate diffuse nei nodi giacenti sull'impalcato stesso. Nel caso di analisi sismica vengono anche controllati gli spostamenti di interpiano. VERIFICHE DELLE MEMBRATURE IN CEMENTO ARMATO Nel caso più generale le verifiche degli elementi in c.a. possono essere condotte col metodo delle tensioni ammissibili (D.M ) o agli stati limite in accordo al D.M , al D.M o secondo Eurocodice 2. Le travi sono progettate e verificate a flessione retta e taglio; a richiesta è possibile la verifica per le sei componenti della sollecitazione. I pilastri ed i pali sono verificati per le sei componenti della sollecitazione. Per gli elementi bidimensionali giacenti in un medesimo piano è disponibile la modalità di verifica che consente di analizzare lo stato di verifica nei singoli nodi degli elementi. Nelle verifiche (a presso flessione e punzonamento) è ammessa la introduzione dei momenti di calcolo modificati in base alle direttive dell'ec2, Appendice A.2.8. I plinti superficiali sono verificati assumendo lo schema statico di mensole con incastri posti a filo o in asse pilastro. li ancoraggi delle armature delle membrature in c.a. sono calcolati sulla base della effettiva tensione normale che ogni barra assume nella sezione di Pag.90

93 verifica distinguendo le zone di ancoraggio in zone di buona o cattiva aderenza. In particolare il programma valuta la tensione normale che ciascuna barra può assumere in una sezione sviluppando l'aderenza sulla superficie cilindrica posta a sinistra o a destra della sezione considerata; se in una sezione una barra assume per effetto dell'aderenza una tensione normale minore di quella ammissibile, il suo contributo all'area complessiva viene ridotto dal programma nel rapporto tra la tensione normale che la barra può assumere per effetto dell'aderenza e quella ammissibile. Le verifiche sono effettuate a partire dalle aree di acciaio equivalenti così calcolate che vengono evidenziate in relazione.a seguito di analisi inelastiche eseguite in accordo a OPCM 3431 o D.M vengono condotte verifiche di resistenza per i meccanismi fragili (nodi e taglio) e verifiche di deformabilità per i meccanismi duttili. Pag.91

94 4 Dati generali 4.1 Materiali Materiali c.a. Descrizione: Descrizione o nome assegnato all'elemento. Rck: Resistenza caratteristica cubica; valore medio nel caso di edificio esistente. [dan/cm2] E: Modulo di elasticità longitudinale del materiale. [dan/cm2] amma: Peso specifico del materiale. [dan/cm3] Poisson: Coefficiente di Poisson, viene impiegato nella modellazione di elementi bidimensionali. Il valore è adimensionale. : Modulo di elasticità tangenziale del materiale, viene impiegato nella modellazione di aste. [dan/cm2] Alfa: Coefficiente longitudinale di dilatazione termica. [ C-1] Descrizione Rck E amma Poisson Alfa C14/ Curve di materiali c.a. Rck: Resistenza caratteristica cubica; valore medio nel caso di edificio esistente. [dan/cm2] E: Modulo di elasticità longitudinale del materiale. [dan/cm2] amma: Peso specifico del materiale. [dan/cm3] Poisson: Coefficiente di Poisson, viene impiegato nella modellazione di elementi bidimensionali. Il valore è adimensionale. : Modulo di elasticità tangenziale del materiale, viene impiegato nella modellazione di aste. [dan/cm2] Alfa: Coefficiente longitudinale di dilatazione termica. [ C-1] Curva: Curva caratteristica Reaz.traz.: Reagisce a trazione. Comp.frag.: Ha comportamento fragile. E.compr.: Modulo di elasticità a compressione. [dan/cm2] Incr.compr.: Incrudimento di compressione. Il valore è adimensionale. EpsEc: Epsilon elastico a compressione. Il valore è adimensionale. EpsUc: Epsilon ultimo a compressione. Il valore è adimensionale. E.traz.: Modulo di elasticità a trazione. [dan/cm2] Incr.traz.: Incrudimento di trazione. Il valore è adimensionale. EpsEt: Epsilon elastico a trazione. Il valore è adimensionale. EpsUt: Epsilon ultimo a trazione. Il valore è adimensionale. Materiale: C14/17 Rck E amma Poisson Alfa Curva Reaz.traz. Comp.frag. E.compr. Incr.compr. EpsEc EpsUc E.traz. Incr.traz. EpsEt EpsUt No Si Sigma Epsilon Pag.92

95 4.1.3 Materiali muratura Proprietà muratura base Descrizione: Descrizione o nome assegnato all'elemento. E: Modulo di elasticità longitudinale del materiale. [dan/cm2] amma: Peso specifico del materiale. [dan/cm3] Poisson: Coefficiente di Poisson, viene impiegato nella modellazione di elementi bidimensionali. Il valore è adimensionale. : Modulo di elasticità tangenziale del materiale, viene impiegato nella modellazione di aste. [dan/cm2] Alfa: Coefficiente longitudinale di dilatazione termica. [ C-1] Descrizione E amma Poisson Alfa Muratura in forati (circ.617 C8A.2) Muratura in mattoni pieni e malta di calce_ Proprietà muratura NTC 2008 Descrizione: Descrizione o nome assegnato all'elemento. Tipo blocchi: Tipo di blocchi (D.M , V, VI). fbk: Resistenza caratteristica a compressione dell'elemento dichiarata dal produttore (D.M ). [dan/cm2] fbk_: Resistenza caratteristica a compressione dell'elemento in direzione orizzontale nel piano del muro. Dato da richiedere al produttore (D.M ). [dan/cm2] fkt: Resistenza caratteristica a trazione (D.M ). [dan/cm2] fhk: Resistenza caratteristica della muratura a compressione in direzione orizzontale (nel piano della parete) D.M [dan/cm2] Tipo malta: Tipo di malta (D.M ). Res.compr.malta: Resistenza media a compressione della malta (D.M ). [dan/cm2] Cat.blocchi: Categoria blocchi (D.M ). Cl.esec.: Classe di esecuzione (D.M ). fk: Resistenza caratteristica a compressione della muratura (D.M , ). [dan/cm2] fvk0: Resistenza caratteristica a taglio della muratura in assenza di tensioni normali (D.M , ). [dan/cm2] ammam: Coefficiente parziale di sicurezza sulla resistenza a compressione della muratura (D.M , 4.5.II). Il valore è adimensionale. Descrizione Tipo fbk fbk_ fkt fhk Tipo malta Res.compr.malta Cat.blocchi Cl.esec. fk fvk0 ammam blocchi Muratura in Laterizio Composizione 150 II forati prescritta (circ.617 C8A.2) Muratura in mattoni pieni e malta di calce_6 Laterizio Composizione prescritta 25 II Armature Descrizione: Descrizione o nome assegnato all'elemento. fyk: Resistenza caratteristica. [dan/cm2] Sigma amm.: Tensione ammissibile. [dan/cm2] Tipo: Tipo di barra. E: Modulo di elasticità longitudinale del materiale. [dan/cm2] amma: Peso specifico del materiale. [dan/cm3] Poisson: Coefficiente di Poisson, viene impiegato nella modellazione di elementi bidimensionali. Il valore è adimensionale. : Modulo di elasticità tangenziale del materiale, viene impiegato nella modellazione di aste. [dan/cm2] Alfa: Coefficiente longitudinale di dilatazione termica. [ C-1] Descrizione fyk Sigma amm. Tipo E amma Poisson Alfa acciaio Aq Liscio Pag.93

96 4.2 Sezioni Sezioni C.A Sezioni rettangolari C.A. Descrizione: Descrizione o nome assegnato all'elemento. Area Tx FEM: Area di taglio in direzione X per l'analisi FEM. [cm2] Area Ty FEM: Area di taglio in direzione Y per l'analisi FEM. [cm2] JxFEM: Momento di inerzia attorno all'asse X per l'analisi FEM. [cm4] JyFEM: Momento di inerzia attorno all'asse Y per l'analisi FEM. [cm4] JtFEM: Momento d'inerzia torsionale corretto con il fattore di forma per l'analisi FEM. [cm4] H: Altezza della sezione. [cm] B: Larghezza della sezione. [cm] c.s.: Copriferro superiore della sezione. [cm] c.i.: Copriferro inferiore della sezione. [cm] c.l.: Copriferro laterale della sezione. [cm] Descrizione Area Tx Area Ty JxFEM JyFEM JtFEM H B c.s. c.i. c.l. FEM FEM R 50* E E R 30* R 30* R 40* E E R 30* R 35* E E R 35* E E R 40* R 30* R 30*60_ R 15* R 50* E E E E R 50* E E R 50* E E R 45* Sezioni a T rovescio C.A. Descrizione: Descrizione o nome assegnato all'elemento. Area Tx FEM: Area di taglio in direzione X per l'analisi FEM. [cm2] Area Ty FEM: Area di taglio in direzione Y per l'analisi FEM. [cm2] JxFEM: Momento di inerzia attorno all'asse X per l'analisi FEM. [cm4] JyFEM: Momento di inerzia attorno all'asse Y per l'analisi FEM. [cm4] JtFEM: Momento d'inerzia torsionale corretto con il fattore di forma per l'analisi FEM. [cm4] H: Altezza della sezione. [cm] B anima: Spessore dell'anima della sezione. [cm] H ala: Spessore dell'ala della sezione. [cm] B ala sx.: Larghezza dell'ala sinistra della sezione. [cm] Pag.94