COMUNE DI LUSCIANO Provincia di Caserta

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1 COMUNE DI LUSCIANO Provincia di Caserta ADEGUAMENTO STRUTTURALE DELL EDIFICIO SCOLASTICO SCUOLA ELEMENTARE Via Boccaccio RELAZIONE DI CALCOLO DEGLI INTERVENTI DI ADEGUAMENTO SISMICO Novembre 2015 Il R.T.P. Prof. Ing. Ferdinando LUMINOSO Dott. Ing. Giovanni Toscano Dott. Arch. Vincenzo Vitone

2 INDICE INDICE 2 PREMESSE 3 A. DESCRIZIONE DEGLI INTERVENTI... 5 A.1 INTERVENTO IN FONDAZIONE... 5 A.2 INTRODUZIONE DI UN SETTO MURARIO E CHIUSURA DEI VANI... 8 A.3 RINGROSSO DEI PILASTRI DELLE TRAVI... 8 A.4 CONSOLIDAMENTO DELLE MURATURE CON MALTE FIBRO RINFORZATE E RISTILATURA DEI GIUNTI: B. ANALISI DEL COMPORTAMENTO STRUTTURALE POST - OPERAM B.1 MODELLAZIONE DELL INTERVENTO IN FONDAZIONE B.2 MODELLAZIONE DEGLI INTERVENTI SULLE STRUTTURE IN C.A. E MURARIE C. OUTPUT STATO DI PROGETTO D. I PRINCIPALI PARAMETRI OGGETTO DI VERIFICA PER IL RILASCIO DELL AUTORIZZAZIONE SISMICA E. CONCLUSIONI Rif.: er07.docx Pagina 2 di 22

3 Premesse Nel presente capitolo vengono illustrati gli interventi di progetto e vengono espresse alcune considerazioni in riferimento a possibili meccanismi globali e locali di crisi strutturale scaturite principalmente dalle analisi visive e dalle valutazioni di vulnerabilità desunte dalle analisi numeriche. Il progetto di intervento prevede una serie di opere finalizzate alla riduzione del rischio sismico della struttura; in particolare sono stati individuati interventi tale da raggiungere l adeguamento sismico del manufatto. Nei paragrafi successivi vengono descritti tali interventi ed eseguite le opportune modellazioni al fine di ottenere i coefficienti di sicurezza post intervento, per confrontarli con quelli pre intervento, in modo da misurare il miglioramento sismico. Le analisi condotte e riportate nel paragrafo seguente pongono in risalto un aspetto fondamentale: le attuali strutture, allo stato di fatto, non risultano idonee a sopportare le azioni sismiche così come prescritto dalla NTC Gli interventi proposti dunque, tendono a fornire alla struttura un efficace grado di sicurezza, andando sia ad incrementare l area di muratura esistente, lungo una direzione, che a ridurre le azioni sismiche applicate. La relazione seguente si articola, per una migliore chiarezza espositiva, nei seguenti paragrafi: A) Descrizione degli interventi. - intervento in fondazione. - introduzione di setti murari e chiusura dei vani. - ringrosso dei pilastri delle travi. Rif.: er07.docx Pagina 3 di 22

4 B) Analisi del comportamento strutturale post operam. - Modellazione dell intervento in fondazione - Modellazione degli interventi sulle strutture in c.a. e murarie. C) Output stato di progetto. D) I Principali parametri oggetto di verifica per il rilascio dell autorizzazione sismica. E) Conclusioni. Rif.: er07.docx Pagina 4 di 22

5 A. DESCRIZIONE DEGLI INTERVENTI A.1 INTERVENTO IN FONDAZIONE Dallo studio dei risultati dello stato di fatto, si evince che la struttura fondazionale esistente è tale da non garantire risultati soddisfacenti in relazione all interazione terreno-struttura, tanto che non risulta verificata a carico limite in presenza delle azioni sismiche applicate. Tali criticità non si evidenziano nelle altre verifiche effettuate in relazione ai cedimenti. Alla luce di tali risultanze al progettista si ponevano due scelte: riaffermare l originaria scelta progettuale dei micropali, che avrebbero trasferito i carichi a maggiore profondità rispetto alla fondazione superficiale, o ipotizzare una nuova fondazione che fosse in grado di garantire il soddisfacimento di tutte le verifiche imposte dalle norme. E stata abbandonata la prima soluzione in quanto essa difficilmente poteva conciliarsi con la maggior spesa correlata al consolidamento di tutte le pareti in luogo di un intervento parzializzato precedentemente previsto e non condiviso in sede di rilascio di autorizzazione sismica. Va precisato che, a causa della impossibilità di modificare il finanziamento ricevuto, l Amministrazione non poteva in alcun modo reperire altri fondi e doveva limitare le spese nell ambito del quadro economico a suo tempo approvato. Al fine di contemperare tale esigenza con quella di adottare i valori di resistenza minimi imposti dall organo preposto al rilascio dell autorizzazione sismica, che hanno comportato il consolidamento di tutte le pareti, è stato adottata Rif.: er07.docx Pagina 5 di 22

6 una soluzione progettuale per le fondazioni di natura diversa e rappresentata da una sottofondazione superficiale costituita da un graticcio di travi rovesce. Si riporta di seguito pianta e sezioni del graticcio di travi. Rif.: er07.docx Pagina 6 di 22

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8 A.2 INTRODUZIONE DI UN SETTO MURARIO E CHIUSURA DEI VANI In virtù dei risultati ottenuti si pone in risalto la carenza che la struttura mostrano per sollecitazioni ai carichi orizzontali, in particolare in direzione X; per superare questa insufficienza, si è prevista la realizzazione di una nuova parete nella direzione in questione, sostituendo il tramezzo divisorio tra le aule con un maschio murari da 70 cm opportunamente incastrato ai solai ed ai maschi murari esistenti. Tale intervento consente oltretutto di ridurre le luci dei muri portanti che superano i 10 m circa e quindi di superare uno dei principali elementi di vulnerabilità. Il nuovo setto murario a piano terra è opportunamente fondato su una trave di fondazione. Per aumentare ulteriormente la sezione resistente di muratura è stata ridotta la larghezza dei vani esistenti, oppure sono stati chiusi completamente i vani, collocando gli stessi in posizioni vicine e più opportune. A.3 RINGROSSO DEI PILASTRI DELLE TRAVI Nella stessa ottica dell intervento illustrato precedentemente e prendendo inoltre atto delle insufficienze palesate dai telai in cemento armato presenti nella struttura; è stato previsto il consolidamento di tali elementi strutturali attarverso la realizzazione di un ringrosso alle travi ed ai pilastri esistenti, in modo tale che tali elementi strutturali potessero essere considerati, nello stato di progetto, come elementi sismo-resistenti. Rif.: er07.docx Pagina 8 di 22

9 A.4 CONSOLIDAMENTO DELLE MURATURE CON MALTE FIBRO RINFORZATE E RISTILATURA DEI GIUNTI: Per quanto concerne la strutttura muraria in tufo le principali finalità poste alla base dell intervento consoistono essenzialmnete nel rifunzionalizzare e incrementare le prestazioni e la sicurezza dell edificio. A tale fine, in virtù di quanto previsto dalla normativa in vigore e in particolare dall appendice C.8.A. della circolare del Ministero delle Infrastrutture e dei Trasporti n.617 del 2/02/2009 si è voluto fruire della sottoriportata tabella concernenete i valori di riferimento dei parametri meccanici delle diverse tipologie di muratura. Rif.: er07.docx Pagina 9 di 22

10 Al fine inoltre di poter tenere conto delle migliori caratteristiche rispetto a quelle che hanno ispirato gli elmenti di valutazione della sopra riportata tabella si è voluto fruire anche dei coefficienti correttivi migliorativi riporatti nella tabella C.8.A.2.2., che, per comodità, si ritiene utile presentare di seguito: Rif.: er07.docx Pagina 10 di 22

11 In particolare sono stati utilizzati il coefficiente migliorativo pari a 2 e relativo all intonaco armato e per la pareti per le quali è stata prevista la ristilatura dei giunti con malte di buone caratteristiche il coefficiente correttivo migliorativo pari a 1,5. Tali valori sono stati ricavati dalla prima e ultima colonna della tabella sopra riportata relative a conci di pietra tenera (tufo). Non si è ritenuto, stante l assenza di puntuali informazioni al riguardo di adoperare il coefficiente migliorativo per malta buona per tutte le pareti. Sotto il profilo delle scelte della soluzione progettuale più idonea per il consolidamento delle murature si è deciso di rinunciare ai classici interventi di consolidamento con malte cementizie e reti elettrosaldate, le quali, hanno tra l altro il notevole svantaggio di incrementare sensibilmente la rigidezza delle pareti, per approdare all utilizzo di malte fibrorinforzate esenti da cemento e base di calce e pozzolana. Tale scelta non solo premia nei confronti della durevolezza e della loro resistenza agli eventi aggressivi quali l azione delle acque piovane e i fenomeni di risalita capillare dell umidità, ma premia anche nei confronti dell aumento di resistenza così come riportato in letteratura tecnica, la quale di recente ha espresso profonde critiche per i passati e massicci interventi basati sull utilizzo del cemento armato. L adozione di malte non Rif.: er07.docx Pagina 11 di 22

12 cementizie con l introduzione, in sostituzione delle reti elettrosaldate, di materiale composito fibro-rinforzato FRP consentono di raggiungere notevoli incrementi di resistenza anche con spessori di 3 cm per lato senza alterare la distribuzione delle rigidezze e delle forze orizzontali. Le reti di materiale fibro-rinforzato, essendo costituite da fibre di vetro alcalino resistenti presentano buoni valori delle resistenze a trazione e vengono utilizzate assicurando il loro collegamento con connettori sempre in FRP. L adozione di tale sistema è stata prescelta anche al fine di ridurre e/o eliminare l uso, per gli incroci murari, delle classiche iniezioni cementizie e delle armature metalliche interne, che comportano notevoli criticità associate al sensibile incremento di rigidezza che si ottiene nel nucleo in muratura rispetto alle ali. Per i suddetti incroci si presuppone l utilizzo della malta strutturale e della rete in FRP, che và a sovrapporsi nell angolo alla rete posta sulla parete perpendicolare. Tale metodologia evita la criticità correlata ai nodi rinforzati, che, sottoposti alle azioni sismiche, tendono a reagire in maniera nettamente diversa dalle pareti non armate, le quali essendo più flessibili e meno vincolate possono generare quadri fessurativi se non addirittura una scissione profonda tra i paramenti murari. In altri termini la soluzione prescelta consente all intera scatola muraria di partecipare all evento sismico ridistribuendo le forze tra i vari elementi murari. Le soluzioni precedentemente illustrate incrementano la resistenza e la duttilità della struttura muraria sismo resistente introducendo anche miglioramenti sensibili nel comportamento a taglio. Rif.: er07.docx Pagina 12 di 22

13 B. ANALISI DEL COMPORTAMENTO STRUTTURALE POST - OPERAM L analisi del comporamento strutturale post-operam è stata eseguita mediante software (Licenza d uso n CDS Versione full Software della SDS). Senza entrare nel merito della modellazione dell intera struttura, già proposta nella relazione dello stato di fatto e peraltro invariata, si pone particolare attenzione alla modellazione dei seguenti interventi strutturali: 1. modellazione dell intervento in fondazione; 2. modellazione degli interventi sulle strutture sismo resistenti B.1 MODELLAZIONE DELL INTERVENTO IN FONDAZIONE L introduzione della fondazione superficiale rettangolare tende, come già anticipato nel paragrafo precedente, a creare un irrigidimento tale da poter schematizzare la nuova struttura con una quota 0 delle fondazioni a piano campagna e non più a 4 metri di profondità. Tale trave superficiale ha una una sezione retta di dimensioni 160x120 cm. Pertanto la nuova fondazione è stata modellata come un graticcio di travi rovesce alla Winkler, assumendo come costante di sottofondo k = 3.0 dan/cm³. Rif.: er07.docx Pagina 13 di 22

14 Esempio di nuovo sistema fondale Rif.: er07.docx Pagina 14 di 22

15 B.2 MODELLAZIONE DEGLI INTERVENTI SULLE STRUTTURE IN C.A. E MURARIE Così come si evince dall esame delle tavole grafiche allegate, i principali interventi strutturali concernono il ringrosso dei pilastri, il ringrosso delle travi, l introduzione di un nuovo setto murario e l utilizzo diffuso di intonaco armato con rete fibro-rinforzate. Il programma di calcolo, nel quale tali interventi sono stasi opportunamente inseriti nei dati di input concerneti le geometrie, le caratteristiche meccaniche dei materiali e l utilizzo dei coefficienti correttivi migliorativi, ha tenuto conto dei miglioramenti introdotti. Rif.: er07.docx Pagina 15 di 22

16 C. OUTPUT STATO DI PROGETTO Nel presente paragrafo si riportano le risultanze dell analisi globale riferita alla struttura in esame, che viene separata da tutte le altre strutture presenti, compresa la pensilina di collegamento tra i vari corpi, in modo da costituire un unicum strutturale. Si riportano di seguito le immagini relative agli stati tensionali in testa e al piede dei maschi murari, nonché la verifica di tali maschi allorquando sono soggetti sia ai carichi verticale che ai carichi sismici. Per ogni elemento strutturale vengono poi visualizzati i coefficienti di sicurezza, le modalità di collasso e le tipologie dei materiali. Pertanto cadono in successione le seguenti immagini: - visualizzazione dello stato tensionale in testa ai maschi murari - visualizzazione dello stato tensionale al piede ai maschi murari - visualizzazione dei maschi murari verificati e non verificati a carichi verticali e sismici - coefficiente di sicurezza - modalità di collasso - tipologia di materiali Rif.: er07.docx Pagina 16 di 22

17 Figura.1. Stato tensionale in testa ai maschi murari Figura.2. Stato tensionale al piede dei maschi murari Rif.: er07.docx Pagina 17 di 22

18 Figura.3. Tipologia di materiali utilizzati Figura.4. Verifiche globali setti murari Rif.: er07.docx Pagina 18 di 22

19 Figura.5. Coefficienti di sicurezza sismici setti murari Figura.6. Tipologia di collasso setti murari Rif.: er07.docx Pagina 19 di 22

20 Figura.7. Verifiche globali elementi in c.a. Rif.: er07.docx Pagina 20 di 22

21 D. I PRINCIPALI PARAMETRI OGGETTO DI VERIFICA PER IL RILASCIO DELL AUTORIZZAZIONE SISMICA Nel presente paragrafo, al fine di consentire un agevole controllo da parte degli organi competenti al rilascio dell autorizzazione sismica, si riportano i principali parametri adottati nel presente progetto per la definizione di tutti gli aspetti contemplati dalle normative vigenti: Tipologia costruttiva della struttura portante principale dell opera Tipologia di intervento Struttura mista : Muratura C.A. Lavori di adeguamento su costruzione esistente che non comportano incrementi di altezze Normativa di riferimento N.T.C D.M. 14/01/2008 Classe d uso III Categoria edificio Non strategico di interesse statale e rilevante di interesse regionale Coordinate geografiche del sito Lat Long Categoria di sottosuolo Categoria topografica del sito Livello di conoscenza Tipologia di Indagini Elementi indagati Prove distruttive Prove non distruttive Interventi su elementi in c.a. Interventi su pareti murarie Interventi sulle fondazioni C T1 LC2 Estese prove in sito Murature, travi, pilastri, solai Carotaggi, spicconatura, prelievi di barre di armatura, martinetto piatto doppio Ultrasoniche, Sonreb, Termografiche Ringrosso pilastri e travi Listatura dei giunti, Intonaco fibrorinforzato FRP Graticcio di travi rettangolari 160x120cm Rif.: er07.docx Pagina 21 di 22

22 E. CONCLUSIONI Le carenze strutturali individuate nel corso dei rilievi e le analisi condotte sull edificio hanno permesso la definizione di una serie di interventi mirati a conseguire l adeguamento sismico strutturale. La scelta progettuale degli interventi è stata indirizzata verso l eliminazione delle carenze strutturali riscontrate, nonché all aumento leggero, ma complessivo, di duttilità e resistenza, cercando di non alterare l organismo strutturale originario. A valle delle analisi svolte, la capacità del fabbricato di resistere alle azioni sismiche di riferimento con gli interventi proposti risulta migliorata in particolar modo nei confronti delle azioni ortogonali. A seguito degli interventi proposti, il coefficiente di sicurezza passa da 0,16 a 1,03; pertanto gli interventi proposti sono finalizzati all'adeguamento sismico del fabbricato. Il R.T.P. Prof. Ing. Ferdinando LUMINOSO Dott. Ing. Giovanni Toscano Dott. Arch. Vincenzo Vitone Rif.: er07.docx Pagina 22 di 22