PECULIARIA DELL EDIFICIO L edificio oggetto d intervento (vedi fig.1) è situato nel Comune di Latronico in Provincia di Potenza. E situato orograficamente in una zona collinare a circa 830 m.s.m. su pendio con pendenza compresa tra i 15-30.Lo stesso costruito negli anni 60 è stato adibito a mercato coperto agli inizi degli anni 70. La Struttura portante è in c.a ed ha forma rettangolare allungata con dimensioni massime in pianta 13.90x25.20m ed altezza variabile tra 5.80-8.50 m. La stessa è monopiano con tetto a falda su due livelli. E regolare in pianta ed in altezza, presenta Figura 1 Immagine globale dell edificio nel suo stato di fatto n 9 telai in direzione X n 4 telai in direzione Y Dei 9 telai in direzione X sette presentano nella copertura più alta lo schema di arco a tre cerniere il che rende la rende molto vulnerabile ad azioni sia statiche che sismiche. I pilastri hanno sezione variabile 30x60 cm e 30x50 e sono orientati nella stessa direzione, soluzione non molto efficiente dal punto di vista sismico in quanto creano una forte variazione di rigidezza tra una direzione e l altra e possono trasformare la struttura in una tipologia torsionalmente deformabile, ma in questo caso visto la forma allungata della stessa tale ipotesi è stata scongiurata. Le travi in c.a della copertura alta ad arco a tre cerniere sono a sezione variabile. Le travi di fondazione con sezione a T rovescio presentano le dimensioni massime di 80x140 cm. I solai sono in laterocemento da cm 16 con travetti precompressi orditi maggiormente nella direzione di massima pendenza. Le tamponature disposte in maniera regolare in pianta ed in altezza sono presentano un alto indice di aperture e sono costituite da una doppia cortina formata da una fila di mattoni pieni all esterno dallo spessore cm 12, da un intercapedine areata e polistirolo cm 10 e da una tavella in forato posto in foglio con spessore cm 8. L elevata snellezza delle stesse e la presenza di un doppio paramento le rende molto vulnerabili a fenomeni di ribaltamento fuori piano.
DEFINIZIONE DEL LIVELLO DI CONOSCENZA L edificio esistente, è stato progettato e realizzato prima del 1974, anno in cui furono istituite le prime zone sismiche e normativa in Italia, per cui soggetto ai soli carichi verticali. Ai fini della valutazione dell opera ante e post intervento (miglioramento sismico) si è reso necessario definire un livello di conoscenza medio - LC2 (Conoscenza Adeguata) con un fattore di confidenza per le verifiche FC=1.20, di modo che ci ha permesso di utilizzare metodi di analisi e verifica in campo non lineare molto più efficienti per gli edifici esistenti. La campagna d indagini e prove strutturali ubicate in fig.3 sono consistite in: N 5 carotaggi nel calcestruzzo è relative prove di schiacciamento a compressione; N 3 estrazioni di barre di armatura e relative prove di trazione ; N 50 posizioni di rilievo delle armature (indagini pacometriche) ; N 17 prove combinate tipo Sonreb (Ultrasuoni + sclerometriche) ; N 2 scavi meccanizzati per verificare la tipologia di fondazione ; Figura 2: Ubicazione indagini e prove strutturali Figura 3: Estrazione barra di acciaio dal pilastro La campagna di indagini e prove geotecniche/geofisiche è consistita nella esecuzione di: DPSH; N 3 stendimenti sismici tipo MASW; N 3 prove penetrometriche superpesanti Figura 4: Scavo in fondazione per rilievo geometria Figura 5: Ubicazione dei stendimenti MASW
RISULTATI DELLE INDAGINI I risultati di tutte le indagini e prove, strutturali, geotecniche e geofisiche sono: Livello di conoscenza LC2 e relativo fattore di confidenza per le verifiche FC=1.20; Resistenza cilindrica media f cm =20.40 MPa (ottenuta dai carotaggi); Resistenza cilindrica media f cm =18.90 MPa (ottenuta dalle Sonreb); Resistenza cilindrica media f cm =20.40 MPa (ottenuta dai carotaggi); Resistenza a trazione media dell acciaio f ym =306 MPa; Armature calibrate tra quelli di progetto e le indagini pacometriche; Categoria di suolo B (V S30 =398-377-424 m/s); Categoria topografica T2 ; Parametri geotecnici caratteristici nel volume significativo (vedi tabella); Poisson Peso di volume Saturo (k N/m³) Peso di Modulo Modulo di prova DP n.1 Angolo Nspt Densità Spessore Livello Prof. volume Edomet. Young d'attrito relativa strato Strato (k N/m³) (Mpa) (Mpa) ( ) (%) (m) (m) Prescavo 2.0 2.0 \ \ \ \ \ \ \ \ Strato 1 6.2 4.2 14.75 69.34 32.13 6.10 5.66 18.34 19.12 0.33 Strato 2 6.4 \ >50 \ \ \ \ \ \ \
AZIONI SISMICHE Sull opera in progetto oltre agli interventi strutturali di miglioramento sismico, saranno effettuati interventi di miglioramento funzionale al fine di adibire l opera al pubblico per Centro Polivalente Attrezzato per Attività Culturali, per cui deve essere verificata nei confronti delle seguenti azioni sismiche e stati limite: DEFINIZIONE DELL AZIONE SISMICA UBICAZIONE SITO COORDINATE GEOGRAFICHE VITA NOMINALE [Anni] CLASSE D USO Longitudine Latitudine Est [ ] Nord [ ] 50 III 16.01108 40.08828 A g / g F o T * C STATO LIMITE Stato limite di operatività- SLO 0.071 2.403 0.288 Stato Limite di danno - SLD 0.097 2.338 0.302 Stato Limite di Salvaguardia della Vita - SLV 0.304 2.326 0.381 CATEGORIA DI SOTTOSUOLO Categoria di sottosuolo B (360<V S30 <800m/s) S S 1.00 1.40 0.40 F a / g 1.20 O g CONDIZIONI TOPOGRAFICHE Categoria topografica T2 S T 1.20
VALUTAZIONE DELLA SICUREZZA Ai fini della valutazione della vulnerabilità strutturale sono stati messi a punto due modelli di calcolo: 1. Lineare con elementi beam trave-pilastro è solai con elementi membrana ortotropa. Tale modello si è reso necessario per effettuare un analisi dinamica modale, al fine di determinare i modi prevalenti con le percentuali di massa eccitata per verificare le condizioni di applicabilità delle distribuzioni di forza del primo gruppo dell analisi non lineare pushover. Tabella 1: Periodi, modi e masse partecipanti analisi dinamica modale Dalle analisi dinamiche modali risulta che per entrambi i modi principali dell edificio la massa eccitata è superiore al 75 % per cui quanto previsto dal cap.7.3.4.1 delle NTC2008 l analisi non lineare è sempre applicabile. 2. Modello non lineare con elementi beam a plasticità concentrata con interazione completa N-M2-M3 per pilastri ed M2-M3 per le travi. In entrambi i modelli si trascurano: le tamponature in quando hanno una distribuzione regolare e sono molto forate; le fondazioni per far si che il processo di verifica non dipenda fortemente dalla costante di sottofondo di Winkler soprattutto per terreni più deformabili. Figura 6: Primo modo di vibrare : Traslazione Y (T=0.387 s - M Y =94.6%) Figura 7: Secondo modo di vibrare : Traslazione X ( T=0.247 s M X =75.8%)
Si precisa che l applicazione dell analisi pushover a tale tipologia strutturale priva di impalcati rigidi nel proprio piano è comunque inclinati, rende la stessa molto complessa per il tracciamento della curva di equilibrio soprattutto nella scelta del nodo di controllo e quindi anche del meccanismo di collasso della stessa. Nel caso in esame il software 3DMACRO sceglie diversi punti di controllo è riesce a individuare i punti di crisi della struttura. Figura 8: Modello strutturale in rendering Figura 9: Modello strutturale computazionale
Verifica Ante-Intervento ANALISI PUSHOVER PROFILO N 21 - Forze proporzionale al modo direzione+ X (- ecc5%) VERIFICA PRESTAZIONI STATI LIMITE CON SPETTRO ADSR Domanda PGA DLV =0.304g Meccanismi duttili PGA CLV =0.101g - UV =0.333 Tipo di rottura: Meccanismo labile del portale a tre cerniere Stima della Vulnerabilità in termine di Capacità di Spostamento C/D=0.27<1.00 Meccanismo di plasticizzazione - Rottura portale a cerniera Stima della Vulnerabilità in termine di Resistenza- C/D=6.50>3.00 Meccanismo di plasticizzazione- Rottura telaio tipo INDICATORI DI RISCHIO - α UV= PGA CLV / PGA DLV =(0.304) MECCANISMI DUTTILI MECCANISMI FRAGILI Rotazione rispetto alla corda [STR] PGA CLV =0.101g Rottura a taglio [STR] PGA CLV >0.304g Rottura dei nodi [STR] PGA CLV =0.093g α UV =0.333 α UV >1.000 α UV =0.306
Come si può osservare dalla sintesi sopra riportata abbiamo che: La struttura è molto vulnerabile per meccanismi di tipo fragile quali rotture a taglio nei nodi non confinati interni ed esterni α UV =0.306; La stessa risulta molto vulnerabile per meccanismi duttili quali il raggiungimento della rotazione limite per lo stato SLV che comporta la trasformazione in meccanismo di tipo fragile in quando si forma un meccanismo labile nella parte superiore del portale a tre cerniere α UV =0.333; Insufficiente mancanza di resistenza della struttura con fattore di resistenza pari a 0.46; Non si registrano rotture a taglio negli elementi trave e o pilastro; Il grado di vulnerabilità è molto elevato essendo l indicatore di rischio minimo pari a 0.306; Interventi previsti In relazione ai risultati ottenuti dalla campagna di indagini e dalle verifiche di vulnerabilità ante-intervento effettuate, è emerso che la struttura presenta un elevata vulnerabilità alle azioni sismiche orizzontali presentando: meccanismi di rottura fragile a taglio nei nodi non confinati in entrambe le direzioni sismiche principale; insufficiente duttilità globale per formazione di meccanismi labile dovuti alla presenza in direzione corta di portali a tre cerniere; La stessa si presenta non vulnerabile nel sistema di fondazione sia per meccanismi di rottura del terreno (GEO) che per meccanismi di rottura strutturale taglio e flessione (STR). La strategia d intervento scelta che mira a riparare i danni, eliminare le carenze strutturali, ed incrementare la resistenza e duttilità della struttura ai livelli richiesti dalle norme nel miglior rapporto costi benefici, è la seguente: Collegare le fondazioni esistenti nella direzione lunga con dei cordoli in c.a 40x40 cm, di modo che si riduce l asincronismo della risposta sismica in fondazione limitandone i cedimenti differenziali in esercizio e permanenti sismici (SLD), inoltre si riduce lo stato di sollecitazione nel terreno e ne aumenta la portanza; Eliminare i meccanismi fragili per rottura a taglio dei nodi non confinati tramite fasciature in FRP od in acciaio di dimensioni e resistenza opportuna; Eliminare lo schema di arco a tre cerniere tramite piastre in acciaio collegate sui pilastri estremi e sul colmo della copertura, in modo d aumentare la duttilità globale per aumento del grado di iperstaticità; Confinare pilastri e travi alle estremità con fasciature in FRP monostrato in modo da aumentare le capacità rotazionali delle cerniere plastiche nonché la resistenza a taglio e la duttilità globale. Conferire alle tamponature maggiore rigidezza fuori piano per l antiribaltamento tramite la connessione trasversale dei due paramenti con l inserimento di n 2-3 diatoni a mq in mattoni pieni e malta di calce, è collegare la stessa con il telaio tramite il reticolo di travicelli e tavolato sovrapposto funzionale alla parete ventilata. Si riportano nel seguito gli schemi di alcuni interventi significativi quali: L eliminazione delle cerniere strutturali; Il rinforzo dei nodi; L incremento di duttilità per confinamento e di resistenza a taglio alle estremità delle colonne e travi;
Figura 10: Rinforzo con elementi in acciaio per eliminazione cerniera strutturale base pilastro del portale Figura 11: Rinforzo con elementi in acciaio per eliminazione cerniera in chiave sulla trave Figura 12: Rinforzo per avvolgimento completo con FRP in fibra di carbonio all estremità di travi e pilastri. Rinforzo nodi non confinati con pannello in fibra di carbonio quadriassiale o piastra di acciaio con connettori meccanici
Verifica Post-Intervento ANALISI PUSHOVER PROFILO N 21 - Forze proporzionale al modo direzione +Y (- ecc5%) VERIFICA PRESTAZIONI STATI LIMITE CON SPETTRO ADSR Domanda PGA DLV =0.304g Meccanismi duttili PGA CLV =0.265g - UV =0.872 Tipo di rottura: Meccanismo di plasticizzazione globale in entrambe le direzioni Stima della Vulnerabilità in termine di Capacità di Spostamento Meccanismo di plasticizzazione C/D=0.89<1.00 Globale Stima della Vulnerabilità in termine di Resistenza C/D=2.40<3.00
Dai risultati ottenuti dalla verifica postintervento, si può osservare che, la struttura: non è adeguata alla resistenza sismica richiesta dalle norme per il sito in esame α UV <1.00; ha un livello di sicurezza superiore allo stato ante intervento ossia (α UV =0.872) POST INTERVENTO>(α UV =0.306) ANTE INTERVENTO ; ha un livello di sicurezza di miglioramento sismico accettabile (0.80<α UV =0.872 <1.00) compreso tra l 80% e il 100% meglio di quando previsto nell ultima ordinanza ministeriale OPCM-3790 per la riparazione dei fabbricati danneggiati dal sisma del 06/04/2009 in Abruzzo con contributo; il livello sicurezza minimo è governato dai meccanismi duttili avendo eliminato quelli fragili. Infine per quando attiene al capitolo 10 delle NTC2008 (Analisi assistita dall elaboratore), possiamo dire che il modello di calcolo implementato nel software 3DMACRO, si è dimostrato molto potente in quanto ci ha permesso di determinare tramite analisi pushover i punti di debolezza della struttura nonché calibrare gli interventi nel rispetto costi-benefici, infatti per l opera in oggetto gli interventi strutturali ammontano a circa il 25-30% dell importo totale delle opere. IL PROGETTISTA Planning Workshop (Ing. ROSSI. Giuseppe) I PROGETTISTI DELLE STRUTTURE Planning Workshop (Ing. OLIVETO Francesco) (Ing. MAURONE Giovanni)