COMUNE DI BARLETTA Provincia di Barletta-Andria-Trani Settore LL.PP. Manutenzione e Patrimonio Servizio Manutenzioni LAVORI DI RECUPERO E ADEGUAMENTO FUNZIONALE DEL TRABUCCO E ALLESTIMENTO MUSEALE DIDATTICO 1 stralcio funzionale CUP: H99J16000830002 OGGETTO: PROGETTO ESECUTIVO COMMITTENTE: COMUNE di BARLETTA Il Responsabile del Procedimento Ing. Vito Vacca Il Dirigente del Settore LL.PP. Manutenzione e Patrimonio Arch. Donato Lamacchia PROGETTISTA: COLLABORATORE: 01/ST/E Arch. Francesco Boris GIORDANO Piazza Federico II di Svevia n. 19, 76121 Barletta Cell. 328.4960563 email: francesco.giordano@awn.it PEC: francesco.giordano2@archiworldpec.it Iscritto all Ordine degli Architetti P.P.C. della Provincia di Barletta-Andria-Trani al n. 228 sez A Ing. Massimiliano BORGIA RELAZIONE DI CALCOLO STRUTTURALE (ex art. 33 c. 1 lett. d DPR 207/10) data revisione descrizione approvazione 08/05/2018
INDICE 1 RELAZIONE GENERALE ILLUSTRATIVA DELL OPERA... 3 1.1 L INQUADRAMENTO ARCHITETTONICO... 3 1.2 L ORGANIZZAZIONE STRUTTURALE... 7 2 NORMATIVA TECNICA E RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI... 12 3 SICUREZZA E PRESTAZIONI ATTESE... 13 3.1 INTRODUZIONE... 13 3.2 VITA NOMINALE, CLASSI D USO E PERIODO DI RIFERIMENTO... 15 3.3 DURABILITÀ... 15 4 CARATTERISTICHE MECCANICHE DEI MATERIALI E LORO VALORI DI CALCOLO... 16 4.1 LEGNO... 16 4.2 ACCIAIO... 19 5 AZIONI SULLE COSTRUZIONI... 20 5.1 PESI PROPRI... 20 5.2 CARICHI UNITARI GRAVITAZIONALI... 20 5.3 CARICHI DI ESERCIZIO SUI SOLAI... 20 5.4 AZIONI DEL VENTO... 21 5.6 AZIONI SISMICHE... 23 6 ANALI STRUTTURALE... 27 6.1 DESCRIZIONE DEL MODELLO STRUTTURALE E DI QUELLO GEOTECNICO... 27 6.2 TIPI DI ANALISI SVOLTE... 27 6.3 CODICI DI CALCOLO UTILIZZATI... 27 6.4 RISULTATI SIGNIFICATIVI DELL ANALISI STRUTTURALE... 28 RELAZIONE DI CALCOLO STRUTTURALE 1
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1 RELAZIONE GENERALE ILLUSTRATIVA DELL OPERA 1.1 L INQUADRAMENTO ARCHITETTONICO L opera oggetto di studio è il trabucco da realizzare e destinare ad allestimento museale didattico sito nel territorio di Barletta sul molo di Levante. Il sito oggetto dell intervento (vedi mappa) è sulla costa, ha un altitudine di riferimento di 2 m s.l.m., è morfologicamente pianeggiante, mentre le caratteristiche geotecniche sono quelle riportate nelle relazioni specialistiche geologiche e geotecniche. Il trabucco sorgerà sul sito dove era allocato il vecchio trabucco ormai completamente distrutto. Per tale motivo sarà realizzato completamente nuovo nel rispetto, però, della conformazione dei materiali e della tecnica usata nel passato per realizzarlo. SITO D INTERVENTO Localizzazione dell intervento La struttura presenta una pianta quasi rettangolare con dimensioni medie valutate a filo struttura di circa 6,60 m x 10.95 m. L opera è inserita in zona isolata. Nelle figure seguenti sono riproposte alcune piante e prospetti al fine di individuare l organizzazione strutturale dell opera oggetto del successivo paragrafo. Per tutti i restanti dettagli, compresi prospetti e sezioni, vedasi gli elaborati architettonici. RELAZIONE DI CALCOLO STRUTTURALE 3
Pianta a quota calpestio Pianta copertura RELAZIONE DI CALCOLO STRUTTURALE 4
Prospetto nord Prospetto ovest RELAZIONE DI CALCOLO STRUTTURALE 5
Foto inserimento Rispetto ai dettagli architettonici non verrà realizzata la scala e il corpo oltre il trabucco. RELAZIONE DI CALCOLO STRUTTURALE 6
1.2 L ORGANIZZAZIONE STRUTTURALE La struttura è suddivisa in quattro parti: - Struttura principale; - Struttura secondaria; - Sistema di Pesca; - I collegamenti La struttura principale è costituita da telai longitudinali e trasversali in legno abete uso Fiume e uso Trieste a maglia rettangolare, ottenuti dall assemblaggio di pilastri e travi. Tale soluzione strutturale si adatta meglio alle esigenze architettoniche ed economiche in relazione alle prestazioni strutturali che si intende perseguire. I pilastri sono stati posizionati in modo da rispettare sia le esigenze architettoniche, rivolte essenzialmente a riproporre lo schema strutturale del precedente trabucco, e non ostacolare la fruibilità degli spazi dell organismo edilizio. I pilastri sono tutti realizzati con elementi uso Fiume di sezione 20 x 20. Le travi principali sono tutte realizzati con elementi uso Fiume di sezione 20 x 20 e collegano tutti i pilasti tra loro con passo identico a quello dei pilastri. Le travi secondarie hanno il compito di collegare i pilastri nell altra direzione al fine di completare le maglie resistenti e l ulteriore compito di ridurre il passo tra le travi principali al fine del posizionamento del sovrastante tavolato. Esse saranno sovrapposte alle travi principali e direttamente collegate ai pilastri e realizzate con travi uso Fiume di sezione 15 x 15. Nelle figure seguenti sono indicate le dimensioni strutturali di travi, pilastri e tavolato, la disposizione delle travi ed i sensi di scarico dei solai. La struttura secondaria è rappresentata dall impalcato il quale è realizzato con un tavolato in legno di spessore 5 cm direttamente posizionato sulle travi longitudinali che hanno passo di circa 70 cm. I parapetti sono realizzati anch essi con tavolato di legno opportunamente incastrato alle strutture principali di sostegno. Il sistema di pesca è rappresentato da quattro alberi, in modo pressoché simmetrico, due antenne per la pesca e funi di sospensione. I due alberi principali più alti, a cui sono direttamente collegate le antenne di pesca, hanno sezione tipo Trieste 27x27. I due alberi secondari con funzione di stabilizzazione del sistema di pesca sono costituiti ciascuno da una coppia di alberi affiancati di sezione tipo Fiume 20x20. Il raddoppio è stato realizzato non per motivi statici, ma solo per rendere la struttura a realizzarsi del tutto simile a quella preesistente. Le antenne RELAZIONE DI CALCOLO STRUTTURALE 7
sono costituite da travi tipo Fiume di sezione 20x20. Le funi di sospensione sono realizzate in acciaio di sezione di diametro 4 mm e collegano le antenne agli alberi principali per riportare poi lo sforzo in punti fermi fissati al suolo. Naturalmente esse reagiscono unicamente a forzi di trazione. Sono presenti altre funi che collegano le antenne fra loro, ma esse hanno solo una funzione relativa al sistema di pesca per posizionare la rete, ma nessuna funzione statica principale. Hanno sezione di diametro 2 mm. Nel modello strutturale sono state inserite, ma l analisi ha dimostrato che risultano non sollecitate, pertanto non saranno oggetto di verifica. Il sistema di Pesca è da intendersi, come d'altronde verificato nel modello di analisi, una struttura secondaria indipendente dalla struttura principale che è il trabucco con l impalcato, collegato ad esso solo in alcuni punti ai fini della sua stabilizzazione in fase di montaggio ed esercizio. Nel modello, per completezza è stato inserito e verificato insieme al trabucco, ma come verificato dall analisi l interazione tra il trabucco e il sistema di pesca è trascurabile. I collegamenti. Il trabucco nella sua realizzazione è una sintesi della tradizione nel suo sistema costruttivo sviluppatosi e consolidatosi nei secoli e dell innovazione nel pieno rispetto delle attuali normative e dello sviluppo della tecnica e dei materiali. L utilizzo delle travi tipo Fiume e tipo Trieste è un esempio: utilizzate nel passato esse oggi trovano piena applicazione nel rispetto della normativa con materiali e tecnologie costruttive certificate con marchiatura CE e Benestare Tecnico Europeo. I collegamenti nella costruzione dei trabucchi del passato venivano realizzati attraverso la legatura con filo di ferro che assicurava la stabilità della connessione. Anche nella presente realizzazione sarà utilizzata tale tecnica, ma a vantaggio della sicurezza il suo contributo, sicuramente efficace come dimostrato dall esperienza del passato, ma di difficile quantificazione, verrà completamente trascurato. Ai fini della verifica dei collegamenti nel rispetto della normativa si farà unicamente ricorso a barre filettate di acciaio (collegamento a spinotto). L altro elemento di collegamento è quello che si realizza tra i pali del trabucco e il suolo. Nella tradizione costruttiva essi venivano ammorsati ed incastrati al terreno sottostante, in particolar modo roccia. Nel nostro caso essendo il trabucco realizzato sul molo i pali saranno incastrati suolo costituito da calcestruzzo. È evidente che lo stato tensionale che si creerà sul calcestruzzo sarà del tutto compatibile con la sua resistenza. Il suolo naturale sottostante (sabbia) è poi posto a oltre 5 m di profondità, per cui non è influenzato dalle sollecitazioni derivanti dal trabucco. RELAZIONE DI CALCOLO STRUTTURALE 8
Pilastri 20x20 (colore verde) RELAZIONE DI CALCOLO STRUTTURALE 9
Struttura principale: pilastri 20x20 (verde), controventature 20x20 e 15x15 (blu), travi principali 20x20 (gialle), travi secondarie 15x15 (rosse) RELAZIONE DI CALCOLO STRUTTURALE 10
Trabucco con tavolato Trabucco completo di sistema di pesca RELAZIONE DI CALCOLO STRUTTURALE 11
2 NORMATIVA TECNICA E RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI L analisi della struttura in oggetto è stata effettuata usando i metodi usuali della Scienza e della Tecnica delle Costruzioni ed in conformità alle normative e leggi vigenti che di seguito si riportano: D.M. 14/01/2008: Norme tecniche per le costruzioni; Circolare Min. LL. PP. 02/02/2009: Istruzioni per l applicazione delle Norme Tecniche per le costruzioni ; D.P.R. 06/06/2001 n 380: Testo Unico delle disposizioni legislative e regolamentari in materia edilizia; RELAZIONE DI CALCOLO STRUTTURALE 12
3 SICUREZZA E PRESTAZIONI ATTESE 3.1 INTRODUZIONE La struttura è stata verificata: a) Per gli stati limite ultimi che possono presentarsi, in conseguenza alle diverse combinazioni di azioni; b) Per gli stati limite di esercizio definiti in relazione alle prestazioni attese. Tali verifiche di sicurezza sono contenute nell Elaborato: Calcoli statici delle strutture e sono state condotte utilizzando il metodo semiprobabilistico agli Stati Limite in ottemperanza alle disposizioni contenute al p.to 2.3 del D.M. 14 Gennaio 2008. In particolare per gli Stati Limite Ultimi di resistenza la verifica è stata fatta con il metodo dei coefficienti parziali di sicurezza attraverso la seguente equazione formale: dove Rd R d E d è la RESISTENZA DI PROGETTO valutata con i valori di calcolo della resistenza dei materiali (vedi capitolo 4) e con i valori nominali delle grandezze geometriche coinvolte; Ed è l EFFETTO DI PROGETTO valutato con i valori di progetto Fdj = F kj γ Fj delle azioni secondo le combinazioni riportate nell Elaborato: Calcoli statici delle strutture. I valori caratteristici delle azioni sono quelli riportati nel capitolo 5 del presente elaborato. La verifica nei riguardi degli Stati Limite di Esercizio è contenuta nell Elaborato: Calcoli statici delle strutture ed è stata condotta effettuando le seguenti verifiche: 1) Verifiche di Deformabilità; RELAZIONE DI CALCOLO STRUTTURALE 13
Le verifiche allo stato limite operativo per il contenimento del danno degli elementi non strutturali e le verifiche di resistenza degli elementi strutturali allo stato limite di danno. Per le verifiche allo stato limite operativo per il contenimento del danno degli elementi non strutturali si è controllato che lo spostamento di piano sia inferiore ai 2/3 di uno spostamento di interpiano pari allo 0.5% dell altezza (quindi inferiore allo 0.33% dell altezza). Le verifiche di resistenza degli elementi strutturali allo stato limite di danno sono ricomprese nelle verifiche di resistenza allo stato limite ultimo in quanto il fattore di struttura adottato è pari a q=1.5 (lo stesso da adottarsi per le verifiche di danno, ma con coefficienti di sicurezza allo stato limite ultimo maggiori) Si è ritenuta non necessaria la Verifica alle Vibrazioni e la Verifica a Fatica. Coefficienti di combinazione utilizzati RELAZIONE DI CALCOLO STRUTTURALE 14
3.2 VITA NOMINALE, CLASSI D USO E PERIODO DI RIFERIMENTO L Opera oggetto di studio rientra tra le Opere Ordinarie, pertanto si fissa una vita nominale V N = 50 anni. La costruzione prevede normali affollamenti, senza contenuti pericolosi per l ambiente e senza funzioni pubbliche e sociali essenziali, ma essendo una pertinenza della parrocchia di concerto con la committenza si assume per la struttura una Classe III cui corrisponde un coefficiente C = 1. 5 U In relazione alle precedenti assunzioni, le azioni sismiche sulla costruzione vengono valutate per il seguente periodo di riferimento: V V C = 50 1.5 = 75 anni. R = N U 3.3 DURABILITÀ La struttura è stata progettata così che il degrado nel corso della sua vita nominale, purché si adotti la normale manutenzione ordinaria, non pregiudichi le sue prestazioni in termini di resistenza, stabilità e funzionalità. Particolare importanza riveste la manutenzione da eseguirsi scrupolosamente secondo un programma fissato del piano di manutenzione allegato alla presente. RELAZIONE DI CALCOLO STRUTTURALE 15
4 CARATTERISTICHE MECCANICHE DEI MATERIALI E LORO VALORI DI CALCOLO 4.1 LEGNO RELAZIONE DI CALCOLO STRUTTURALE 16
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Note: UFS/A (travi uso Fiume) UTS/A (travi uso Trieste) RELAZIONE DI CALCOLO STRUTTURALE 18
4.2 ACCIAIO Acciaio S235 (Fe360) conforme al D.M. 14.01.08: RELAZIONE DI CALCOLO STRUTTURALE 19
5 AZIONI SULLE COSTRUZIONI 5.1 PESI PROPRI Peso proprio struttura in c.a. (Travi, pilastri) 460 dan/ m 3 Peso proprio impalcato h=5 cm... 23 dan/m 2 5.2 CARICHI UNITARI GRAVITAZIONALI Permanente impalcato: permanente copertura capannina (impianto fotovoltaico) 100 dan/m 2 5.3 CARICHI DI ESERCIZIO SUI SOLAI Variabile musei (cat. C3)....... 500 dan/m 2 Variabile torrino non praticabile capannina (cat. H1).... 50 dan/m 2 Variabile Carico reti e pesca.... 200 dan Carico neve. 80 dan/m 2 Il carico di esercizio è stato considerato pari a quello a musei, cat. C3, sia in condizioni statiche sia in condizioni dinamiche (al fine della determinazione della massa di piano) in maniera prudenziale in quanto l opera non si configura come un museo nel significato proprio, ma avrà un allestimento museale a cielo aperto. RELAZIONE DI CALCOLO STRUTTURALE 20
5.4 AZIONI DEL VENTO In maniera cautelativa si è assunto il vento agente sul trabucco seppur esso si presenti per molti casi non una barriera all azione del vento. VENTO lavoro : TRABU5 Unità di misura : m ; Kgf/mq ; m/s Convenzione di segno: (+) compressione (-) decompressione Zona 3 Altitudine: 15 Periodo di Ritorno [anni]: 50 Classe di rugosità del terreno:d Distanza dalla costa [km]: 0 Categoria di esposizione del sito: 1 Tipologia di costruzione:edifici a pianta rettangolare con coperture piane a falde inclinate o curve vref (velocità di riferimento) = 27. qref (pressione cinetica di riferimento) = 46.46 cd (coefficiente dinamico) = 1. cf (coefficiente d' attrito) =.01 strutture I valori di pressione alle diverse quote sono fornite nell Elaborato: Calcoli statici delle RELAZIONE DI CALCOLO STRUTTURALE 21
5.5 AZIONI DELLA NEVE CARICO NEVE lavoro : TRABU5 Unità di misura : m ; Kgf/mq ; Kgf/m Zona 2 Altitudine [m]: 15 Periodo di Ritorno [anni]: 50 qsk (carico neve al suolo) = 101.97 COPERTURA AD UNA FALDA alfa (inclinazione della falda [ ]) = 0 mu qs qe mu1.8 81.58 17.4 RELAZIONE DI CALCOLO STRUTTURALE 22
5.6 AZIONI SISMICHE Gli effetti sismici sono stati valutati mediante un analisi dinamica della struttura considerata in campo elastico lineare. Si è adottato il metodo dell analisi modale, utilizzando per lo spettro di risposta, in termini di accelerazione, l espressione prevista D.M. 14/01/2008: Norme tecniche per le costruzioni sia per lo stato limite ultimo che per lo stato limite di danno. Sono stati considerati un numero di modi di vibrare sufficienti ad assicurare l eccitazione di più dell 85% della massa totale della struttura, definita sulla base dei pesi propri e dei carichi permanenti (Gi) nonché di un aliquota dei carichi variabili (Qi): Gk + Σi (ψ2i Qki) Maggiori dettagli sono forniti nelle figure allegate e nell Elaborato: Calcoli statici delle strutture RELAZIONE DI CALCOLO STRUTTURALE 23
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STATO LIMITE DI DANNEGGIAMENTO DEGLI ELEMENTI STRUTTURALI q = 1.5 corrisponde a µ =2/3 È evidente come l azione sismica allo stato limite di danneggiamento sia inferiore a quella allo stato limite ultimo in quanto il fattore di struttura q=1.5 in entrambi i casi, mentre cambiano i tempi di ritorno nei due casi. Inoltre nella verifica al danneggiamento vanno considerate le resistenze secondo le regole con riferimento a situazioni eccezionali. Si deduce che la verifica al danneggiamento nel caso specifico è superflua in quanto compresa nella verifica allo stato limite ultimo (la verifica allo stato limite ultimo è fatta considerando una struttura non dissipativa e quindi verificandola pressocchè in campo elastico con un fattore di struttura pari a q=1.5). RELAZIONE DI CALCOLO STRUTTURALE 26
6 ANALI STRUTTURALE 6.1 DESCRIZIONE DEL MODELLO STRUTTURALE E DI QUELLO GEOTECNICO La struttura è stata schematizzata escludendo il contributo degli elementi aventi rigidezza e resistenza trascurabili a fronte dei principali. È quindi stata considerata l'orditura a telaio tridimensionale. La struttura è modellata con il metodo degli elementi finiti, applicato a sistemi tridimensionali. Gli elementi utilizzati sono sia monodimensionali (trave con eventuali sconnessioni interne), che bidimensionali (piastre e membrane triangolari e quadrangolari). I vincoli sono considerati puntuali ed inseriti tramite le sei costanti di rigidezza elastica. Le sezioni oggetto di verifica nelle travi sono stampate a passo costante; dei gusci si conoscono le sollecitazioni nel baricentro dell'elemento stesso. 6.2 TIPI DI ANALISI SVOLTE Le analisi strutturali condotte sono statiche e dinamiche in regime lineare. Il metodo di calcolo è ad elementi finiti. Il calcolo sismico è stato effettuato tramite analisi dinamica. La verifica delle membrature in cemento armato è eseguita considerando tutte le caratteristiche di sollecitazione. 6.3 CODICI DI CALCOLO UTILIZZATI Per il calcolo delle sollecitazioni e per la verifica di travi e pilastri in cemento armato si è fatto ricorso all'elaboratore elettronico utilizzando il seguente programma di calcolo: DOLMEN WIN (R), versione 17.0 del 2017 prodotto, distribuito ed assistito dalla CDM DOLMEN srl, con sede in Torino, Via Drovetti 9/F codice licenza numero licenza W403. Questa procedura è sviluppata in ambiente Windows, ed è stata scritta utilizzando i linguaggi Fortran e C. DOLMEN WIN permette l'analisi elastica lineare di strutture tridimensionali con nodi a sei gradi di libertà utilizzando un solutore ad elementi finiti. Gli RELAZIONE DI CALCOLO STRUTTURALE 27
elementi considerati sono la trave, con eventuali svincoli interni o rotazione attorno al proprio asse, ed il guscio, sia rettangolare che triangolare, avente comportamento di membrana e di piastra. I carichi possono essere applicati sia ai nodi, come forze o coppie concentrate, sia sulle travi, come forze distribuite, trapezie, concentrate, come coppie e come distorsioni termiche. I vincoli sono forniti tramite le sei costanti di rigidezza elastica. A supporto del programma è fornito un ampio manuale d'uso contenente fra l'altro una vasta serie di test di validazione sia su esempi classici di Scienza delle Costruzioni, sia su strutture particolarmente impegnative e reperibili nella bibliografia specializzata. L'affidabilità del codice di calcolo è garantita dall'esistenza di un ampia documentazione di supporto. La presenza di un modulo CAD per l'introduzione di dati permette la visualizzazione dettagliata degli elementi introdotti. È possibile inoltre ottenere rappresentazioni grafiche di deformate e sollecitazioni della struttura. Al termine dell'elaborazione è inoltre valutata la qualità della soluzione, in base all'uguaglianza del lavoro esterno e dell'energia di deformazione. 6.4 RISULTATI SIGNIFICATIVI DELL ANALISI STRUTTURALE Il modello di calcolo adottato è da ritenersi appropriato in quanto non sono state riscontrate labilità, le reazioni vincolari equilibrano i carichi applicati, la simmetria di carichi e struttura dà origine a sollecitazioni simmetriche. L'analisi critica dei risultati e dei parametri di controllo nonché il confronto con calcolazioni di massima eseguite manualmente porta a confermare la validità dei risultati. Nel seguito si riportano graficamente i risultati più significativi a livello globale: verifica della regolarità strutturale, pressioni sul terreno di fondazione in condizioni statiche e dinamiche, rispetto delle gerarchia delle resistenza, diagrammi sollecitativi sulla struttura. Nell Elaborato: Calcoli statici delle strutture sono riportati tutti i dati di ingresso del modello e i risultati delle verifiche di tutti gli elementi più significativi della struttura sia in termini globali, sia in termini locali (verifiche allo stato limite ultimo e di esercizio dei diversi elementi strutturali, quali pilastri, travi, ecc.). RELAZIONE DI CALCOLO STRUTTURALE 28
Primo modo di vibrare Secondo modo di vibrare RELAZIONE DI CALCOLO STRUTTURALE 29
Momenti flettenti travi impalcato in assenza di sisma RELAZIONE DI CALCOLO STRUTTURALE 30
Momenti flettenti travi impalcato in presenza di sisma RELAZIONE DI CALCOLO STRUTTURALE 31
Momenti flettenti travi e pilastri in assenza di sisma Momenti flettenti travi e pilastri in presenza di sisma (travi con vincolo semplice appoggio) RELAZIONE DI CALCOLO STRUTTURALE 32
Taglio Travi in assenza di sisma Taglio Travi in presenza di sisma RELAZIONE DI CALCOLO STRUTTURALE 33
Taglio travi in assenza di sisma Taglio travi in presenza di sisma RELAZIONE DI CALCOLO STRUTTURALE 34
Sforzo normale in assenza di sisma Sforzo normale in presenza di sisma RELAZIONE DI CALCOLO STRUTTURALE 35
Percentuale utilizzazione aste in legno. RELAZIONE DI CALCOLO STRUTTURALE 36
Sforzo normale nei tiranti in assenza di sisma Sforzo normale nei tiranti in presenza di sisma RELAZIONE DI CALCOLO STRUTTURALE 37