Sommario
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Sommario
Il lavoro presentato in questa tesi si colloca nell’ambito dello studio funzionale e degli effetti dell’azione sismica sugli edifici.
Il caso studio, per cui sono stati redatti il Dpp ed il progetto di adeguamento sismico ed ampliamento, è un edificio pubblico destinato a scuola materna, situato nel comune di Collesalvetti e realizzato con struttura in cemento armato.
Gli obiettivi della tesi sono: valutare la risposta dell’edificio esistente all’azione del sisma, individuare le modalità di intervento strutturale eventualmente necessarie e proporre un progetto di ampliamento, funzionale sia dal punto di vista architettonico che strutturale.
Il primo capitolo è dedicato all’inquadramento e alla descrizione architettonica dell’edificio esistente. Il primo paragrafo contiene l’analisi conoscitiva sul territorio e sulla tipologia edilizia. Segue la stesura del Documento preliminare all’avvio della progettazione, strumento indispensabile per garantire l’adeguatezza dell’opera progettata a soddisfare le esigenze che ne hanno motivato la necessità e richiesto la realizzazione. Nel Dpp sono state messe in evidenza le esigenze del committente/utilizzatore ed i requisiti per ottenere un prodotto che le soddisfi.
Il secondo capitolo presenta una breve trattazione sui fenomeni sismici. Inoltre, dati i significativi cambiamenti introdotti dalla recente normativa sismica, si è ritenuto opportuno fare qualche cenno alle precedenti norme prima di analizzare i punti salienti dei nuovi regolamenti. Tra i mezzi più importanti a disposizione per ridurre il rischio sismico sono state introdotte le schede di vulnerabilità degli edifici redatte dal Servizio Sismico della Regione Toscana e dal Gruppo Nazionale per la Difesa dai Terremoti.
Nel terzo capitolo sono raccolte le informazioni necessarie per valutare la sicurezza dell’edificio in caso di un evento sismico. In base a quanto prescritto dall’Ordinanza PCM 3274 e dal Decreto del 14/09/2005 si calcola l’azione sismica di progetto e si eseguono le verifiche strutturali, dopo aver elaborato un modello che descrive adeguatamente le caratteristiche della struttura.
Sommario
Nel quarto capitolo è presentato il progetto. Il primo paragrafo descrive l’adeguamento sismico. A seguito dell’analisi sullo stato di fatto si valutano le possibili soluzioni per l’intervento strutturale e si fa una scelta progettuale. Ideato un nuovo modello che rispecchi la struttura post-intervento, si eseguono nuovamente le verifiche strutturali. Segue il progetto strutturale ed architettonico di ampliamento. Il committente ha rivelato la necessità di ampliare la scuola materna con una sezione ed un refettorio. Sono state progettate due strutture adiacenti all’edificio esistente, ma da esso indipendenti che ospitano due nuove aule. Particolare attenzione è stata posta nel rendere tali strutture sicure in caso di evento sismico.
Indice
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Indice
Sommario _________________________________________________________ 1 Introduzione _______________________________________________________ 5
CAPITOLO 1 FASE INFORMATIVA E DOCUMENTO PRELIMINARE
ALL'AVVIO DELLA PROGETTAZIONE
1.1 Fase informativa ________________________________________________ 9 1.2 Documento preliminare all’avvio della progettazione _________________ 22
CAPITOLO 2 PRINCIPI DI PROGETTAZIONE ANTISISMICA
2.1 Il fenomeno sismico ____________________________________________ 41 2.2 La normativa sismica in Italia: dalle prime misure antisismiche
all’Ordinanza 3274 _________________________________________________ 59 2.3 L’Ordinanza 3274 e il Decreto 14/09/2005 ___________________________ 62 2.4 Le schede di vulnerabilità sismica_________________________________ 70
CAPITOLO 3 VERIFICA SISMICA DELLO STATO DI FATTO
3.1 Introduzione al capitolo__________________________________________ 77 3.2 Valutazione della sicurezza ______________________________________ 78 3.3 Calcolo dell’azione sismica _____________________________________ 100 3.4 Analisi dinamica modale ________________________________________ 125 3.5 Modellazione e verifica della struttura_____________________________ 131
CAPITOLO 4 PROGETTO DI ADEGUAMENTO SISMICO ED
AMPLIAMENTO
4.1 Adeguamento sismico _________________________________________ 161 4.2 Il progetto strutturale di ampliamento _____________________________ 175 4.3 Il progetto architettonico _______________________________________ 198
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CAPITOLO 5 CONCLUSIONI
5.1 Conclusioni __________________________________________________ 238
Appendici _______________________________________________________ 240 Bibliografia ______________________________________________________ 258 Elenco degli allegati ______________________________________________ 262
Introduzione
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Introduzione
In qualunque istante della vita di un individuo esistono innumerevoli cause che ne minacciano la salute o la vita stessa. Tra queste cause vi sono gli eventi naturali violenti, come i terremoti. Relativamente ad un dato evento (per esempio un sisma), il concetto di rischio esprime la probabilità che l’evento si produca e l’entità delle possibili conseguenze. La probabilità che un terremoto colpisca un determinato sito entro un dato periodo di tempo è nota come pericolosità sismica. Per l’Italia, grazie alla memoria scritta dei terremoti avvenuti negli ultimi duemila anni, è stato possibile disegnare una mappa della pericolosità sismica basata sulla distribuzione della sismicità passata. L’attività sismica nel nostro paese non è così elevata come in altre regioni della Terra, ma gli episodi sismici sono frequenti e diffusi su quasi tutto il territorio nazionale.
La pericolosità sismica di un sito è determinata indipendentemente dalla presenza e dalla tipologia degli insediamenti umani. La considerazione di questi elementi è compresa nel secondo fattore che concorre a determinare il rischio sismico: la vulnerabilità. Essa è una misura della propensione degli edifici a subire danni per effetto dei terremoti e viene valutata sulla base delle caratteristiche costruttive degli edifici stessi.
Il terzo fattore che deve essere considerato è l’esposizione: essa comprende diversi elementi, che vanno dalla densità degli abitanti presenti nell’area agli effetti del terremoto sul tessuto socio-economico. La valutazione di questi effetti è assai complessa, in quanto richiede la considerazione del valore attribuito dalla comunità alle opere presenti sul territorio.
IL RISCHIO SISMICO È DUNQUE IL PRODOTTO DI PERICOLOSITÀ, VULNERABILITÀ ED ESPOSIZIONE.
Nella valutazione del rischio sismico si deve anche tenere in conto dell’eventualità che avvengano altri fenomeni, indotti dal terremoto, che vanno ad accrescere il rischio globale. Fattori di rischio indotto possono essere fenomeni naturali
Introduzione
(liquefazione del suolo, frane, maremoti) oppure antropici (presenza di impianti ad alto rischio industriale, dighe, bacini sopraelevati, ecc.).
Allo stato attuale delle nostre conoscenze, non è possibile prevedere il momento in cui avverrà un terremoto. L’unica difesa possibile consiste nell’attuare interventi volti alla riduzione del rischio. Dei tre fattori che lo determinano, la pericolosità sismica non può essere modificata, essendo dovuta alla situazione geodinamica della regione considerata e anche l’esposizione può essere difficilmente ridotta.
PERTANTO IL RISCHIO SISMICO PUÒ ESSERE MITIGATO SOLO INTERVENENDO SULLA VULNERABILITÀ.
Questa può essere ridotta realizzando le nuove costruzioni con criteri antisismici proporzionati ai livelli di pericolosità delle diverse aree e consolidando le costruzioni già esistenti. Gli interventi sul patrimonio edilizio esistente possono essere talvolta complicati, ma sono tecnicamente possibili.
Occorre innanzitutto assicurare che le infrastrutture continuino a funzionare anche in caso di terremoto, perché forniscono servizi vitali in caso di emergenza: ospedali, acquedotti, reti di comunicazione, impianti energetici. Analogamente devono essere resi antisismici i centri direttivi a cui è affidata la gestione della fase di emergenza, come prefetture, comandi delle forze armate e di polizia, dei vigili del fuoco e di tutti i corpi che collaborano alla protezione civile.
Una seconda fascia di intervento dello stato e degli enti locali dovrebbe riguardare, ove necessario, il consolidamento degli edifici pubblici, in primo luogo le scuole. Infine, occorre considerare la salvaguardia del patrimonio storico-artistico. In Italia tale impresa richiederà grandi risorse umane ed economiche, dato che il nostro paese possiede il più rilevante patrimonio storico-artistico del mondo, con oltre duemila centri storici classificati di elevato valore culturale.
La scuola materna situata a Vicarello, nel comune di Collesalvetti, sarà l’oggetto dell’analisi sismica. Questo edificio non ha particolare pregio storico-architettonico ma, trattandosi di una struttura per l’istruzione, è classificata come EDIFICIO RILEVANTE
[art. 2 comma 3 Ordinanza 3274/03]. Le strutture per l’istruzione, così come le strutture civili, industriali e le infrastrutture, sono opere che possono assumere
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7 rilevanza in relazione alle conseguenze di un eventuale collasso, sia in termini di vittime, che di danni economici ed ambientali.
Sulla scuola materna di Vicarello è stata inoltre eseguita un’analisi funzionale. Il Comune di Collesalvetti ha rilevato la necessità di ampliare l’edificio con una nuova sezione ed un refettorio e di sistemare lo spazio esterno. Il progetto di ampliamento della scuola materna è stato curato sia dal punto di vista architettonico che strutturale.
