1
Alla persona che ha saputo Sostenermi e motivarmi verso
Il raggiungimento di questo Obiettivo. A mia madre
2
"Non pretendiamo che le cose cambino, se continuiamo a fare le stesse cose. La crisi può essere
una grande benedizione per le persone e le nazioni, perché la crisi porta progressi.
La creatività nasce dall'angoscia come il giorno nasce dalla notte oscura. E' nella crisi che
sorge l'inventiva, le scoperte e le grandi strategie. Chi supera la crisi supera sé stesso senza
essere superato. Chi attribuisce alla crisi i suoi fallimenti e disagi, inibisce il proprio talento e
dà più valore ai problemi che alle soluzioni. La vera crisi è l'incompetenza. Il più grande
inconveniente delle persone e delle nazioni è la pigrizia nel cercare soluzioni e vie di uscita ai
propri problemi.
Senza crisi non ci sono sfide, senza sfide la vita è una routine, una lenta agonia.
Senza crisi non c'è merito. E' nella crisi che emerge il meglio di ognuno, perché senza crisi
tutti i venti sono solo lievi brezze. Parlare di crisi significa incrementarla, e tacere nella crisi è
esaltare il conformismo. Invece, lavoriamo duro.
L'unico pericolo della crisi è la tragedia che può conseguire al non voler lottare per superarla."
Albert Einstein
3
1.
SOMMARIO
1.
SOMMARIO
--- 3
2.
INDICE DELLE FIGURE E DELLE TABELLE
--- 6
3.
INTRODUZIONE
--- 10
3.1 EDIFICI ESISTENTI IN CEMENTO ARMATO --- 12
3.2 VALUTAZIONE DEGLI EDIFICI ESISTENTI --- 13
4.
CONOSCENZA DELL’EDIFICIO
--- 21
4.1 PROGETTO SIMULATO DELL’EDIFICIO --- 35
4.1.1 PROGETTO SIMULATO US3 --- 35
4.1.2 PROGETTO SIMULATO US2 --- 47
4.1.3 PROGETTO SIMULATO US1 --- 57
4.2 ANALISI DEI CARICHI --- 65
4.2.1 CARICO NEVE: --- 65
4.2.2 AZIONE DEL VENTO --- 67
4.2.3 SISMA --- 71
Stato Attuale Valutazionedella vulnerabilità sismico-statica:
5.
MODELLAZIONE DELLA STRUTTURA
--- 78
6.
VALUTAZIONE VULNERABILITA’ SISMICA
--- 80
6.1 RISULTATI METODO S.A.V.E. US1 --- 92
6.2 RISULTATI METODO S.A.V.E. US2 --- 97
6.3 RISULTATI METODO S.A.V.E. US1-2 --- 102
6.4 RISULTATI METODO S.A.V.E. US3 --- 107
6.5 CONCLUSIONI --- 111
7.
VERIFICHE DEGLI ELEMENTI STRUTTURALI
--- 112
8.
VALUTAZIONE VULNERABILITA’ SISMICA
--- 121
8.1 VALUTAZIONE VULNERABILITA’ SISMICA US1-2 --- 123
8.2 VALUTAZIONE VULNERABILITA’ SISMICA US3 --- 1284
Stato di Progetto:
9.
PROPOSTA DI INTERVENTO
--- 127
9.1 EDIFICIO CONTROVENTATO ESTERNAMENTE CON STRUTTURE METALLICHE --- 128
9.2 CLASSIFICAZIONE DELLE SEZIONI DEI PROFILI UTILIZZATI --- 135
9.3 CONFRONTO VERIFICHE PRE-POST INTERVENTO --- 140
9.4 VERIFICHE RESISTENZA E STABILITA’ DIAGONALI CONTROVENTI --- 145
4
9.4.2 VERIFICA A COMPRESSIONE DIAGONALI US1-2 --- 148
9.4.3 VERIFICA STABILITA’ DIAGONALI US1-2 --- 149
9.4.4 VERIFICA A TRAZIONE DIAGONALI US3 --- 149
9.4.5 VERIFICA A COMPRESSIONE DIAGONALI US3 --- 150
9.4.6 VERIFICA STABILITA’ DIAGONALI US3 --- 151
10.
CONCLUSIONI
--- 152
11.
BIBLIOGRAFIA
--- 154
12.
Allegato A: Verifiche degli elementi resistenti (Stato di Fatto)
--- 157
11.1 VERIFICHE US1--- 157
11.1.1 Verifica a pressoflessione deviata pilastri Unità strutturale Us1 combinazioni SLV direzione X--- 158
11.1.2 Verifica a pressoflessione deviata pilastri Unità strutturale Us1 combinazioni SLV direzione Y --- 161
11.1.3 Verifica a pressoflessione deviata pilastri Unità strutturale Us1 combinazioni SLU direzione X --- 164
11.1.4 Verifica a pressoflessione deviata pilastri Unità strutturale Us1 combinazioni SLU direzione Y --- 167
11.1.5 Verifica a Taglio Pilastri Unità strutturale Us1 combinazioni SLV --- 170
11.1.6 Verifiche a Taglio Pilastri Unità strutturale Us1 combinazioni SLU --- 172
11.1.7 Verifica a Flessione Travi Unità strutturale Us1 combinazioni SLV --- 175
11.1.8 Verifica a Flessione Travi Unità strutturale Us1 combinazioni SLU --- 179
11.1.9 Verifica a Taglio Travi Unità strutturale Us1 combinazioni SLV --- 183
11.1.10 Verifica a Taglio travi Unità strutturale Us1 combinazioni SLU --- 185
11.2 VERIFICHE US2--- 188
11.2.1 Verifica a pressoflessione deviata pilastri Unità strutturale Us2 combinazioni SLV direzione X--- 189
11.2.2 Verifica a pressoflessione deviata pilastri Unità strutturale Us2 combinazioni SLV direzione Y --- 190
11.2.3 Verifica a pressoflessione deviata pilastri Unità strutturale Us2 combinazioni SLU direzione X --- 191
11.2.4 Verifica a pressoflessione deviata pilastri Unità strutturale Us2 combinazioni SLU direzione Y --- 193
11.2.5 Verifica a Taglio Pilastri Unità strutturale Us2 combinazioni SLV --- 195
11.2.6 Verifica a Taglio Pilastri Unità strutturale Us2 combinazioni SLU --- 196
11.2.7 Verifica a flessione Travi Unità strutturale Us2 combinazioni SLV --- 198
11.2.8 Verifica a flessione Travi Unità strutturale Us2 combinazioni SLU --- 200
11.2.9 Verifica a Taglio TraviUnità strutturale Us2 combinazioni SLV --- 202
11.2.10 Verifica a Taglio Travi Unità strutturale Us2 combinazioni SLU --- 203
11.3 VERIFICHE US3--- 204
11.3.1 Verifica a pressoflessione deviata Pilastri Unità strutturale Us3 combinazioni SLV direzione X --- 205
11.3.2 Verifica a pressoflessione deviata Pilastri Unità strutturale Us3 combinazioni SLV direzione Y --- 206
11.3.3 Verifica a pressoflessione deviata Pilastri Unità strutturale Us3 combinazioni SLU direzione X --- 207
11.3.4 Verifica a pressoflessione deviata Pilastri Unità strutturale Us3 combinazioni SLU direzione Y --- 208
11.3.5 Verifica a Taglio Pilastri Unità strutturale Us3 combinazioni SLV --- 209
11.3.6 Verifica a Taglio Pilastri Unità strutturale Us3 combinazioni SLU --- 210
11.3.7 Verifica a flessione Travi Unità strutturale Us3 combinazioni SLV --- 211
11.3.8 Verifica a flessione Travi Unità strutturale Us3 combinazioni SLU --- 213
11.3.9 Verifica a Taglio Travi Unità strutturale Us3 combinazioni SLV --- 214
11.3.10 Verifica a Taglio Travi Unità strutturale Us3 combinazioni SLU --- 215
13.
Allegato B: Verifiche degli elementi resistenti (Stato di Progetto)
--- 217
12.1. VERIFICHE US1 --- 217
12.1.1 Verifica a pressoflessione deviata Pilastri Unità strutturale Us1 combinazioni SLV direzione X: --- 218
12.1.2 Verifica a pressoflessione deviata Pilastri Unità strutturale Us1 combinazioni SLV direzione Y: --- 221
12.1.3 Verifica a Taglio Unità strutturale Us1 combinazioni SLV: --- 224
12.1.4 Verifica a flessione Travi Unità strutturale Us1 combinazioni SLV: --- 227
5
12.2. VERIFICHE US2 --- 234
12.2.1 Verifica a pressoflessione deviata pilastri Unità strutturale Us2 combinazioni SLV direzione X: --- 235
12.2.2 Verifica a pressoflessione deviata pilastri Unità strutturale Us2 combinazioni SLV direzione Y: --- 236
12.2.3 Verifica a Taglio Pilastri Unità strutturale Us2 combinazioni SLV: --- 238
12.2.4 Verifica a flessione Travi Unità strutturale Us2 combinazioni SLV: --- 240
12.2.5 Verifica a Taglio Travi Unità strutturale Us2 combinazioni SLV: --- 242
12.3. VERIFICHE US3 --- 243
12.3.1 Verifica a pressoflessione deviata Pilastri Unità strutturale Us3 combinazioni SLV direzione X: --- 244
12.3.2 Verifica a pressoflessione deviata pilastri Unità strutturale Us3 combinazioni SLV direzione Y: --- 245
12.3.3 Verifica a Taglio Pilastri Unità strutturale Us3 combinazioni SLV: --- 246
12.3.4 Verifica a flessione Travi Unità strutturale Us3 combinazioni SLV: --- 247
6
2.
INDICE
DELLE
FIGURE
E
DELLE
TABELLE
FIGURE:
Figura 1 Vista d'insieme della scuola M.L. King ...11
Figura 2 Suddivisione delle placche. ...12
Figura 3 Vista aerea insediamento urbano ...21
Figura 4 Vista aerea ingrandita ...21
Figura 5 Estratto catastale Scuola M.L. King ...22
Figura 6 Sezione A-A ...23
Figura 7 Sezione D-D ...24
Figura 8 Sezione a-a ...24
Figura 9 Vista n°5 ...25
Figura 10 Vista n°2 ...25
Figura 11 Vista n°1 ...25
Figura 12 Vista n°3 ...25
Figura 13 Vista n°4 ...25
Figura 14 Vista a raggi Infrarossi del solaio Figura 15 Vista fotografica ...26
Figura 16 Locale dirigente Scolastico ...27
Figura 17 Vista frontale pilastro ...27
Figura 18 Pianta Pilastro Progetto originale...27
Figura 19 Ripresa a infrarossi Pilastro ...28
Figura 20 Vista esterna della scuola Figura 21 Laterizio componente l'elemento ...28
Figura 22 Problemi denotati ...29
Figura 23 Caratteristiche meccaniche Pilastri ...29
Figura 24 Scheda Tecnica Distanziometro ...33
Figura 25 Distanziometro Laser Leica disto D2 ...33
Figura 26 Scheda tecnica Pacometro Figura 27 Scatto del Rilievo ...34
Figura 28 Sclerometro HBM Schmidt N-27 ...34
Figura 29 Schema Unità strutturali ...35
Figura 30 Scansione Computo metrico originale (carichi) ...35
Figura 31 Scansione computo metrico (materiali) ...36
Figura 32 Schema Statico Us3 Palestra ...36
Figura 33 Aree influenza pilastri Palestra ...39
Figura 34 Screenshot Risultati Verifica ...40
Figura 35 Schema Statico Spogliatoio ...41
Figura 36 Andamento caratteristiche della sollecitazione Trave continua su più appoggi ...41
Figura 37 Caratteristiche della sollecitazione di una campata ...42
Figura 38 Screenshot risultati verifica ...46
Figura 39 Scatto della Segreteria Figura 40 Ufficio del Dirigente Scolastico ...47
Figura 41 Particolare costruttivo della trave di copertura ...47
Figura 42 Aula insegnanti ...47
Figura 43 Schema Statico Us2 ...48
Figura 44 Andamento caratteristiche della sollecitazione trave continua su più appoggi ...48
Figura 45 Caratteristiche della sollecitazione singola campata ...49
Figura 46 Andamento caratteristiche della sollecitazione trave continua su più appoggi ...51
Figura 47 Caratteristiche della sollecitazione singola campata ...52
7
Figura 49 Vista trave emergente (W.c.) ...57
Figura 50 Schema Statico Us1 ...57
Figura 51 Andamento caratteristiche della sollecitazione trave continua su più appoggi ...58
Figura 52 Caratteristiche della sollecitazione singola campata ...58
Figura 53 Screenshot risultati verifica ...63
Figura 54 Coefficiente di forma per il carico neve- coperture adiacenti a costruzioni più alte ...65
Figura 55 Mappa delle zone in cui è suddiviso il territorio italiano ...67
Figura 56 Coefficienti di forma per gli edifici ...70
Figura 57 Spettro di progetto SLV ...75
Figura 58 Spettro di progetto SLD ...75
Figura 59 Schema unità strutturali ...78
Figura 60 Vsita n°1 Us1-2 ...78
Figura 61 Vista n°2, n°3 Us1-2 ...78
Figura 62 Vista n°4 Us1-2 ...79
Figura 63 Vista n°1, n°2 Us3 ...79
Figura 64 Vista n°3, n°4 Us3 ...79
Figura 65 Scatto infrarossi palestra ...79
Figura 66 Principio Capacity design ...81
Figura 67 Meccanismo di piano ...81
Figura 68 Schema unità strutturali ...92
Figura 69 Meccanismo di piano ...121
Figura 70 Spettri di progetto SLV e SLD ...121
Figura 71 Incrementi dello spettro di progetto SLD ...123
Figura 72 Individuazione del tempo di ritorno dell'evento sismico ...126
Figura 73 presenza aperture Us1-2 Figura 74 Presenza aperture us3 ...127
Figura 75 Esempi di intervento con controventi metallici esterni ...128
Figura 76 Schema controventi Corpo Aule Us1-2 ...129
Figura 77 Schema controventi alti Corpo Palestra Us3...129
Figura 78 Schema controventi bassi Corpo Palestra Us3 ...130
Figura 79 Attacco Controventi Esterni- Struttura esistente ...130
Figura 80 Nodo di Fondazione Controventi Esterni ...131
Figura 81 Schema della Localizzazione dei controventi ...132
Figura 82 Screenshot Zone con comportamento torsionale ...133
Figura 83 Pianta delle zone interessate dal fenomeno ...133
Figura 84 Screenshot Us1-2 post intervento vista n°1...134
Figura 85 Screenshot Us1-2 post intervento vista n°2...134
Figura 86 Screenshot Us3 post intervento vista n°1 ...134
Figura 87 Pianta Nomenclatura dei controventi esterni ...147
Figura 88Pianta pilastri Us1 piano terreno ...157
Figura 89 Pianta pilastri piano primo Us1 ...157
Figura 90 Pianta delle travi primo impalcato Us1 ...174
Figura 91 Pianta delle travi secondo impalcato Us1 ...174
Figura 92 Pianta dei pilastri piano terreno Us2 ...188
Figura 93 Pianta dei pilastri piano primo Us2 ...188
Figura 94 Pianta delle travi primo impalcato Us2 ...197
Figura 95 Pianta delle travi secondo impalcato Us2 ...197
8
Figura 97 Pianta delle travi Us3 ...211
Figura 98 Pianta Pilastri piano terreno Us1...217
Figura 99 Pianta Pilastri piano primo Us1 ...217
Figura 100 Pianta Travi primo impalcato Us1 ...226
Figura 101 Pianta Travi secondo impalcato Us1...226
Figura 102 Pianta Pilastri piano terreno Us2 ...234
Figura 103 Pianta Pilastri piano primo Us2 ...234
Figura 104Pianta Travi primo impalcato Us2 ...239
Figura 105 Pianta Travi secondo impalcato Us2...239
Figura 106 Pianta Pilastri Us3 ...243
Figura 107 Pianta Travi Us3 ...247
TABELLE:
Tabella 1 Livelli di conoscenza ...16Tabella 2 Correlazione livelli di rilievo e prove conodotte ...19
Tabella 3 Rilievo Ferroscan Pilastro PA ...30
Tabella 4 Rilievo Ferroscan Pilastro PB ...30
Tabella 5 Rilievo Ferroscan Pilastro PC ...31
Tabella 6 Rilievo Sclerometro Pilastro PC ...32
Tabella 7 Analisi dei carichi Us3 Palestra ...37
Tabella 8 Predimensionamento Armature delle travi Palestra ...37
Tabella 9 Verifiche trave palestra ...37
Tabella 10 Predimensionamento Armature dei pilastri Palestra ...39
Tabella 11 Analisi dei carichi Us3 Spogliatoio ...41
Tabella 12 Definizione Momenti di incastro perfetto travatura ...42
Tabella 13 Predimensionamento Armature travi di Copertura Spogliatoio ...43
Tabella 14 Verifiche travi di coperture Spogliatoio ...43
Tabella 15 Definizione Andamento del taglio travi di copertura Spogliatoio ...43
Tabella 16 Predimensionamento Armature Pilastri Spogliatoio ...45
Tabella 17 Analisi dei carichi Us2 trave di copertura ...48
Tabella 18 Definizione momenti di incastro perfetto ...49
Tabella 19 Predimensionamento Armature trave di copertura Us2 ...50
Tabella 20 Verifiche trave di copertura Us2 ...50
Tabella 21 Definizione Andamento del taglio trave di copertura Us2 ...50
Tabella 22 Analisi dei carichi piano primo Us2 ...52
Tabella 23 Definizione Momenti di incastro perfetto ...52
Tabella 24 Predimensionamento Armature travi piano primo Us2 ...53
Tabella 25 Verifiche Travi piano primo Us2 ...53
Tabella 26 Andamento del taglio travi piano primo Us2 ...53
Tabella 27 Predimensionamento Armature pilastri Us2 ...55
Tabella 28 Analisi dei carichi trave di copertura Us1 ...57
Tabella 29 Definizione momenti di incastro perfetto ...58
Tabella 30 Predimensionamento Armature trave di coperrtura Us1 ...59
Tabella 31 Verifiche trave di copertura Us1 ...59
Tabella 32 Andamento del taglio trave di copertura Us1 ...60
Tabella 33 Analisi dei carichi piano primo Us1 ...61
Tabella 34 Predimensionamento Armature trave piano primo Us1...61
Tabella 35 Verifiche trave piano primo Us1 ...61
9
Tabella 37 Parametri caratterizzanti sito di Calcinaia ...72
Tabella 38 Verifica restrizioni analisi statica lineare ...74
Tabella 39 Definizione masse sismiche delle unità strutturali ...74
Tabella 40 Riassunto dei risultati ottenuti Metodo SAVE ...111
Tabella 41 Spettri Elastici SLD e SLV ...122
Tabella 42 Verifiche Diagonali Controventi tesi Us1-2 ...148
Tabella 43 Verifiche Diagonali Controventi compressi Us1-2 ...148
Tabella 44 Verifiche Diagonali Controventi compressi Us1-2 Stabilità ...149
Tabella 45 Verifiche Diagonali Controventi tesi Us3 ...150
Tabella 46 Verifiche Diagonali Controventi compressi Us3 ...150
10
3.
INTRODUZIONE
Il contesto storico in cui ci troviamo a operare è caratterizzato da una crisi economica che coinvolge quasi tutti gli aspetti produttivi, in particolar modo gli ultimi cinque anni, il settore più colpito è stato quello dell’edilizia.
Dal Rapporto annuale Istat, presentato dalla Camera dei Deputati, si evince che tra il 1999 e il 2005 i permessi di costruire residenziali avevano fatto registrare un tasso medio annuo superiore al 9%, ora hanno invertito la tendenza fino a segnare, tra il 2005 ed il primo semestre 2012, una caduta complessiva del 67,4%; per il comparto non residenziale la superficie totale riferita ai nuovi fabbricati e agli ampliamenti dei fabbricati preesistenti si é ridotta di circa il 60%.
Nell’attuale situazione di incertezza e difficoltà economica delle famiglie, l’unica spinta proviene dal comparto delle ristrutturazioni: le intenzioni di spesa per la manutenzione straordinaria dell’abitazione, il cui miglioramento in atto dal 2008 si è andato rafforzando nel corso del 2012 (in media d’anno il saldo è salito da -165 del 2011 a -158), sono state le sole a mostrare, anche nel primo trimestre del 2013, un debole segnale positivo.
Nonostante le suddette difficoltà economiche, dobbiamo tener ben presente che l’Italia rappresenta nel mondo una pietra miliare dell’architettura e che il patrimonio
artistico-architettonico deve rimanere un punto di forza del nostro paese e dal quale possibilmente bisogna
ripartire.
La tesi che successivamente verrà illustrata, si pone come obbiettivo quello di analizzare
sismicamente la struttura delle scuole medie M.L. King di Calcinaia comune situato nella provincia di Pisa.
Il seguente elaborato in maniera grossolana, può essere suddiviso in due “macroargomenti”: 1. Stato di Fatto-Fase conoscitiva;
2. Stato di Intervento-Interventi sulla struttura.
È importante precisare che un corretto approccio e una giusta conoscenza dell’ambito in cui ci troveremo a operare consente di ottemperare alle necessità della struttura e del pubblico fruente.
Durante la Fase conoscitiva dell’edificio, presso l’archivio del comune di Calcinaia, si sono fatte ricerche storico-archivistiche, esaminando nei particolari i progetti originali della struttura (anno di edificazione 1969) e successivi interventi che essa ha subito.
Successivamente attraverso sopralluoghi si è verificata la perfetta corrispondenza tra le piante depositate negli archidi degli uffici e la struttura reale.
Il progettista della struttura, essendo stata realizzata prima del 1971, non era tenuto a depositare una relazione tecnica e le prove sui materiali utilizzati per costruire gli elementi resistenti,
pertanto il materiale a disposizione non è stato esaustivo.
A tal riguardo si è deciso di condurre un progetto simulato andando perciò a metterci nelle condizioni del tecnico e evidenziare le scelte condotte.
Ultimata questa fase di approccio, è stato necessario fare l’analisi vera e propria della struttura, evidenziando i comportamenti statici e vulnerabilità sismica degli elementi resistenti.
Come normative di riferimento sono state adottate le Nuove Norme Tecniche per le Costruzioni (NTC 2008) le quali suddividono in tre tipologie di interventi su edifici esistenti:
1. Adeguamento Sismico; 2. Miglioramento Sismico;
11 3. Interventi Locali.
Sebbene rappresenti il livello di sicurezza più alto, l’adeguamento sismico a volte non può concretizzarsi in quanto gli interventi che lo realizzerebbero sarebbero più gravosi in termini economici rispetto a una nuova costruzione.
A tal riguardo vedremo quale azione di consolidamento rappresenta un ottimo tra benefici in termini di resistenza e costi da sostenere da parte della committenza.
12
3.1 EDIFICI ESISTENTI IN CEMENTO ARMATO
In materia antisismica si definisce rischio sismico come:Def. Il rischio sismico è la misura dei danni attesi in un dato intervallo di tempo, in base al tipo di sismicità, di resistenza delle costruzioni e di antropizzazione.
Sinteticamente, si può affermare che esso è determinato tra la combinazione della pericolosità
sismica, della vulnerabilità e dell’esposizione quindi, espresso in formula risulta essere:
= ∙ ∙
la pericolosità sismica, sarà tanto più elevata quanto più probabile sarà il verificarsi di un terremoto di elevata magnitudo, a parità di intervallo di tempo considerato.
Essa rappresenta una caratteristica intrinseca del sito oggetto di esame.
L’Italia a causa della sua posizione è caratterizzata da una pericolosità sismica medio-alta dettata dalla pressione che la placca africana esercita sulla placca euroasiatica.
Figura 2 Suddivisione delle placche.
La vulnerabilità, rappresenta l’attitudine di una costruzione ad essere danneggiata quando sollecitata da un evento sismico, quanto più un edificio sarà vulnerabile tanto maggiori saranno le conseguenze.
Molti degli edifici oggi presenti sono stati costruiti negli anni del dopo-guerra quando si ebbe una forte attività edilizia concentrata in tempi molto ristretti.
Quindi una forte necessità di dare una casa ai moltissimi sfollati, l’abusivismo dell’epoca e una situazione economica che non era delle più floride portarono a costruzioni che presentavano lacune sotto aspetti progettuali e della qualità dei materiali.
Il Nostro Paese possiede in generale, una vulnerabilità molto alta aumentando ancora di più laddove ci siano edifici molto datati.
Esaminando le sole strutture in cemento armato si è visto che la vulnerabilità può essere dettata da:
13 Degrado per ragioni costruttive.
Sebbene le prime strutture presentino crisi le cui cause si possono rintracciare nell’età stessa della costruzione, le seconde presentano crisi per ragioni dovute alla messa in opera dei materiali costituenti le strutture portanti e quindi anche interventi di miglioramento risultano essere molto onerosi sia sotto l’aspetto tecnologico che sotto quello economico.
L’esposizione, è determinata in base alla maggiore o minore presenza di beni esposti al rischio, la possibilità cioè di subire un danno economico, ai beni culturali, la perdita di vite umane.
L’ Italia dunque, avendo una densità abitativa alta e un patrimonio storico artistico inestimabile, risulta essere caratterizzata da una esposizione altissima.
È utile non dimenticare che la conoscenza dell’attività sismica del nostro territorio e la sensibilizzazione della progettazione nei confronti di questo evento è stata sviluppata
dall’accadimento di fenomeni molto rilevanti che si sono verificati recentemente (vedi Abruzzo 2009) quindi le strutture realizzate con criteri antisismici rappresentano una eccezione tra le strutture datate o che comunque non rispettano nessun criterio di sicurezza nei confronti dei terremoti.
3.2 VALUTAZIONE DEGLI EDIFICI ESISTENTI
Durante la fase conoscitiva, attraverso ricerche storico-archivistiche, sopralluoghi, saggi e prove sui materiali si ricostruisce quanto più fedelmente possibile la storia dell’edificio oggetto di esame e il suo comportamento statico.
Sebbene possa apparire strano, confrontarsi con un’opera esistente è molto più complicato che progettare una struttura nuova, ricopre quindi un ruolo fondamentale la valutazione di
vulnerabilità sia statica che sismica.
Le nostre operazioni preliminari, rilievi e restituzioni grafiche, sono finalizzate a descrivere e individuare in modo preciso i criteri progettuali percorsi dal tecnico dell’epoca, gli organi resistenti nonché le relazioni che intercorrono tra loro stessi.
A tal riguardo, si può affermare che la valutazione della sicurezza e il progetto degli interventi saranno caratterizzati da incertezze maggiori rispetto a edifici di nuova costruzione e ne verranno tenute di conto sia per quanto riguarda le azioni che per quanto concerne le resistenze.
La normativa di riferimento, ovvero le NTC 2008, definiscono gli edifici esistenti come:
Def. Le strutture esistenti sono quelle la cui struttura sia completamente realizzata alla data della redazione della valutazione di sicurezza e/o del progetto di intervento.
In relazione a quanto detto in precedenza a riguardo della fase conoscitiva la norma inserisce anche i fattori di confidenza strettamente legati ai livelli di conoscenza della struttura estrapolati mediante indagini e studi sull’edificio oggetto degli interventi.
In particolare si prevede che la valutazione della sicurezza dovrà effettuarsi ogni qual volta si eseguano interventi strutturali e dovrà determinare il livello di sicurezza della costruzione prima e dopo l’intervento. Il Progettista dovrà esplicitare, in un’apposita relazione, i livelli di sicurezza già presenti e quelli raggiunti con l’intervento, nonché le eventuali conseguenti limitazioni da imporre nell’uso della costruzione. Sono individuate tre categorie di intervento; adeguamento,
miglioramento e riparazione, stabilendo altresì le condizioni per le quali si rende necessario l’intervento di adeguamento e l’obbligatorietà del collaudo statico, sia per gli interventi di adeguamento che per quelli di miglioramento.
Indipendentemente dall’appartenenza ad una delle tre categorie individuate dalle NTC, è
14
riduzione significativa di carenze gravi legate ad errori di progetto e di esecuzione, a degrado, a danni, a trasformazioni, etc. per poi prevedere l’eventuale rafforzamento della struttura esistente, anche in relazione ad un mutato impegno strutturale.
Per gli interventi finalizzati alla riduzione della vulnerabilità sismica sui beni del patrimonio culturale vincolato, un opportuno riferimento è costituito dalla “Direttiva del Presidente del Consiglio dei Ministri per la valutazione e riduzione del rischio sismico del patrimonio culturale con riferimento alle norme tecniche per le costruzioni” del 12 ottobre 2007. Tale direttiva è adottabile per le costruzioni di valenza storico-artistica, anche se non vincolate.
Intervento di Adeguamento
Indipendentemente dalle problematiche strutturali specificamente trattate nelle NTC, le sopraelevazioni, nonché gli interventi che comportano un aumento del numero di piani, sono ammissibili solamente ove siano compatibili con gli strumenti urbanistici.
La valutazione della sicurezza, nel caso di intervento di adeguamento, è finalizzata a stabilire se la struttura, a seguito dell’intervento, è in grado di resistere alle combinazioni delle azioni di
progetto contenute nelle NTC, con il grado di sicurezza richiesto dalle stesse. Non è, in generale, necessario il soddisfacimento delle prescrizioni sui dettagli costruttivi (per esempio armatura minima, passo delle staffe, dimensioni minime di travi e pilastri, ecc.) valide per le costruzioni nuove, purché il Progettista dimostri che siano garantite comunque le prestazioni in termini di resistenza, duttilità e deformabilità previste per i vari stati limite.
Intervento di Miglioramento
La valutazione della sicurezza per un intervento di miglioramento è obbligatoria, come specificato nel § 8.3 delle NTC, ed è finalizzata a determinare l’entità massima delle azioni, considerate nelle combinazioni di progetto previste, cui la struttura può resistere con il grado di sicurezza richiesto. Nel caso di intervento di miglioramento sismico, la valutazione della sicurezza riguarderà,
necessariamente, la struttura nel suo insieme, oltre che i possibili meccanismi locali.
In generale ricadono in questa categoria tutti gli interventi che, non rientrando nella categoria dell’adeguamento, fanno variare significativamente la rigidezza, la resistenza e/o la duttilità dei singoli elementi o parti strutturali e/o introducono nuovi elementi strutturali, così che il
comportamento strutturale locale o globale, particolarmente rispetto alle azioni sismiche, ne sia significativamente modificato. Ovviamente la variazione dovrà avvenire in senso migliorativo, ad esempio impegnando maggiormente gli elementi più resistenti, riducendo le irregolarità in pianta e in elevazione, trasformando i meccanismi di collasso da fragili a duttili.
Riparazione o Intervento locale
Rientrano in questa tipologia tutti gli interventi di riparazione, rafforzamento o sostituzione di singoli elementi strutturali (travi, architravi, porzioni di solaio, pilastri, pannelli murari) o parti di essi, non adeguati alla funzione strutturale che debbono svolgere, a condizione che l’intervento non cambi significativamente il comportamento globale della struttura, soprattutto ai fini della resistenza alle azioni sismiche, a causa di una variazione non trascurabile di rigidezza o di peso. Può rientrare in questa categoria anche la sostituzione di coperture e solai, solo a condizione che ciò non comporti una variazione significativa di rigidezza nel proprio piano, importante ai fini della ridistribuzione di forze orizzontali, né un aumento dei carichi verticali statici.
Interventi di ripristino o rinforzo delle connessioni tra elementi strutturali diversi (ad esempio tra pareti murarie, tra pareti e travi o solai, anche attraverso l’introduzione di catene/tiranti) ricadono in questa categoria, in quanto comunque migliorano anche il comportamento globale della
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Infine, interventi di variazione della configurazione di un elemento strutturale, attraverso la sua sostituzione o un rafforzamento localizzato (ad esempio l’apertura di un vano in una parete muraria, accompagnata da opportuni rinforzi) possono rientrare in questa categoria solo a condizione che si dimostri che la rigidezza dell’elemento variato non cambi significativamente e che la resistenza e la capacità di deformazione, anche in campo plastico, non peggiorino ai fini del comportamento rispetto alle azioni orizzontali.
Vengono definiti alcuni passaggi fondamentali delle procedure per la valutazione della sicurezza e la redazione dei progetti, individuati nell’analisi storico-critica, nel rilievo geometrico-strutturale, nella caratterizzazione meccanica dei materiali, nella definizione dei livelli di conoscenza e dei conseguenti fattori di confidenza, nella definizione delle azioni e nella relativa analisi strutturale. Per quanto riguarda le costruzioni esistenti in c.a. e in acciaio, è evidenziato come in esse possa essere attivata la capacità di elementi con meccanismi resistenti sia “duttili” che “fragili”; a tale riguardo, l’analisi sismica globale deve utilizzare, per quanto possibile, metodi di analisi che
consentano di valutare in maniera appropriata sia la resistenza che la duttilità disponibile, tenendo conto della possibilità di sviluppo di entrambi i tipi di meccanismo e adottando parametri di
capacità dei materiali diversificati a seconda del tipo di meccanismo. Le fonti da considerare per la acquisizione dei dati necessari sono:
- - documenti di progetto con particolare riferimento a relazioni geologiche, geotecniche e strutturali
- ed elaborati grafici strutturali;
- - eventuale documentazione acquisita in tempi successivi alla costruzione; - - rilievo strutturale geometrico e dei dettagli esecutivi;
- - prove in-situ e in laboratorio.
Costruzioni in calcestruzzo armato o in acciaio: dati richiesti
In generale saranno acquisiti dati sugli aspetti seguenti:
- - identificazione dell’organismo strutturale e verifica del rispetto dei criteri di regolarità indicati al
- § 7.2.2 delle NTC; quanto sopra viene ottenuto sulla base dei disegni originali di progetto - opportunamente verificati con indagini in-situ, oppure con un rilievo ex-novo;
- - identificazione delle strutture di fondazione;
- - identificazione delle categorie di suolo secondo quanto indicato al § 3.2.2 delle NTC; - - informazione sulle dimensioni geometriche degli elementi strutturali, dei quantitativi
delle
- armature, delle proprietà meccaniche dei materiali, dei collegamenti; - - informazioni su possibili difetti locali dei materiali;
- - informazioni su possibili difetti nei particolari costruttivi (dettagli delle armature, eccentricità
- travi-pilastro, eccentricità pilastro-pilastro, collegamenti trave-colonna e colonna-fondazione,
- etc.);
- - informazioni sulle norme impiegate nel progetto originale incluso il valore delle eventuali azioni
- sismiche di progetto;
- - descrizione della classe d’uso, della categoria e dalla vita nominale secondo il § 2.4 delle NTC;
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- informazione sulla natura e l’entità di eventuali danni subiti in precedenza e sulle riparazioni effettuate.
Ai fini della scelta del tipo di analisi e dei valori dei fattori di confidenza, richiamati in C8.7.2.1, si distinguono i tre livelli di conoscenza seguenti:
- LC1: Conoscenza Limitata; - LC2: Conoscenza Adeguata; - LC3: Conoscenza Accurata.
Gli aspetti che definiscono i livelli di conoscenza sono:
- geometria, ossia le caratteristiche geometriche degli elementi strutturali,
- dettagli strutturali, ossia la quantità e disposizione delle armature, compreso il passo delle staffe e la loro chiusura, per il c.a., i collegamenti per l’acciaio, i collegamenti tra elementi strutturali diversi, la consistenza degli elementi non strutturali collaboranti,
- materiali, ossia le proprietà meccaniche dei materiali.
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 in-situ sono descritte nel seguito per gli edifici in c.a. e acciaio.
La relazione tra livelli di conoscenza, metodi di analisi e fattori di confidenza è illustrata nella Tabella C8A.1.2 Le definizione dei termini “visivo”, “completo”, “limitato”, “estensivo”, “esaustivo”, contenuti nella tabella è fornita nel seguito.
Tabella 1 Livelli di conoscenza
LC1: Conoscenza limitata
Geometria: la geometria della struttura è nota o in base a un rilievo o dai disegni originali. In quest’ultimo caso viene effettuato un rilievo visivo a campione per verificare l’effettiva
corrispondenza del costruito ai disegni. I dati raccolti sulle dimensioni degli elementi strutturali saranno tali da consentire la messa a punto di un modello strutturale idoneo ad un’analisi lineare.
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Dettagli costruttivi: i dettagli non sono disponibili da disegni costruttivi e sono ricavati sulla base di un progetto simulato eseguito secondo la pratica dell’epoca della costruzione. È richiesta una limitata verifica in-situ delle armature e dei collegamenti presenti negli elementi più importanti. I dati raccolti saranno tali da consentire verifiche locali di resistenza.
Proprietà dei materiali: non sono disponibili informazioni sulle caratteristiche meccaniche dei materiali, né da disegni costruttivi né da certificati di prova. Si adottano valori usuali della pratica costruttiva dell’epoca convalidati da limitate prove in-situ sugli elementi più importanti.
La valutazione della sicurezza nel caso di conoscenza limitata viene in genere eseguita mediante metodi di analisi lineare statici o dinamici.
LC2: Conoscenza adeguata
Geometria: la geometria della struttura è nota o in base a un rilievo o dai disegni originali. In quest’ultimo caso viene 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 riguardanti i dettagli strutturali, saranno tali da consentire la messa a punto di un modello strutturale idoneo ad un’analisi lineare o non lineare.
Dettagli costruttivi: i dettagli sono noti da un’estesa verifica in-situ oppure parzialmente noti dai disegni costruttivi originali incompleti. In quest’ultimo caso viene effettuata una limitata verifica insitu delle armature e dei collegamenti presenti negli elementi più importanti. I dati raccolti saranno tali da consentire, nel caso si esegua un’analisi lineare, verifiche locali di resistenza, oppure la messa a punto di un modello strutturale non lineare.
Proprietà dei materiali: informazioni sulle caratteristiche meccaniche dei materiali sono disponibili in base ai disegni costruttivi o ai certificati originali di prova, o da estese verifiche situ. Nel primo caso sono anche eseguite limitate prove situ; se i valori ottenuti dalle prove in-situ sono minori di quelli disponibili dai disegni o dai certificati originali, sono eseguite estese prove in-situ. I dati raccolti saranno tali da consentire, nel caso si esegua un’analisi lineare, verifiche locali di resistenza, oppure la messa a punto di un modello strutturale non lineare. La valutazione della sicurezza nel caso di conoscenza adeguata è eseguita mediante metodi di analisi lineare o non lineare, statici o dinamici.
LC3: Conoscenza accurata
Geometria: la geometria della struttura è nota o in base a un rilievo o dai disegni originali. In quest’ultimo caso 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 riguardanti i dettagli strutturali, saranno tali da consentire la messa a punto di un modello strutturale idoneo ad un’analisi lineare o non lineare.
Dettagli costruttivi: i dettagli sono noti o da un’esaustiva verifica in-situ oppure dai
disegnicostruttivi originali. In quest’ultimo caso è effettuata una limitata verifica in-situ delle armature e dei collegamenti presenti negli elementi più importanti. I dati raccolti saranno tali da consentire, nel caso si esegua un’analisi lineare, verifiche locali di resistenza, oppure la messa a punto di un modello strutturale non lineare.
Proprietà dei materiali: informazioni sulle caratteristiche meccaniche dei materiali sono
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primo caso sono anche eseguite estese prove in-situ; se i valori ottenuti dalle prove in-situ sono minori di quelli disponibili dai disegni o dai certificati originali, sono eseguite esaustive prove in-situ. I dati raccolti saranno tali da consentire, nel caso si esegua un’analisi lineare, verifiche locali di resistenza, oppure la messa a punto di un modello strutturale non lineare.
La valutazione della sicurezza nel caso di conoscenza accurata verrà eseguita mediante metodi di analisi lineare o non lineare, statici o dinamici.
Geometria (carpenterie)
Disegni originali di carpenteria: descrivono la geometria della struttura, gli elementi strutturali e le loro dimensioni, e permettono di individuare l’organismo strutturale resistente alle azioni
orizzontali e verticali.
Disegni costruttivi o esecutivi: descrivono la geometria della struttura, gli elementi strutturali e le loro dimensioni, e permettono di individuare l’organismo strutturale resistente alle azioni
orizzontali e verticali. In aggiunta essi contengono la descrizione della quantità, disposizione e dettagli costruttivi di tutte le armature, nonché le caratteristiche nominali dei materiali usati. Rilievo visivo: serve a controllare la corrispondenza tra l’effettiva geometria della struttura e i disegni originali di carpenteria disponibili. Comprende il rilievo a campione della geometria di alcuni elementi. Nel caso di modifiche non documentate intervenute durante o dopo la costruzione, sarà eseguito un rilievo completo descritto al punto seguente.
Rilievo completo: serve a produrre disegni completi di carpenteria nel caso in cui quelli originali siano mancanti o si sia riscontrata una non corrispondenza tra questi ultimi e l’effettiva geometria della struttura. I disegni prodotti dovranno descrivere la geometria della struttura, gli elementi strutturali e le loro dimensioni, e permettere di individuare l’organismo strutturale resistente alle azioni orizzontali e verticali con lo stesso grado di dettaglio proprio di disegni originali.
Dettagli costruttivi
Progetto simulato: serve, in mancanza dei disegni costruttivi originali, a definire la quantità e la disposizione dell’armatura in tutti gli elementi con funzione strutturale o le caratteristiche dei collegamenti. E’ eseguito sulla base delle norme tecniche in vigore e della pratica costruttiva caratteristica all’epoca della costruzione.
Verifiche in-situ limitate: servono per verificare la corrispondenza tra le armature o le
caratteristiche dei collegamenti effettivamente presenti e quelle riportate nei disegni costruttivi, oppure ottenute mediante il progetto simulato.
Verifiche in-situ estese: servono quando non sono disponibili i disegni costruttivi originali come alternativa al progetto simulato seguito da verifiche limitate, oppure quando i disegni costruttivi originali sono incompleti.
Verifiche in-situ esaustive: servono quando non sono disponibili i disegni costruttivi originali e si desidera un livello di conoscenza accurata (LC3).
Le verifiche in-situ sono effettuate su un’opportuna percentuale degli elementi strutturali primari per ciascun tipologia di elemento (travi, pilastri, pareti…), come indicato nella Tabella C8A.1.3, privilegiando comunque gli elementi che svolgono un ruolo più critico nella struttura, quali generalmente i pilastri.
Proprietà dei materiali
Calcestruzzo: la misura delle caratteristiche meccaniche si ottiene mediante estrazione di campioni ed esecuzione di prove di compressione fino a rottura.
Acciaio: la misura delle caratteristiche meccaniche si ottiene mediante estrazione di campioni ed esecuzione di prove a trazione fino a rottura con determinazione della resistenza a snervamento e
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della resistenza e deformazione ultima, salvo nel caso in cui siano disponibili certificati di prova di entità conforme a quanto richiesto per le nuove costruzioni, nella normativa dell’epoca.
Unioni di elementi in acciaio: la misura delle caratteristiche meccaniche si ottiene mediante estrazione di campioni ed esecuzione di prove a trazione fino a rottura con determinazione della resistenza a snervamento e della resistenza e deformazione ultima.
Metodi di prova non distruttivi: Sono ammessi metodi di indagine non distruttiva di documentata affidabilità, che non possono essere impiegati in completa sostituzione di quelli sopra descritti, ma sono consigliati a loro integrazione, purché i risultati siano tarati su quelli ottenuti con prove distruttive. Nel caso del calcestruzzo, è importante adottare metodi di prova che limitino l’influenza della carbonatazione degli strati superficiali sui valori di resistenza.
Prove in-situ limitate: servono a completare le informazioni sulle proprietà dei materiali ottenute o dalle normative in vigore all’epoca della costruzione, o dalle caratteristiche nominali riportate sui disegni costruttivi, o da certificati originali di prova.
Prove in-situ estese: servono per ottenere informazioni in mancanza sia dei disegni costruttivi, che dei certificati originali di prova, oppure quando i valori ottenuti dalle prove limitate risultano inferiori a quelli riportati nei disegni o certificati originali.
Prove in-situ esaustive: servono per ottenere informazioni in mancanza sia dei disegni costruttivi, che dei certificati originali di prova, oppure quando i valori ottenuti dalle prove limitate risultano inferiori a quelli riportati nei disegni o certificati originali, e si desidera un livello di conoscenza accurata (LC3).
Tabella 2 Correlazione livelli di rilievo e prove conodotte
Stati limite e relative probabilità di superamento
In un quadro operativo finalizzato a sfruttare al meglio la puntuale definizione della pericolosità di cui si dispone, si è ritenuto utile consentire, quando opportuno, il riferimento a 4 stati limite per l’azione sismica.
Si sono dunque portati a due gli Stati Limite di Esercizio (SLE), facendo precedere lo Stato Limite di
Danno (SLD) - ridefinito come stato limite da rispettare per garantire inagibilità solo temporanee
nelle condizioni postsismiche - dallo Stato Limite di immediata Operatività (SLO), particolarmente utile come riferimento progettuale per le opere che debbono restare operative durante e subito dopo il terremoto (ospedali, caserme, centri della protezione civile, etc.), in tal modo articolando meglio le prestazioni della struttura in termini di esercizio.
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Limite di salvaguardia della Vita (SLV), individuato definendo puntualmente lo stato limite ultimo
lo Stato Limite di prevenzione del Collasso (SLC), particolarmente utile come riferimento
progettuale per alcune tipologie strutturali (strutture con isolamento e dissipazione di energia) e, più in generale, nel quadro complessivo della progettazione antisismica.
I quattro stati limite così definiti, consentono di individuare quattro situazioni diverse che, al crescere progressivo dell’azione sismica, ed al conseguente progressivo superamento dei quattro stati limite ordinati per azione sismica crescente (SLO, SLD, SLV, SLC), fanno corrispondere una progressiva crescita del danneggiamento all’insieme di struttura, elementi non strutturali ed impianti, per individuare così univocamente ed in modo quasi “continuo” le caratteristiche prestazionali richieste alla generica costruzione.
Ai quattro stati limite sono stati attribuiti valori della probabilità di superamento PVR pari rispettivamente a 81%, 63%, 10% e 5%, valori che restano immutati quale che sia la classe d’uso della costruzione considerata; tali probabilità, valutate nel periodo di riferimento VR proprio della costruzione considerata, consentono di individuare, per ciascuno stato limite, l’azione sismica di progetto corrispondente.
A tal proposito è utile sottolineare che, in base al materiale a disposizione e le prove condotte sui materiali ci troviamo nelle condizioni di un LIVELLO DI CONOSCENZA LC1 con fattore di confidenza Fc=1,35.
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4.
CONOSCENZA
DELL’EDIFICIO
In data 11/02/2015, a seguito di ricerche storico-archivistiche condotte presso il Comune di Calcinaia e il materiale fornito dall’Università di Pisa, abbiamo condotto un sopralluogo presso la struttura delle scuole medie inferiori M.L. King di Calcinaia.
La scuola è collocata presso via Garemi 3 Comune di Calcinaia ed è in prossimità di una zona verde; è composta essenzialmente da due corpi di fabbrica realizzati in cemento armato.
Il primo è composto da due piani fuori terra (piano terreno e piano primo) in cui risiedono le aule e i laboratori più un mezzanino in cui si trova la parte dirigenziale dell’istituto; nel secondo blocco invece si colloca la palestra e gli ambienti di ricovero per gli attrezzi sportivi.
Figura 3 Vista aerea insediamento urbano
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Si riporta un estratto catastale riguardante la struttura scolastica:
Figura 5 Estratto catastale Scuola M.L. King
L’istituto durante il corso del tempo ha subito degli interventi che andremo adesso a descrivere brevemente:
ANNO DI COSTRUZIONE 1969
Informazioni tratte dal computo metrico estimativo vistato in data 31-1-1969 e redatto dall’Arch.Giulio Matteucci:
- Calcestruzzo magro per fondazioni, dosato con 200 Kg/mc e gettato in opera a strati non superiori a 30cm; platee a travi rovesce e fondazioni continue.
- Calcestruzzo per cemento armato, dosato con 300 Kg/mc per cordoli,plinti,travi rovesce e simili;
- Calcestruzzo per cemento armato, dosato con 350 Kg/mc per pilastri, - Ferro acciaioso in tondini per cemento armato;
- Muratura di pietrame calcareo di cava a malta di calce idraulica;
- Solaio in laterizio armato per luci libere fino a 5ml, calcolato per un sovraccarico accidentale, oltre il peso proprio, intonaco e pavimento, di 400 Kg/mq. Da eseguirsi con pignatte laterizio dall’altezza minima di 16cm e soletta sovrastante di cls di cemento a 300 Kg/mq dello spessore di 3cm.
- Solaio in laterizio armato per luci libere fino a 6,5ml, calcolato per un sovraccarico accidentale, oltre il peso proprio, intonaco e pavimento, di 400 Kg/mq. Da eseguirsi con pignatte laterizio dall’altezza minima di 16cm e soletta sovrastante di cls di cemento a 300 Kg/mq dello spessore di 3cm.
- Soffitto in laterizio armato per luce libera fino a 5ml da eseguirsi con travetti in laterizio armato e tavelloni interposti.
- Copertura piana realizzata con solaio in laterizio armato per luce libera fino a 6ml costituito da pignatte laterizie dello spessore minimo di 12cm e soletta sovrastante di cls di cemento a 300 Kg/mc. Il tutto calcolato per un sovraccarico accidentale, oltre il peso proprio, intonaco e lastronatura, di 150 Kg/mq,
- Compenso per la formazione della faccia vista alle murature di pietrame, con pietrame prelevato dalle cave locali;
- Tamponamento esterno per le pareti delle aule:
parete esterna di mattoni pieni posti per piano, murati con malta cementizia a 500 kg/mc. Parete interna di mattoni forati posti a foglio.
23 Pilastrini in cls di cemento a 350 Kg/mc.
- Intonaco costituito da malta di cemento a 600 Kg/mc, dello spessore di 15mm
INTERVENTI DI ADEGUAMENTO ALLE NORMATIVE DI SICUREZZA 1999
Relazione illustrativa del progetto esecutivo redatto dal Ing.Massimo Bottega in data Dicembre 1998, di seguito sono indicati gli interventi suddivisi per categorie di lavoro: - Adeguamento impianto elettrico;
- Sostituzione infissi esistenti con altri adeguati dal punto di vista della sicurezza e dell’isolamento termico;
- Adeguamento delle uscite di sicurezza e realizzazione delle scale di sicurezza al primo piano per il soddisfacimento delle norme antincendio;
- Creazione di standard minimi di utilizzabilità per soggetti portatori di handicap attraverso la realizzazione di rampe di accesso al piano terreno e di servizio e di servizio igienico adeguato al piano terreno,
- Risanamento del locale aula musica;
- Completo soddisfacimento dei requisiti di accessibilità per i soggetti portatori di handicap attraverso la realizzazione di un vano ascensore e di servizi igienici adeguati al piano primo e nella zona palestra e visite mediche, adeguamento della rampa di collegamento tra il corpo aule e il corpo palestra;
- Miglioramento degli standard distributivi e funzionali attraverso la separazione per sesso degli spogliatoi alunni e la realizzazione di spogliatoio per insegnanti, il rifacimento dei locali per servizi igienici.
Elenco delle categorie di lavoro:
1. Lavori relativi alla zona palestra e spogliatoi.
2. Lavori relativi alla realizzazione di rampe per il superamento delle barriere architettoniche.
3. Interventi necessari per la realizzazione della scala di emergenza. 4. Sistemazione aula di musica.
5. Realizzazione del corridoio dall’aula di musica all’atrio. 6. Realizzazione vano ascensore.
7. Sistemazione dell’area esterna.
8. Miglioramento acustico della palestra e di alcune aule.”
Figura 6 Sezione A-A
Prospetto considerato per il calcolo della percentuale di aperture rispetto alla superficie della muratura
24 Figura 7 Sezione D-D
Figura 8 Sezione a-a
PROGETTO ESECUTIVO: RELAZIONE TECNICA SCALA DI EMERGENZA 1999 (Ing. Massimo
Bottega):
“…La struttura di progetto è una scala metallica a due rampe che collega il piano di campagna con il piano primo la cui quota è posta a +4800m. Le rampe hanno larghezza di 1200mm e sono costituite da 14 alzate di 130mm. Il pianerottolo intermedio posto alla quota di 2420mm ha dimensioni di 1200x1834mm.
I cosciali sono realizzati con profilati UNP160.
La struttura portante verticale è realizzata con una colonna tubolare d.273 s.5,6 e trasverso HEA 140 per quanto riguarda il pianerottolo e da una coppia di colonne tubolari d.159 s.4,0 e trasverso HEA140 per il pianerottolo situato al piano di arrivo.
I gradini e i pianerottoli sono realizzati con lamiera bugnata s.4mm. I plinti di fondazione hanno dimensioni 120x180cm, 150x150cm e 258x100cm e un’altezza di 60 o 80cm.”
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Figura 10 Vista n°2
Oggi la scuola si presenta come descritto da queste fotografie:
Figura 11 Vista n°1
Figura 12 Vista n°3 Figura 13 Vista n°4 Figura 9 Vista n°5
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La struttura a primo impatto non sembrava presentare rilevanti mancanze sotto aspetti sia
strutturali che di finiture tuttavia attraverso osservazioni più specifiche si è potuto evidenziare dei deficit che successivamente andremo a descrivere.
Lo scopo principale di questa prima visita è stato quello di confrontare le planimetrie, le opere murarie della struttura con la situazione reale e quello di prendere coscienza della situazione in cui perversa lo stabile.
Con il rilievo siamo partiti dal piano primo dove sono situate le aule studio e subito è sembrato evidente una incongruenza che vedeva i pilastri di 35x35 cm riportati su carta come 30x30 cm. Nell’aula in cui ci siamo appostati anche con l’aiuto della termocamera non è stato possibile rilevare l’orditura dei solai in quanto si presentavano come controsoffittati, pertanto tale problema è stato aggirato valutando quegli orizzontamenti rifiniti con il solo intonaco (parte centrale del corpo aule dove si sviluppa il doppio volume).
Figura 14 Vista a raggi Infrarossi del solaio Figura 15 Vista fotografica
Gli elaborati non sempre descrivevano in maniera sufficientemente puntuale il reale svolgimento delle geometrie murarie pertanto si è proceduto ad apportare modifiche grafiche ai disegni a disposizione forniti dall’ufficio tecnico del Comune di Calcinaia.
In secondo luogo siamo passati a rilevare il piano mezzanino e anche in questo caso abbiamo potuto riscontrare delle differenze rispetto a quanto riportato sulle tavole.
La discordanza più rilevante si è notata in prossimità dell’uscita di emergenza dove invece di presentarsi la via di esodo risultava essere un locale ormai dismesso a seguito della messa a norma della scuola del 1998.
È utile sottolineare che la parte dell’edificio dove risiedono gli uffici dirigenziali, al piano primo presenta una pianta che si rastrema passando al piano terreno; tuttavia i pilastri si presentano come continui e le parti in avanzo risultano essere in aggetto.
Tale caratteristica è stata individuata facendo delle riprese con la termocamere e viste fotografiche nei livelli superiori della struttura.
In foto si può notare che il pilastro rimane più arretrato rispetto al filo del muro e quindi, essendo una struttura a telaio in cemento armato la parte più esterna risulta a sbalzo.
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Figura 16 Locale dirigente Scolastico
In ultima battuta siamo passati a osservare il piano terreno dell’istituto e la palestra riscontrando ancora una volta il trend caratterizzante l’opera, le misure anche in questo caso erano difformi dalle carte e nel caso della palestra le piante riportavano le suddivisioni dei locali interni difformi dalla situazione reale.
Una volta definito nel suo insieme la struttura, siamo passati a esaminare alcuni particolari che abbiamo ritenuto importante conoscere meglio.
In prossimità della facciata si possono vedere dei pilastri con una forma a forcella che si estendono dalla sommità dell’edificio fino al cordolo di base.
Attraverso delle riprese e dei saggi abbiamo potuto notare che il nucleo resistente è
rappresentato dalla sola parte interna mentre l’esterno funziona da riparo ai pluviali atti a smaltire le acque piovane.
Si riportano degli scatti fatti:
Figura 17 Vista frontale pilastro Figura 18 Pianta Pilastro Progetto originale
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Tale considerazione è stata confermata da alcune riprese con la termocamera che denotano una discontinuità tra le due parti dell’elemnto stesso:
Figura 19 Ripresa a infrarossi Pilastro
In particolare questo scatto è stato fatto presso il Laboratorio di scienze individuando il pilastro d’angolo.
La scuola presenta una suddivisione delle aperture mediante degli elementi che abbiamo studiato al fine di caratterizzarli come elementi portanti oppure elementi portati.
Figura 20 Vista esterna della scuola Figura 21 Laterizio componente l'elemento
Osservando attentamente dove l’intonaco era venuto meno, si è potuto notare che questi divisori sono stati realizzati mediante elementi di laterizio, pertanto non sono stati ritenuti elementi
portanti.
La struttura nelle zone ombreggiate e nell’ala dove è posizionata la palestra risulta essere in condizioni non idonee; il copriferro di molti elementi è stato espulso, il calcestruzzo presenta fenomeni di carbonatazione e alcune finiture si sono staccate ribaltandosi sul terreno; inoltre si denotano fenomeni di infiltrazione da parte dell’acqua.
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Figura 22 Problemi denotati
Proprio nei pilastri danneggiati si è potuto notare che le armature longitudinali sono state
realizzate mediante l’impiego di barre lisce con diametro Φ26, le staffe con barre lisce Φ8 mentre l’inerte caratterizzante il calcestruzzo è ghiaia di fiume (inerti tondeggianti lisci).
Figura 23 Caratteristiche meccaniche Pilastri
Attraverso delle percussioni sui pilastri della palestra si è potuto udire un rumore sordo che si sviluppa su tutta lunghezza dell’elemento, pertanto il copriferro risulta essere ancora aderente
per la presenza di dispositivi salva spigoli e di attenuazione di urti da parte di persone.
L’ultima fase del sopralluogo è stata dedicata allo studio di alcuni pilastri P.A, P.B, P.C andando a visualizzare la disposizione delle staffe con l’ausilio di un pacometro in grado di rilevare la presenza di armature.
Lo strumento viene fatto scivolare, con le ruote aderenti in direzione perpendicolare all’asse della basrra, lungo l’elemento e laddove lo strumento rileva una presenza metallica si fa un segno; successivamente con un metro a stecca si misura l’interdistanza tra le staffe e se ne tira fuori il
passo.
La scelta dei pilastri è stata effettuata con l’intento di ricoprire la totalità delle possibili casistiche. Il primo elemento è situato al piano primo, nell’aula evidenziata:
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Il secondo elemento è situato al piano terreno, nel laboratorio di scienze:
PILASTRO P.A. Vista V1 Passo [cm] 16 13 21.5 Media 16.83 PILASTRO P.A. Vista V2 Passo [cm] 16.8 17.3 16.5 17.4 14.8 17.5 17 Media 16.8
Tabella 3 Rilievo Ferroscan Pilastro PA
PILASTRO P.B. Vista V1 Passo [cm] 16.8 14.4 17 15.7 15.5 16.4 14.7 16.4 Media 15.8
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Il terzo elemento è situato al piano terreno, nella palestra:
Infine si è voluto fare una prova sclerometrica per caratterizzare la resistenza cubica caratteristica equivalente.
La scelta dell’elemento è stata caratterizzata da vari fattori tra cui il fatto che non fosse situato a ridosso del terreno per evitare che la resistenza fosse intaccata dalla presenza di infiltrazioni di
acqua.
Si è quindi individuata un’area dell’elemento di circa 20x20 cm su cui fare la prova dopo aver effettuato un trattamento della superficie.
Figura 21 Vista del pilastro in questione
PILASTRO P.C. Vista V1 Passo [cm] 19.6 23.3 14.5 15.4 16.6 14.3 14 11.5 14.3 Media 16.00
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Una volta effettuata la misurazione dell’indice di rimbalzo con lo sclerometro, grazie all’ausilio delle curve fornite insieme allo strumento per determinare la resistenza a compressione del calcestruzzo se è individuato il seguente risultato:
Pertanto la resistenza a compressione del calcestruzzo risulta essere: 240 Kg/mm2.
PILASTRO P.D. Vista V1 Indice di Rimbalzo Resistenza Cubica (MPa) 36 340 30 228 24 140 29 218 28 200 40 422 23 120 30 228 29 218 27 182 39 402 28 200 28 200 27 182 31 253 32 270 34 300 Media 30,29 241,35
Tabella 6 Rilievo Sclerometro Pilastro PC
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In seguito si riportano gli strumenti che hanno accompagnato il sopralluogo:
1. Metro a stecca; 2. Macchina fotografica;
3. Distanziometro laser leica disto D2;
Figura 24 Scheda Tecnica Distanziometro
34 4. Pacometro Hilti Multidetector PS 38;
Figura 26 Scheda tecnica Pacometro Figura 27 Scatto del Rilievo
5. Sclerometro HBM Schmidt tipo N-27
Figura 28 Sclerometro HBM Schmidt N-27
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4.1 PROGETTO SIMULATO DELL’EDIFICIO
Una disponibilità risicata di materiale riguardante le caratteristiche meccaniche e i sistemi
resistenti della struttura hanno fatto sì che si conducesse un progettazione simulata per capire le scelte che condussero il tecnico dell’epoca ai risultati odierni.
L’obiettivo finale è quello di arrivare a fare una valutazione della vulnerabilità sismica.
In prima battuta si conduce una valutazione qualitativa mediante l’utilizzo del METODO S.A.V.E. , il quale rappresenta uno strumento operativo intermedio tra metodi per l’analisi della sicurezza e i metodi per la valutazione della vulnerabilità su larga scala, che ottimizzi: da un lato indagini e rilievi, dall’altro l’accuratezza e le complicazioni del calcolo rispetto all’affidabilità dei risultati che si vogliono ottenere, tenendo conto delle caratteristiche tipiche degli edifici da valutare (generalmente edifici pubblici del dopoguerra).
Nelle fasi iniziali del sistema viene richiesto il numero di piani dell’edificio e le relative altezze dei pilastri; a tal proposito osservando che l’edificio si sviluppa
essenzialmente in due corpi di fabbrica (Corpo Aule e Palestra) e che il corpo aule è composto, da una parte da piano terreno e piano primo e dall’altra piano terreno e piano mezzanino, si è deciso di suddividere il corpo in tre parti così distinte:
US1 Corpo aule e piano primo;
US2 Corpo aule e piano mezzanino;
US3 Corpo palestra.
Successivamente si condurrà una modellazione della struttura assoggettata a un’analisi dinamica
modale i cui risultati saranno soggetti a verifiche di resistennza per verificare l’attitudine dell’edificio a incassare l’azione sismica.
4.1.1 PROGETTO SIMULATO US3
In prima battuta, per la semplicità dei carichi gravanti e del telaio resistente schematizzato come portale incastrato, si è esaminata l’unità US3 secondo questa procedura.
Attraverso le ricerche storico archivistiche; si è potuto osservare: Caratteristiche del calcestruzzo (Titolo 730 R)
Carico accidentale (150 Kg/mq per le coperture e 400Kg/mq per i solai praticati).
Figura 30 Scansione Computo metrico originale (carichi) Figura 29 Schema Unità strutturali
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Figura 31 Scansione computo metrico (materiali)
Inoltre, attraverso le normative vigenti all’epoca della costruzione dell’edificio RDL 16 Novembre
1939, si è potuto risalire alle caratteristiche meccaniche dei materiali resistenti:
Conglomerato di cemento idraulico normale per la resistenza a compressione
Conglomerato di cemento idraulico normale per la resistenza a flessione
Armature metalliche, se costituite da acciaio dolce e nel nostro caso sono anche barre lisce:
Mentre per quanto riguarda le azioni esterne il testo di Colombo del 1933 in merito alla neve dava i seguenti valori:
Ho scelto un valore di 60 Kg/mq essendo una copertura piana ma in zona poco battuta dalle nevi. Infine, il peso proprio del solaio essendo in latero cemento con spessore di 25 cm (20+5) è stato assunto pari a 319 Kg/mq (desunto da informazioni riportate su cataloghi) mentre per le
coperture solaio spessore di 20cm (16+4) con peso di 266 Kg/mq.
Una volta definita la geometria della struttura, materiali costituenti e sistema resistente si è passati a definire le caratteristiche della sollecitazione del telaio e analizzare dapprima le travi:
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Carico Peso [Kg/m2]
Carico accidentale 150
Carico Neve 60
Peso proprio solaio (16+4) 266
TOT. 476
Tabella 7 Analisi dei carichi Us3 Palestra
L’altezza del telaio h è pari a 7,25m mentre la lunghezza L risulta 9,27m; l’area di influenza per ogni trave interna ovvero nelle condizioni più gravose risulta essere 9,27x4,6m.
Le sezioni sono rispettivamente 30x50cm nei pilastri e 30x75 nelle travi pertanto risulta attraverso le formule provenienti da scienza delle costruzioni si è risolto il sistema:
= ∙ ℎ 12 = 0,3 ∙ 0,75 12 = 0,01054 = ∙ ℎ 12 = 0,3 ∙ 0,5 12 = 0,003125 =( ∙ ℎ) ( ∙ )= 2,64 = 6 ∙ ( + 2) = 27,83
Pertanto l’andamento del momento flettente in corrispondenza dei nodi ABCD risulterà assumere i seguenti valori:
= − = ∙
2 ∙ = 3379,60 = = ∙ = 6759,21
Trovate le sollecitazioni possiamo vedere come sono armate le sezioni in esame della nostra trave; per fare ciò utilizziamo la formula riportata in seguito:
=
0,9 ∙ ℎ ∙ ,
Per completezza oltre alle sezioni C e D di estremità si è osservata anche la sezione di mezzeria E:
Sezione M [kgm] A fcalc [cm2] Afeff [cm2] Zona comp [cm2] C -6759,21 7,15 2Φ26 2Φ26 D -6759,21 7,15 2Φ26 2Φ26 E 16200,46 17,14 5Φ26 2Φ26
Tabella 8 Predimensionamento Armature delle travi Palestra
Per sicurezza si conduce una verifica al fine di rafforzare le nostre ipotesi:
Sezione n [cmAs 2] A's [cm2] X [cm] Ms [Kgm] Ic [cm4] σc [Kg/cm2] σf [Kg/cm2] Sezione C 10 10,62 10,62 18,79714 6759,21 393522,4 32,2862994 535,945 Sezione D 10 10,62 10,62 18,79714 6759,21 393522,4 32,2862994 535,945 Sezione E 10 26,55 26,55 21,81545 16200,46 883778 39,9897222 516,648
Tabella 9 Verifiche trave palestra
I risultati sopra riportati si riferiscono alle assunzioni che abbiamo fatto in merito alle resistenze dei materiali secondo il RDL 16 Novembre 1939:
σc,amm =40 Kg/cm2 σf,amm =1400 Kg/cm2
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Troviamo infine i valori del momento resistente trovato con la seguente formulazione:
= min ;
= , ∙
∙ (ℎ − )= 251745,6 = , ∙ = 16204,62
= 16204,62
Le armature longitudinali sono state così identificate e quindi passiamo a vedere le staffe disposte nei confronti delle azioni taglianti; si è valutata la sollecitazione evidenziando come fosse
necessario disporre apposita armatura a taglio:
= ∙
2 = 10148,8
Con le informazioni fino a ora trovate calcoliamo la resistenza a taglio offerta dal solo calcestruzzo:
=0,18 ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ = 1791,90 < Con: c=3 cm K=1 + < 2 → 2 = ∙ = 0.0118 γc=1,5 b=30 cm d=72 cm
Si adotta come scelta progettuale quella di assegnare la sollecitazione nel seguente modo: - 50% Ved alle staffe formate da ferri Φ8;
- 50% Ved ai ferri piegati della dimensioneΦ12.
Il taglio che quindi riguarderanno le staffe sarà Ved=5074,40 Kg, per cui disponendo le staffe a
passo di 15 cm risulterà:
=0,9 ∙ ∙ ∙ = 6108,48
Il taglio che quindi riguarderà i ferri piegati sarà Ved=5074,40 Kg, per cui disponendo i ferri a 45° e
a passo di 50 cm risulterà:
=0,9 ∙ ∙ ∙ ∙ √2= 5799,04
Le trave poi essendo di luce rilevante e presentando un diagramma del taglio con andamento a farfalla si è deciso di armarla nei confronti delle azioni taglianti discretizzandola in 6 diverse zone, la trattazione sopra riportata si riferisce ai valori massimi.
