Capitolo 7 Proposta di consolidamento ed analisi dinamica lineare

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Capitolo 7: Proposta di consolidamento ed analisi dinamica lineare 157

Capitolo 7

Proposta di consolidamento ed analisi dinamica lineare

7.1 Consolidamento della struttura portante

Nel commentare i risultati dell’analisi dinamica lineare effettuata sull’edificio scolastico allo stato attuale, sono stati messi in luce i principali aspetti di criticità riscontrati ed è in particolare su quelli che si è posta l’attenzione nell’elaborazione degli interventi di adeguamento.

In figura 7.1 si riporta la pianta sovrapposta del piano terra tra stato di fatto e progetto di consolidamento per una maggiore chiarezza nella spiegazione delle modalità di intervento pensate (essendo l’edificio simmetrico le considerazioni fatte per una metà dello stesso si riferiscono anche all’altra):

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Intervento numero 1 (chiusura di finestre):

Detto della fragilità che contraddistingue allo stato attuale la parete posteriore, dato l’elevato numero di finestre presenti, vengono chiuse le due aperture centrali di ogni aula dell’asilo e la stessa cosa è stata ripetuta al piano superiore; in questo modo si vengono a creare due maschi murari centrali decisamente solidi in corrispondenza dell’appoggio delle due travi in c.a. che producono una elevata concentrazione di sforzi, ora distribuita su di una sezione decisamente più adeguata.

La ripetizione dell’intervento ai due piani risponde sia ad esigenze strutturali, sia alla volontà di mantenere inalterata quella simmetria che contraddistingue l’edificio.

Intervento numero 2 (telaio in c.a.):

La chiusura di metà delle finestre porta una carenza delle stesse; in particolare in questa

situazione non è più rispettato il valore di 1/8 che stabilisce il minimo rapporto

aero-illuminante tra la superficie in pianta di un vano e la superficie finestrata.

E’ quindi necessario ricavare un’apertura nel muro laterale di dimensioni adeguate: 0,85 x 2 m ; al posto di una semplice cerchiatura del vano però si è pensato di inserire un vero e proprio telaio in c.a. in modo da risolvere anche i problemi che la parete in questione ha dimostrato nelle analisi svolte.

Il dimensionamento opportuno del telaio infatti permette di fare in modo che questo, data l’elevata rigidezza del materiale in confronto a quella della muratura in esame, assorba una quota sufficiente dell’azione sismica, scaricando i maschi affiancati.

Per una maggiore efficacia dell’intervento il telaio viene esteso per tutta l’altezza dell’edificio e per questo motivo la finestra viene realizzata in corrispondenza di una delle finestre al piano superiore.

Intervento numero 3 (chiusura di una porta):

Per regolarizzare il vano scala viene chiusa la piccola apertura, peraltro di porca utilità ed assolutamente fuori norma, che collega attualmente lo stesso con l’ingresso all’asilo. Anche dal punto di vista funzionale l’intervento non comporta problemi in quanto i due piani ospitano dei reparti scolastici indipendenti tra loro.

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Ugualmente si riporta la pianta sovrapposta del piano primo:

Figura 7.2 – Sovrapposto del piano primo

Intervento numero 1 (nuova parete):

Viene inserito un muro per dare continuità alla parete di spina che regge il solaio al piano inferiore che viene esteso dalla parete inferiore fino al limite del corridoio; come materiale si è scelto il laterizio semipieno sismico con blocchi di spessore 25 cm. Questo intervento, anche se non agisce direttamente su uno degli aspetti critici dell’edificio crea una concentrazione di rigidezza in corrispondenza dello stesso con lo scopo di migliorare il comportamento migliore dell’edificio nel suo complesso: si cerca sia di scaricare gli elementi disposti lungo l’asse corrispondente e di aumentare la solidità globale estendendo gli elementi resistenti da terra a tetto.

Ovviamente, in fase di realizzazione pratica, se si vuole dare una funzione effettiva alla parete, essa deve essere ammorsata al muro sottostante, ad esempio tramite un cordolo gettato dopo aver rimosso una striscia di solaio, oppure alla parete posteriore con funzione di tenuta; questo perché la direzione di orditura del solaio di sottotetto rende questa parete totalmente scarica e quindi se la stessa non è in qualche modo coinvolta nello schema resistente risulterebbe di poca utilità ai fini dell’irrigidimento.

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Per valutare le caratteristiche meccaniche di questo tipo di muratura si prendono a riferimento i blocchi della ditta Poroton serie P800:

- classificazione del blocco: semipieno ;

- peso specifico apparente del blocco: 800 – 860 kg / m3 ;

- percentuale di foratura: < 45 % ;

- resistenza caratteristica verticale: fbk > 8 N / mm2 ;

- resistenza caratteristica orizzontale: f’bk > 1,5 N / mm2.

Per la valutazione delle caratteristiche della muratura si considera una malta di tipo M10 a prestazione garantita e si utilizza la tabella riportata sulle NTC al § 11.10.3.1.2,

per cui per la resistenza caratteristica a compressione si assume: fk = 5 N / mm2 ;

al § 11.10.3.2.2 si trova una tabella simile per la stima della resistenza a taglio:

se : 7,5 < ݂_௕௞ ≤ 15 ݁ ܯ5 ≤ ܯ < ܯ10 ݏ݅ ℎܽ ࢌ_࢜࢑૙ = ૙, ૛ ࡺ / ࢓࢓૛.

Al § 11.10.3.4 si trovano le relazioni per la stima dei moduli elastici:

E = 1000 fk = 5000 N / mm

2

;

G = 0.4 E = 2000 N / mm2.

Le resistenze di progetto vengono calcolate secondo quanto riportato al § 4.5.6.1 :

݂ௗ = ݂௞ൗ ݂ߛ_௠ ௩ௗ = ݂௩௞ൗ ߛ_௠

in cui: fvk = fvk0 + 0,4 σn (con σn tensione normale di compressione dell’elemento).

Il coefficiente parziale della muratura γm è ricavato da una tabella decise:

- la categoria dei blocchi I ;

- la classe di esecuzione 2 ;

- il tipo di malta a prestazione garantita.

In base a tali scelte risulta un γm = 2,5 e quindi le resistenze di progetto sono:

fd = 2 N / mm 2

; fvk0 = 0,08 N / mm2.

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Intervento numero 2 (chiusura di finestre):

La chiusura delle finestre in corrispondenza di quella effettuata al piano inferiore e l’edificazione di questo nuovo muro porta necessariamente ad una ridefinizione delle

aule che verrà meglio illustrata in seguito nell’analisi degli aspetti architettonici e di

funzionalità e benessere dell’edificio.

Intervento numero 3 (telaio in c.a.):

Le finestre già presenti vengono ridotte in larghezza e spostate in modo da inserirle nel telaio in c.a. descritto in precedenza; la minore superficie finestrata è giustificata anche dal fatto che in corrispondenza non si trova più un’aula ma due ripostigli.

Intervento numero 4 (consolidamento con intonaco armato):

La parete mediana che presentava i problemi maggiori (anche per carichi statici) viene consolidata tramite realizzazione di un intonaco armato dello spessore di 4 cm da entrambi i lati in modo da aumentarne la sezione, la resistenza e la rigidezza.

La tecnica di consolidamento mediante intonaci armati consiste nel realizzare

in aderenza alla superficie muraria, delle lastre di materiale a base cementizia (malta, betoncino, gunite), armate con una rete metallica, e rese solidali ad essa da tiranti passanti in acciaio. Ai fini dell’affidabilità della tecnica svolgono un ruolo fondamentale i connettori trasversali, la cui efficacia è pressoché nulla, con il tipo di muratura in esame, se essi non sono passanti ed ancorati nella stessa paretina armata, applicata su entrambe le facce della parete da rinforzare.

La tecnica consente di migliorare le caratteristiche di resistenza dell’apparato murario, grazie all’incremento di sezione resistente apportato dalle lastre e all’effetto di confinamento esercitato sulla muratura e di aumentarne nel contempo la duttilità. Dal punto di vista esecutivo, il metodo prevede tecnologie e materiali di basso costo e

facile reperibilità, e l’impiego di attrezzature generalmente adoperate per operazioni

d'intonacatura. Ne derivano i vantaggi di economicità, rapidità di esecuzione e non necessità di manodopera specializzata.

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L’intervento può essere eseguito con diverse modalità:

- con la costruzione di vere e proprie pareti in c.a., sistema che può essere adatto

quando è necessario intervenire da un solo lato della parete;

- con la formazione di lastre sottili in c.a. (gunite) armate con reti di acciaio

elettrosaldate;

- con l’applicazione di intonaco di spessore di almeno 3 cm di malta cementizia

(betoncino) armato, sempre con reti di acciaio elettrosaldate.

Figura 7.3 – Schema di consolidamento tramite intonaco armato

Le procedura di esecuzione si articola nelle seguenti fasi:

- preparazione: asportazione dell’intonaco e messa a nudo della tessitura

muraria, spazzolatura e lavaggio della muratura con getto di acqua o aria a bassa pressione e stuccatura con malta cementizia a presa rapida di fessure e vuoti;

- perforazioni: per betoncino su due facce sono necessari almeno 4 fori a mq di

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- inserimento dei tiranti: generalmente vengono utilizzati tondini per c.a.

ad aderenza migliorata del diametro variabile da 4 a 8 mm. Il loro numero può variare a seconda dei casi, è bene però non scendere sotto i due tiranti per mq;

- posizionamento delle armature: in genere si usano reti elettrosaldate con barre

del diametro 3 – 6 mm con maglia 10 x 10 oppure 15 x 15 cm. Posizionata la rete si risvoltano i tiranti a 90° e si collegano alle reti.

- esecuzione delle lastre: la posa in opera della miscela viene realizzata:

- per getto in apposita casseratura nel caso di paretine di 5 – 15 cm;

- in pressione per spessori tra i 3 e i 5 cm (betoncino);

- spruzzando la gunite sulla rete fino ad un massimo di 3 cm.

La tabella C8A.2.2 sono riportate le correzioni da apportare alle caratteristiche della muratura suddivise per tipologie e per tipo di intervento:

Tabella 7.1 – Coefficienti correttivi dei parametri meccanici delle murature

Si era pensato anche all’ipotesi di consolidare con intonaco armato anche le pareti interne al piano terra; provando però tale situazione sul programma di calcolo si è però riscontrata la poca convenienza di tale soluzione che produce una eccessiva e controproducente concentrazione di tensioni nella parte centrale dell’edificio.

Intervento numero 5 (nuove pareti):

A completamento dell’intervento numero 4 vengono inseriti due muri, ai lati della parete mediana realizzati con la stessa tecnica descritta per l’intervento numero 1. Anche in questo caso si cerca di dare continuità alla parete inferiore creando una parete interna che si estende da terra a tetto per tutta la lunghezza dell’edificio, così da scaricare in parte le pareti anteriori che avevano mostrato qualche problema.

Queste pareti possono essere connesse tramite perforazioni e connettori alle travi in c.a. che si trovano a soffitto in corrispondenza, per solidarizzarle al resto della struttura

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7.2 Modellazione dell’edificio modificato

Il progetto di intervento ha modificato in maniera sostanziale il telaio equivalente dell’edificio; di seguito si illustrano le differenze del nuovo modello, tenendo presente che da tutte le pareti sono state eliminate le fasce di piano, come già descritto al § 6.7 cosicché lo schema resistente complessivo è costituito dai singoli maschi murari considerati per lo più con un comportamento a mensola, separati gli uni dagli altri. Innanzitutto è stata modificata la geometria di alcune pareti, sia in pianta che in prospetto; le modifiche in pianta sono visibile dai sovrapposti mentre per quelle in alzato si riportano i prospetti con gli schemi del telaio per ogni parete (la numerazione è stata lasciata identica, tranne che per i singoli maschi modificati):

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Figura 7.5 – Schema a telaio equivalente della parete 4 (la parete 5 è simmetrica)

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Figura 7.7 – Schema a telaio equivalente della parete 16

Oltre a questo sono state modificate, secondo quando descritto in precedenza le caratteristiche (rigidezza e resistenza) dei maschi consolidati con intonaco armato mentre ai nuovi muri sono stati assegnati i valori riportati al paragrafo precedente, mentre avendo eliminato le fasce di piano l’analisi dinamica lineare è stata condotta solo su due modelli, distinguendo tra comportamento rigido o deformabile dei solai.

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7.3 Rinforzo del solaio di interpiano

Il solaio di interpiano presenta dei problemi di deformabilità che si è cercato temporaneamente di risolvere con l’inserimento di due profili in acciaio IPE 160. Il progetto di intervento prevede il rinforzo delle travi in c.a. con dei profili a contrasto e un’orditura secondaria in profili IPE 140 per limitarne l’inflessione.

7.4 Interventi contro il ribaltamento delle pareti

In figura 7.9 sono riportati anche gli interventi proposti per eliminare il problema riscontrato durante l’analisi dei meccanismi locali di collasso e che interessavano principalmente il ribaltamento delle pareti.

Gli interventi comprendono sia l’inserimento di due tiranti sottotraccia lungo le pareti laterali dell’edificio, sia l’applicazione di tondini saldati alle anime dei profili in acciaio utilizzati come rinforzo del solaio, passanti nello spessore dei muri esterni e messi in trazione. In entrambi i casi gli elementi “tiranti” vengono fissati con

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7.5 Verifiche di resistenza sul modello modificato

Sul modello così modificato è stata nuovamente condotta un’analisi dinamica lineare per verificare l’efficacia, almeno teorica, degli interventi proposti per migliorare il comportamento sismico della struttura.

Analisi modale

Il modello mantiene sempre regolarità abbastanza elevata, anche perché gli interventi sono stati pensati in modo simmetrico per l’edificio; ovviamente l’aumento localizzato di rigidezza per alcuni elementi così come l’inserimento di nuovi elementi di rigidezza elevata hanno portato una perdita di regolarità soprattutto in direzione X per la quale sono stati proposti gli interventi più massicci e la cui massa modale scende al 71,2 %. L’edificio globalmente risulta sensibilmente più rigido in direzione X, mentre in direzione Y la rigidezza diminuisce di poco in quanto si crea un’apertura che si cerca di ripristinare tramite il telaio in c.a. ; i periodi vibrazione si modificano come segue: Modo 1 Periodo stato di fatto: 0,533 s Periodo modifica: 0,458 s Modo 2 Periodo stato di fatto: 0,354 s Periodo modifica: 0,412 s

Verifica allo SLU

Tutti gli elementi risultano verificati

Verifica alle azioni fuori piano

Tutti gli elementi risultano verificati

Verifica alle azioni sismiche

Le verifiche a taglio ed a pressoflessione sono tutte verificate sia per il modello a solai rigidi che per quello a solai deformabili.

Verifica dei meccanismi locali

Si assume che gli incatenamenti descritti al paragrafo precedentemente prevengano il rischio di ribaltamento delle pareti esterni che era stato evidenziato in fase di analisi.