Capitolo 6 Caso Studio: Fasi di Conoscenza

Caso Studio:

Fasi di Conoscenza

6.1 Introduzione

“La conoscenza della costruzione oggetto della verifica è di fondamentale importanza ai fini di una adeguata analisi, e può essere conseguita con diversi livelli di approfondimento, in funzione dell’accuratezza delle operazioni di rilievo, dell’analisi storica e delle indagini sperimentali.”

La presente citazione è stata ripresa della Nuova Norma Tecnica e ci ricorda che per effettuare una corretta analisi di un edificio esistente è indispensabile raccogliere tutte le informazioni inerenti tale struttura.

La normativa divide la fase di conoscenza in vari punti: - analisi storico-critica;

- rilievo geometrico; - dettagli costruttivi;

- caratterizzazione meccanica dei materiali.

Ai fini di una corretta individuazione del sistema strutturale esistente e del suo stato di sollecitazione è importante ricostruire il processo di realizzazione e le successive modificazioni subite nel tempo dal manufatto, nonché gli eventi che lo hanno interessato, in questo senso acquista notevole importanza una dettagliata analisi storico-critica.

La normativa inoltre afferma che per eseguire un’analisi di un edificio esistente bisogna effettuare un rilievo geometrico della struttura in esame per individuare l’organismo resistente della costruzione, tenendo presenta la qualità e lo stato di conservazione dei materiali e degli elementi costruttivi. Sempre all’interno di tale rilievo dovranno anche essere presi in considerazione i possibili dissesti, in atto o stabilizzati, ponendo particolare attenzione all’individuazione dei quadri fessurativi e dei meccanismi di danno.

Il rilievo oltre che geometrico dovrà essere anche di tipo strutturale dove dovranno essere individuati i dettagli costruttivi dell’organismo, comprendendo i rapporti con le eventuali strutture in aderenza. Nel rilievo sia geometrico che strutturale dovranno essere rappresentate le modifiche intervenute nel tempo, come desunte dall’analisi storico-critica.

Infine la conoscenza delle caratteristiche dei materiali costituenti la struttura presa in esame potranno essere ricavate da documentazioni disponibili, da verifiche visive in situ e da indagini sperimentali, tutto in base all’accuratezza che si vuole ottenere.

Sulla base di tutti questi approfondimenti effettuati durante la fase conoscitiva saranno individuati i livelli di conoscenza e per ognuno dei quali saranno definiti i corrispondenti fattori di confidenza, da utilizzare come coefficienti di sicurezza nella definizione delle proprietà dei materiali.

Nell’elaborazione delle informazioni utili per la fase conoscitiva del caso studio in esame sono state utilizzate, come dati di partenza, le schede di II livello redatte all’interno della convenzione stipulata dalla Regione Toscana con l’Università di Pisa, di cui si è già parlato nei precedenti capitoli.

6.2 Livelli di conoscenza

Il primo obbiettivo, come si è detto, che occorre perseguire quando si è chiamati ad operare sul costruito esistente è la conoscenza dell’edificio. L’importanza di questa fase preliminare di conoscenza e di diagnostica è stata recepita dalle Nuove Norme Tecniche, che affermano che essa deve essere prevista e programmata all’interno di un opportuno piano delle indagini e deve interessare:

- la geometria dell’edificio; - i dettagli costruttivi; - le proprietà dei materiali.

L’approfondimento con cui ciascuna di queste classi di indagini è prevista, deve essere deciso dal progettista in base agli obbiettivi preposti, alla presumibile ampiezza e rilevanza dell’intervento e alle necessità o anomalie riscontrate durante la campagna stessa. La scelta di approfondimento determina il livello di conoscenza raggiunto, che le norme graduano in tre livelli:

- LC1; - LC2; - LC3.

Da essi discende la metodologia di definizione dei valori medi dei parametri meccanici associati alla materiale in esame e la quantificazione del Fattore di Confidenza. Quest’ultimo rappresenta il valore per il quale occorre dividere le resistenze medie dei materiali per tener conto del grado di incertezza associato al livello di conoscenza raggiunto (vedi tabella C8A.1.1).

Tabella C8A.1.1 – Livelli di conoscenza in funzione dell’informazione disponibile e conseguenti valori dei fattori di confidenza per edifici in muratura

6.2.1 La Geometria

Per la conoscenza geometrica dell’edificio, le Norme fanno riferimento ad un unico grado di approfondimento che deve comprendere il rilievo, piano per piano, della geometria, delle tipologie costruttive presenti nelle diverse parti della struttura, dell’individuazione dei carichi gravanti su ogni elemento e del quadro fessurativo e deformativo.

L’individuazione della geometria dell’edificio può essere ricavata da: - disegni originali;

- disegni costruttivi o esecutivi; - rilievo visivo;

- rilievo completo.

Nel caso di struttura in cemento armato rivestono particolare importanza i disegni originali di carpenteria, grazie ai quali si può ottenere una descrizione dettagliata sulla geometria della struttura e

sugli elementi strutturali, così da individuare l’organismo strutturale resistente alle azioni orizzontali e verticali. Importanti, sempre per un’adeguata definizione di una struttura in cemento armato, sono anche i disegni esecutivi, che contengono la descrizione delle quantità di armatura e le caratteristiche nominali dei materiali usati.

Il rilievo visivo serve a controllare la corrispondenza tra la realtà costruita e le informazioni ottenute dal materiale disponibile. Mentre il rilievo completo serve a produrre disegni completi nel caso in cui non si sia riusciti a trovare alcun materiale o materiale incompleto.

6.2.2 Dettagli Costruttivi

Le indagini da svolgere per l’identificazione dei dettagli costruttivi sono classificate secondo due differenti gradi di approfondimento:

- verifiche in situ limitate;

- verifiche in situ estese ed esaustive.

Nel caso di struttura in murature entrambe prevedono rilievi di tipo visivo effettuati ricorrendo, di regola, alla rimozione dell’intonaco e a saggi nella muratura che, nel secondo caso, dovranno essere effettuati in modo sistematico nell’intero edificio. I dettagli costruttivi da esaminare sono relativi ai seguenti elementi:

- qualità del collegamento tra pareti verticali;

- qualità del collegamento tra orizzontamenti e pareti ed eventuale presenza di cordoli di piano o di altri dispositivi di collegamento;

- esistenza di architravi strutturalmente efficienti al di sopra delle aperture;

- presenza di elementi strutturalmente efficienti atti ad eliminare le spinte eventualmente presenti;

- presenza di elementi, anche non strutturali, ad elevata vulnerabilità;

- tipologia della muratura (ad un paramento, a due o più paramenti, con o senza riempimento a sacco, con o senza collegamenti trasversali ecc..), e sue caratteristiche costruttive (costruita in mattoni o in pietra, regolare o irregolare ecc..)

Nel caso di struttura in cemento armato si ha la possibilità di effettuare anche un progetto simulato, il quale, in mancanza dei disegni costruttivi o esecutivi originali, serve a definire la quantità e la disposizione dell’armatura in tutti gli elementi con funzione strutturale. Realizzare un progetto simulato per una struttura in cemento armato significa eseguire il progetto dell’edificio in esame e quindi il dimensionamento e la verifica degli elementi, adottando le norme tecniche in vigore all’epoca della costruzione. Le fonti a cui si deve far riferimento nella redazione di un progetto sì fatto sono la normativa tecnica e la manualistica consolidata dell’epoca di costruzione.

Come per le strutture in muratura anche per quelle in cemento armato le verifiche verranno effettuate in maniera sistematica sugli elementi strutturali, in base al livello di conoscenza che si vorrà ottenere. In tal senso, la normativa dà delle indicazioni ben precise, che vengono riportate in tabella

Tabella C8A.1.3 – Definizione orientativa dei livelli di rilievo e prove per edifici in c.a.

6.2.3 Le proprietà dei Materiali

Le indagini per la determinazione delle proprietà dei materiali sono suddivise, in base al grado di approfondimento, in tre categorie:

- indagini in situ limitate; - indagini in situ estese; - indagini in situ esaustive.

Nel caso di strutture in muratura le prime due categorie prevedono esami visivi della superficie muraria che, nel caso di indagini in situ estese, devono essere realizzate in maniera sistemica (almeno una per ogni tipologia di muratura presente) con l’aggiunta di saggi superficiali e interni per ogni tipo di muratura presente, di prove con martinetto piatto doppio e di caratterizzazione della malta.

Il fine di entrambe queste categorie di indagine consiste nell’individuazione di quale sia la tipologia di muratura da considerare tra quelle proposte nella tabella C8A.2.1 contenuta nell’allegato della Circolare del 2 Febbraio 2009 e riportata in seguito. In questa tabella sono raccolti i valori di riferimento minimi e massimi dei parametri meccanici e il valore medio del peso specifico e i valori dei moduli di rigidezza sono riferiti a condizioni non fessurate. Questi dati sono riferiti alle seguenti condizioni: malta di caratteristiche scarse, assenza di ricorsi (listature), paramenti semplicemente accostati o mal collegati, muratura non consolidata, tessitura (nel caso di elementi regolari) a regola d’arte. Nella tabella i termini presenti si riferiscono a:

f

τ

w

Tabella 1: valori di riferimento dei parametri meccanici (minimi e massimi) e peso specifico medio per diverse tipologie di muratura

Nel caso in cui la muratura in esame abbia caratteristiche migliori rispetto alle suddette, la normativa prevede l’introduzione di coefficienti correttivi dettati in tabella C8A.2.2 (allegato della Circolare 2/2/2009) . essi sono definiti, per ciascuna tipologia muraria, in funzione delle caratteristiche costruttive, dei materiali, e dei possibili interventi di consolidamento rilevati.

I valori sopra indicati per le murature consolidate sono da considerarsi come riferimento, nel caso in cui non sia comprovata, con opportune indagini sperimentali, la reale efficacia dell’intervento e siano quindi misurati, con adeguato numero di prove, i valori da adottarsi nel calcolo.

Tabella 2: coefficienti correttivi dei parametri meccanici

I coefficienti correttivi così definiti sono da applicarsi ai valori riportati nella tabella della Circolare C8A2.1 secondo le modalità prescritte nell’allegato C8A. In particolare, le correzioni devono applicarsi o alle sole resistenze (per esempio, in presenza di connessione trasversale tra paramenti), o alle resistenze e alle rigidezze ( per esempio, per intervento di iniezioni di malta).

Nel caso di indagini limitate o estese, dai valori di riferimento minimi o massimi dei parametri meccanici, valutati in tabella C8A.1.2 e corretti dalla tabella C8A.2.2, è possibile definire, sulla base del livello di conoscenza raggiunto, i valori medi dei parametri stessi.

Le indagini in situ esaustive richiedono, in aggiunta alle verifiche visive, ai saggi interni e alle prove precedentemente elencate, l’effettuazione di una serie di prove, che, per numero e quantità, siano tali da consentire e valutare le caratteristiche meccaniche della muratura. In questo caso la determinazione dei valori medi dei parametri meccanici si basa sia sui valori sperimentali ottenuti, sia su quanto riportato nella tabella C8A.1.2.

Per quanto riguardano le strutture in cemento armato la valutazione della proprietà dei materiali avviene sulla base di prove dirette di tipo distruttivo.

La misura delle caratteristiche meccaniche del calcestruzzo 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 ultime.

Infine per tener conto del grado di incertezza associato al livello di conoscenza raggiunto, i valori medi delle resistenze dei materiali ottenuti con i metodi descritti devono essere divisi per il Fattore di Confidenza. Nel caso della muratura la riduzione non coinvolge i moduli di elasticità, in quanto tale effetto, a differenza di quanto accade per i valori di resistenza, non può, a priori, essere interpretato come cautelativo, si ha quindi:

FC

f

f

_γ

con

γ

Per quanto riguarda la parte in cemento armato la formula per ottenere i valori delle resistenze dei materiali cambia in base all’analisi applicata e nel caso in esame avendo utilizzato un’analisi modale con spettro ridotto tramite il fattore q, le resistenze dei materiali devono essere ottenute

dividendo i valori medi ottenuti dalle prove per il solo fattore di confidenza come illustrato nella formula seguente:

FC

f

f

6.3 Livello di conoscenza del Caso Studio

Nel caso in esame, dopo un’analisi dei dati a nostra disposizione, possiamo dire che il livello di conoscenza del nostro fabbricato è pari a LC1, il che comporta un valore di FC pari a 1.35.

Tale valore andrà ad influire in maniera importante sulla resistenza di progetto della muratura in esame il che potrebbe comportare una non verifica degli elementi.

6.3.1 Geometria

L’edificio presenta una pianta che non ha subito molte variazioni nel corso degli anni, l’unico intervento rilevante che è stato realizzato è l’ampliamento del terzo piano. In interventi successivi è stata aumentata la metratura al piano terra mediante un ampliamento in muratura e uno in prefabbricato (Figura successiva e Tavola 3).

Le geometrie degli elementi resistenti di tutti i piani sono state valutate mediante un rilievo in sito, visto l’impossibilità di consultare i progetti originali a causa della loro assenza. Si è quindi realizzato un rilievo di tutte e le piante sia nel piano orizzontale e verticale mediante l’utilizzo del vano scala per le altezze di interpiano. Le piante presentano un corpo centrale in cui s’individua l’entrata principale dell’edificio e il vano scala e due ali laterali che vengono collegate al corpo precedente mediante due corridoi.

Il piano interrato è stato oggetto di un intervento che ha permesso un parziale adeguamento sismico mediante l’introduzione di profili a doppio T nel corridoio principi pale come viene mostrato nella figura successiva e nella Tavola 2. Ma ha anche permesso di poter recuperare alcuni locali dandogli una nuova destinazione come:

• Archivio

• Deposito di materiali • Magazzino.

Figura 6.2: Intervento antisismico realizzato prima della presente valutazione.

Al piano terra sono stati collocati i laboratori e gli ambulatori mentre nei piani seguenti si hanno e ricoveri per il reparto di medicina generale. Il terzo piano in principio era presente solo nella parte centrale dell’edificio, in seguito poi ampliato anche alle ali laterali (Tavola 6). La copertura è realizzata con capriate in legno ipotizzata non spingente a causa della presenza della catena.

Infine altro materiale utilizzato nella fase conoscitiva sono state le schede elaborate durante la convenzione che la Regione Toscana ha effettuato con l’Università di Pisa ( di cui se ne è già parlato nei capitoli precedenti ). Tale materiale è costituito da una scheda sintetica di rilievo dell’unita

strutturale presa in esame dalla scheda di vulnerabilità di II livello e dal calcolo dell’indice di vulnerabilità.

Az. USL (1) _{AZIENDA USL 6 LIVORN0}

Presidio (2) _{OSPEDALE DI LIVORNO}

Complesso Edilizio (3) _{OSPEDALE DI LIVORNO}

Unità Strutturale (4) OSPEDALE DI LIVORNO-PADIGLIONE 5

Indirizzo Viale V. Alfieri, Livorno.

Coordinate geografiche

Anno di costruzione 1929-1931

Data del rilievo 19-06-2010

Rilevatori Ign. Marco Bevilacqua, Ing. Daniela Bigongiali

A

DOCUMENTAZIONE FOTOGRAFICA (*)

1. Prospetti esterni di fronte (5)

S N 2. Prospetti esterni di lato (5)

S N 3. Elementi di interesse in esterno (6)

S N 4. Locali interni più importanti (7)

S N 5. Volte ed archi interni (8)- non presenti S N 6. Solai (9) S N 7. Copertura (10) S N 8. Scale (11) S N 9. Locali interrati (12) S N 10. Dissesti (13)_{– espulsione copriferro e distacco dell’intonaco in facciata S N} 11. Condizioni geomorfologiche particolari (14) _{– non presenti}

S N

B

VERIFICHE METRICHE (**)

1. Verifica globale di congruenza con la documentazione (15) sufficiente congruenza delle planimetrie

2. Lunghezze in esterno (16)

Prelevate sufficienti misure parziali e totali

3. Lunghezze o diagonali di locali interni e corridoi (17) Prelevate sufficienti misure interne per ogni piano 4. Spessori di murature o dimensioni di pilastri (18)

Prelevate sufficienti misure degli spessori murari esterni ed interni 5. Altezze di interpiano

Prelevate nel vano scale (vedi particolare tavole allegate) 6. Altezze massime e minime della gronda fuori terra Prelevata altezza minima in gronda

C

ESAME GENERALE

1. Individuazione dei corpi di fabbrica – unico corpo di fabbrica S N 2. Individuazione di corti e spazi aperti - assenti S N 3. Individuazione di ampliamenti in pianta (19)

-ampliamento di piccolo corpo al piano terra sul lato sx del prospetto ovest S N 4. Individuazione di aggetti (20)_{- assenti S N} 5. Individuazione di sopraelevazioni (21)

-sopraelevazione di un piano dell'intero edificio S N

6. Individuazione edifici adiacenti o circostanti (22)

-padiglione n°6 a est, padiglione n°4 a ovest distanti circa 30 metri S N 7. Scale o ascensori realizzati in epoche successive S N 8. Presenza e localizzazione di archivi e biblioteche- archivi P.INT,. e P.2 S N 9. Presenza e localizzazione di vani con particolari destinazioni d’uso (23) S N

D

ESAME DI DETTAGLIO (**)

(DA ESEGUIRE AD OGNI PIANO)

1. Tipologia della struttura verticale (25)

Mratura portante a conci di pietra sbozzata listata con filari di mattoni 2. Tipologia e orditura dei solai e delle volte (26)

Solai a travetti in acciaio doppio T e tavelloni in laterizio 3. Presenza di orizzontamenti sfalsati (mezzanini, ecc.) Assenti

4. Tipologia e orditura della copertura (27)

Copertura in legno con capriate e solaio in tavelloni in laterizio 5. Tipologia e localizzazione di scale e ascensori

Unico vano scala in c.a. e montalettighe in posizione centrale nell’edificio originario.

Blocco indipendente con vano scala, due montalettighe e un ascensore realizzato in c.a. in epoca successiva

6. Presenza di giunti strutturali e loro dimensione Assenti

7. Tipologia tramezzi

Prevalentemente tramezzi in laterizio 8. Tipologia tamponamenti Assenti

9. Individuazione di balconi, controsoffitti e comignoli Controsoffitti assenti

10. Stato delle finiture e degli impianti (28) Buono

E 1. Dissesti alle murature (29)

ESAME DEI DISSESTI (**)

2. Dissesti a travi, pilastri e setti in c.a. (29)

S N 3. Dissesti ai solai (29)

S N

4. Dissesti alle volte (29) _{S N}

5. Dissesti ai tramezzi (29)

S N 6. Dissesti ai tamponamenti (29) S N 6. Degrado da infiltrazioni di acqua (29)

S N

F

SITUAZIONI PARTICOLARI (**)

1. Murature o pilastri in falso S N 2. Ammorsamenti non corretti tra murature ortogonali S N 3. Ammorsamenti non corretti tra orizzontamenti e strutture verticali S N

G

INFORMAZIONI AGGIUNTIVE

1. Chiedere notizie al personale (30)

Testimonianza di foto d'epoca fornite dall'Ufficio Tecnico dell'Azienda sull'avvenuta sopraelevazione di un piano dell'intero edifico.

H

APPARECCHIATURE E IMPIANTI

1. Compilare apposita Scheda

I

UTENTI

1. Compilare apposita Scheda

Tabella 3: Scheda sintetica di rilievo dell’unità strutturale dell’edificio

6.3.2 Dettagli Costruttivi

Come già detto in precedenza, non si è avuta la possibilità di valutare i progetti originali, si è fatto riferimento perciò a edifici simili dello stesso periodo storico presenti nella zona. È principalmente per la mancanza di questo punto che si è assunto un LC1 cercando di tutelarci mediante i coefficienti della normativa.

6.3.3 Proprietà dei materiali

L’esame della qualità muraria e l’eventuale valutazione sperimentale delle caratteristiche meccaniche hanno come finalità principale quella di stabilire se la muratura in esame è capace di un comportamento strutturale idoneo a sostenere le azioni statiche e dinamiche prevedibili per l’edificio in oggetto, tenuto conto delle categorie di suolo, opportunamente identificate.

Non avendo potuto svolgere nessuna delle tre indagini descritte in precedenza, quindi non ricavando un valore caratteristico di resistenza del materiale mediante prove, si è scelto di utilizzare i valori concessi dalla normativa;

Nel presente caso si sono assunti:

fm = 400 N/mm 2

τ0 = 6 N/mm 2

E = 1500 N/mm2