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CAPITOLO 4
Indagini in opera sulle strutture portanti
4.1. Normativa italiana sugli edifici esistenti
Il D.M. 14 Gennaio 2008 recante: “Norme Tecniche per le Costruzioni”, al Cap. 8, definisce i criteri generali per la valutazione della sicurezza e per la progettazione, l’esecuzione ed il collaudo degli interventi sulle costruzioni esistenti.
Per valutazione della sicurezza si intende un procedimento quantitativo volto a stabilire se una struttura esistente è in grado o meno di resistere alle combinazioni delle azioni di progetto contenute nelle NTC, oppure, viceversa, a determinare l’entità massima delle azioni, considerate nelle combinazioni di progetto previste, che la struttura è capace di sostenere con i margini di sicurezza richiesti dalle NTC, definiti dai coefficienti parziali di sicurezza sulle azioni e sui materiali.
Per edifici esistenti, la Norma intende: “tutti quegli edifici che abbiano, alla data della redazione della valutazione di sicurezza e/o del progetto di intervento, la struttura completamente realizzata”.
La valutazione della sicurezza e la progettazione degli interventi su costruzioni esistenti devono tenere conto dei seguenti aspetti:
• la costruzione riflette lo stato delle conoscenze al tempo della sua realizzazione;
• possono essere insiti e non palesi difetti di impostazione e di realizzazione; • la costruzione può essere stata soggetta ad azioni, anche eccezionali, i cui
effetti non siano completamente manifesti;
• le strutture possono presentare degrado e/o modificazioni significative rispetto alla situazione originaria.
Nella definizione dei modelli strutturali, si dovrà, inoltre, tenere conto che:
• la geometria e i dettagli costruttivi sono definiti e la loro conoscenza dipende solo dalla documentazione disponibile e dal livello di approfondimento delle indagini conoscitive;
58 • la conoscenza delle proprietà meccaniche dei materiali non risente delle incertezze legate alla produzione e posa in opera ma solo della omogeneità dei materiali stessi all’interno della costruzione, del livello di approfondimento delle indagini conoscitive e dell’affidabilità delle stesse; • i carichi permanenti sono definiti e la loro conoscenza dipende dal livello di
approfondimento delle indagini conoscitive.
La Norma stabilisce inoltre che si dovrà prevedere l’impiego di metodi di analisi e di verifica dipendenti dalla completezza e dall’affidabilità dell’informazione disponibile e l’uso, nelle verifiche di sicurezza, di adeguati “fattori di confidenza”, che modificano i parametri di capacità in funzione del livello di conoscenza relativo a geometria, dettagli costruttivi e materiali.
La valutazione della sicurezza e la progettazione degli interventi sulle costruzioni esistenti potranno essere eseguiti con riferimento ai soli SLU.
Le Verifiche agli SLU possono essere eseguite rispetto alla condizione di salvaguardia della vita umana (SLV) o, in alternativa, alla condizione di collasso (SLC).
Procedure per la valutazione della sicurezza14
Nelle costruzioni esistenti le situazioni concretamente riscontrabili sono le più diverse ed è quindi impossibile prevedere regole specifiche per tutti i casi. Di conseguenza, il modello per la valutazione della sicurezza dovrà essere definito e giustificato dal Progettista, caso per caso, in relazione al comportamento strutturale attendibile della costruzione, tenendo conto delle indicazioni generali di seguito esposte.
Un’adeguata valutazione della sicurezza per un edificio esistente non può prescindere dall’individuazione ed approfondimento in successione dei seguenti passaggi:
• Analisi storico-critica
• Rilievo geometrico-strutturale
• Caratterizzazione meccanica dei materiali
59 • Livelli di conoscenza e fattori di confidenza
Nei paragrafi successivi verranno approfonditi, relativamente al caso di studio, i punti sopra elencati.
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4.2. Analisi storico-critica
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.
Generalmente, quando si trattano costruzioni esistenti, può essere difficile disporre dei disegni originali di progetto necessari a ricostruirne la storia progettuale e costruttiva.
In ogni caso, soprattutto nel caso di edifici in muratura, sia in assenza sia in presenza di documentazione parziale, prima di procedere alle indispensabili operazioni di rilevo geometrico, è opportuno svolgere delle considerazioni sullo sviluppo storico del quartiere in cui l’edificio è situato (a meno che si tratti di edifici isolati), basandosi su testi specialistici, cercando di acquisire informazioni sugli aspetti urbanistici e storici che ne hanno condizionato e guidato lo sviluppo, con particolare riferimento agli aspetti di interesse per l’edificio in esame.
La ricostruzione della storia edificatoria dell’edificio, o della costruzione più in generale, consentirà anche di verificare quanti e quali terremoti esso abbia subìto in passato. Questa sorta di valutazione sperimentale della vulnerabilità sismica dell’edificio rispetto ai terremoti passati è di notevole utilità, perché consente di valutarne il funzionamento, a patto che la sua configurazione strutturale e le caratteristiche dei materiali costruttivi non siano stati, nel frattempo, modificati in maniera significativa.
Sulla base dei dati raccolti nella fase di ricerca storica, si possono trarre conclusioni di tipo operativo per la modellazione meccanica globale dell’edificio.
Per quanto riguarda il caso di studio, è possibile notare come l’edificio appaia abbastanza isolato, essendo situato in una zona periferica del Comune in cui sorgono poche altre costruzioni, e la maggior parte del territorio risulta coperta per lo più da terreni adibiti a coltivazioni.
Inoltre le poche abitazioni presenti nelle vicinanze appaiono di epoca più recente. Per questo motivo risulta di difficile attuazione una ricerca volta ad individuare le tipologie costruttive della zona o quartiere dove sorge il nostro edificio.
61 In base ad informazioni reperite presso il Comune di Villafranca si è appreso che l’epoca di realizzazione del fabbricato risale alla fine degli anni ’50, e con ogni probabilità, la sua costruzione terminò tra il 1957 e il 1958.
A discapito di una forma abbastanza articolata, in particolar modo per le strutture di copertura che lascerebbero presagire tempi di realizzazione diversi, i saggi effettuati insieme alle testimonianze raccolte, hanno confermato che la struttura così come si mostra oggi non è stata oggetto di modificazioni o ampliamenti, ma è stata interamente edificata in unica soluzione.
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4.3. Rilievo geometrico-strutturale e individuazione degli elementi critici
Un passo fondamentale nell’acquisizione dei dati necessari a mettere a punto un modello di calcolo accurato di un edificio esistente è costituito dalle operazioni di rilievo della geometria strutturale.
Il rilievo si compone di un insieme di procedure relazionate e mirate alla conoscenza della geometria esterna delle strutture e dei dettagli costruttivi. Questi ultimi possono essere occultati alla vista (ad esempio disposizione delle armature negli elementi in c.a.) e possono richiedere rilievi a campione e valutazioni estensive per analogia. La Norma sottolinea che, mentre per gli altri due aspetti che determinano il livello di conoscenza (dettagli costruttivi e proprietà dei materiali) si accettano crescenti livelli di approfondimento dell’indagine, per la geometria esterna si richiede che il rilievo sia compiuto in maniera quanto più completa e dettagliata possibile, ai fini della definizione del modello strutturale necessario alla valutazione della sicurezza per le azioni prese in esame.
Secondo quanto stabilito dalle NTC, il rilievo geometrico-strutturale deve essere riferito sia alla geometria complessiva dell’organismo che a quella degli elementi costruttivi, comprendendo i rapporti con le eventuali strutture in aderenza. Nel rilievo dovranno essere rappresentate le modificazioni intervenute nel tempo, come desunte dall’analisi storico-critica.
Il rilievo deve tenere presente anche la qualità e lo stato di conservazione dei materiali e degli elementi costitutivi.
Dovranno altresì essere rilevati i dissesti, in atto o stabilizzati, ponendo particolare attenzione all’individuazione dei quadri fessurativi e dei meccanismi di danno. Per la struttura in esame, quindi, è stato effettuato un rilievo geometrico volto ad individuare l’organismo resistente della costruzione e i singoli elementi che lo compongono.
L’edificio, adibito ad uso scolastico, presenta un unico piano che è rialzato rispetto al livello di terra di 1,25 m.
È stata riscontrata inoltre la presenza di un vano tecnico seminterrato che si trova esattamente al di sotto del locale cucina e che presenta le stesse dimensioni, il cui piano di calpestio è posto a 0,50 m al di sotto del terreno. Da questo locale, come verrà descritto in seguito, sono state tratte informazioni circa il sistema murario e
63 l’ammorsamento tra le pareti e i solai (presenza di cordoli) in quanto le superfici interne non risultano intonacate.
È stato possibile inoltre effettuare delle considerazioni sul tipo di fondazioni presenti nell’edificio.
Dai sopralluoghi effettuati è stata evidenziata un’irregolarità dell’edificio sia in pianta (Fig.4.1) che in altezza.
La non regolarità in pianta è in particolare dettata da due condizioni15:
• la dimensione di rientri o sporgenze supera il 25% della dimensione totale della costruzione nella corrispondente direzione;
• gli orizzontamenti di sottocopertura non possono essere considerati infinitamente rigidi nel loro piano rispetto agli elementi verticali e sufficientemente resistenti.
La non regolarità in altezza (come mostrato dalle Fig. 4.3 e 4.4) è dettata dalla complessità del sistema di copertura che risulta non omogeneo e che individua altezze diverse e diverse sollecitazioni per i vari setti murari che compongono la struttura.
La struttura è realizzata in muratura portante e si presenta in discreto stato di conservazione, inoltre non sono presenti dissesti visibili né sono stati individuati quadri fessurativi o meccanismi di collasso in atto, sia per quanto riguarda le strutture verticali che per quelle orizzontali.
Un elemento di criticità della struttura è rappresentato dalla presenza di quattro sistemi di copertura differenziati tra loro:
• la zona d’ingresso, dove è presente l’atrio centrale, è coperta da un solaio in latero-cemento avente unica inclinazione pari a 23° ed altezza di colmo di 8,56 m. Non è presente un solaio di sottocopertura;
• la zona nord e la zona est della costruzione sono coperte da due solai differenziati in travetti e tavelloni ad unica falda entrambi di inclinazione pari a 17° con diversa orditura ed altezze di colmo rispettivamente di 6,93 m e 7,60 m. Sono presenti inoltre due solai di sottocopertura;
64 • la zona a sud-est è coperta da un solaio (non ispezionato, ma assunto analogo al punto precedente) a capanna con inclinazione delle due falde pari a 17° ed altezza di colmo di 7,30 m. È presente un solaio di sottocopertura.
Di seguito viene riportata la rappresentazione dei risultati del rilievo effettuata attraverso la restituzione grafica di piante, prospetti e sezioni.
65 Fig. 4.2: prospetti sud-est e sud-ovest della scuola elementare di Filetto.
66 Fig. 4.4: sezioni B-B e C-C della scuola elementare di Filetto.
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4.4. Caratterizzazione meccanica dei materiali
Per conseguire un’adeguata conoscenza delle caratteristiche dei materiali e del loro degrado, la Norma suggerisce di basarsi su documentazione già disponibile, su verifiche visive in situ e su indagini sperimentali. Le indagini dovranno essere motivate, per tipo e quantità, dal loro effettivo uso nelle verifiche.
Il piano delle indagini fa comunque parte sia della fase diagnostica che del progetto vero e proprio, e dovrà essere predisposto nell’ambito di un quadro generale volto come già detto a mostrare le motivazioni e gli obiettivi delle indagini stesse.
I valori delle resistenze meccaniche dei materiali vengono valutati sulla base delle prove effettuate sulla struttura e prescindono dalle classi discretizzate previste nelle norme per le nuove costruzioni.
Un aiuto, non esaustivo, ai fini della definizione delle resistenze dei materiali può ricavarsi dalle norme dell’epoca della costruzione.
Nella Tabella C8A.2.1 in Appendice C8A della Circolare del 2 Febbraio 2009 n.617, vengono riportate una serie di tipologie murarie presenti sul territorio nazionale, per le quali vengono forniti i diversi valori delle caratteristiche meccaniche.
La Norma prescrive che per quanto riguarda le costruzioni in muratura, le Regioni possono definire, ad integrazione della Tabella C8A.2.1 sopra citata, ulteriori tabelle specifiche per le tipologie murarie ricorrenti sul territorio regionale.
Nel caso in esame, non è stato possibile consultare alcuna documentazione già disponibile in merito alla realizzazione dell’edificio circa le tipologie e le caratteristiche dei materiali utilizzati.
Inoltre non è stato possibile effettuare prove sui materiali in situ data la loro natura piuttosto invasiva non compatibile con il normale svolgimento delle attività scolastiche tuttora pienamente in corso.
In accordo con il Comune di Villafranca in Lunigiana è stata però effettuata una campagna di indagini visive sottoforma di saggi in situ, per poter ottenere indicazioni circa la tipologia costruttiva e la caratterizzazione meccanica dei materiali impiegati nella costruzione.
Per determinare le caratteristiche meccaniche dei materiali, si è fatto riferimento alla Tabella C8A.2.1 in Appendice C8A delle NTC 2008, come verrà illustrato successivamente.
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4.4.1. Mappa dei saggi e metodologia di esecuzione
In base a quanto disposto dalla Regione Toscana, in accordo con il Comune di Villafranca in Lunigiana sono stati effettuati dei saggi in opera sulla struttura allo scopo di individuare:
A) la qualità del sistema resistente;
B) l’ammorsamento tra pareti ortogonali (cantonali);
C) la presenza di collegamenti efficaci tra pareti e solai (cordoli, catene, ecc.); D) la tipologia delle fondazioni e la loro quota d’imposta effettiva.
La scelta dei saggi sopra indicati è stata effettuata in base alle seguenti necessità: 1. ottenere un quadro completo sui materiali impiegati per la realizzazione degli
elementi strutturali e sulla qualità della realizzazione cercando, ove possibile, di cogliere le singolarità degli elementi critici;
2. consentire una rapida e sicura realizzazione dei saggi tramite l’individuazione di punti di facile accesso,
3. intaccare il meno possibile i singoli elementi della struttura che risulta occupata quotidianamente ed ancora pienamente in funzione;
4. intaccare il meno possibile il prospetto principale della struttura per ovvie ragioni estetiche, prevedendo saggi per lo più nelle parti posteriori dell’edificio o comunque meno visibili, compatibilmente alle necessità di analisi;
5. limitare il più possibile l’intralcio alle attività interne dell’edificio.
Le seguente figura riporta l’individuazione della campagna di saggi effettuata sulla scuola elementare di Filetto con la relativa legenda.
69 Fig. 4.5: pianta con l’individuazione dei saggi del piano terra con relativa legenda.
Qualità del sistema resistente (A)
La qualità del sistema resistente dipende dal tipo di materiale utilizzato, dall'apparecchiatura muraria e dalla presenza di connessioni tra paramenti all'interno dello spessore murario.
Per avere indicazioni circa la qualità del sistema resistente delle tipologie murarie presenti nel caso studio si è proceduto alla rimozione dell'intonaco, ove possibile, su entrambe le facce della muratura.
I saggi sono stati eseguiti al piano terra mentre nel locale seminterrato non è stato necessario intervenire in quanto i setti murari non risultano intonacati. Non è stato possibile verificare la presenza di diatoni nello spessore murario data la natura invasiva dell'intervento sull'edificio che risulta attualmente ancora in uso.
Ammorsamento tra pareti ortogonali (B)
Questo tipo di indagini è volto a determinare l'efficacia dei collegamenti tra pareti ortogonali al fine di garantire il comportamento scatolare dell'edificio.
70 Particolare attenzione perciò è stata rivolta all'analisi dei cantonali e dei martelli murari.
È necessario verificare che nel caso di parete a doppio paramento, gli elementi in pietra o in laterizio siano disposti alternati lungo lo spigolo della parete in modo da interessare tutto lo spessore murario e non solo il paramento esterno.
L'area di rimozione dell'intonaco deve essere sufficientemente estesa da mettere a nudo completamente gli elementi costituenti il cantonale o il martello murario, per una lunghezza di prosecuzione di almeno 30 cm in tutte e due le direzioni dell'angolata e per un'altezza di circa 0,8÷1 m.
Nel caso di muratura listata, la cui presenza è stata riscontrata nel caso di studio, il saggio deve essere esteso per almeno due ricorsi consecutivi.
Sono stati messi a nudo gli angoli rappresentativi dell’edificio tramite la rimozione dell'intonaco sia esternamente che internamente, al fine di individuare le caratteristiche del maggior numero possibile di ammorsamenti tra pareti ortogonali. Presenza di collegamenti efficaci tra pareti e solai (C)
Con questo tipo di saggi si vuole determinare la presenza di collegamenti efficaci tra le strutture verticali e gli orizzontamenti, sia al livello dei solai che della copertura. Nel caso in cui sia presente un cordolo in calcestruzzo, si deve verificare:
• la presenza o la mancanza di armatura longitudinale e trasversale;
• l'estensione del cordolo, ovvero se interessa l'intero spessore murario e se si estende per tutto il perimetro del solaio, anche lungo i lati paralleli all'orditura dei travetti.
Per verificare la presenza di un cordolo a livello del piano terra è stato rimosso l'intonaco in corrispondenza di alcune pareti esterne.
Là dove possibile si è cercato di effettuare i saggi in corrispondenza degli angoli dell’edificio o nei punti dove si innesta una parete ortogonale al fine di limitare al minimo il numero dei saggi stessi ed ottenere indicazioni utili relativamente alle tipologie di saggi A e B esaminate in precedenza.
A livello del solaio di copertura, non sono stati necessari saggi esplorativi, essendo presenti due sottotetti ispezionabili tramite due botole.
71 Allo stesso modo, nel locale seminterrato è stato possibile constatare la presenza del cordolo in quanto tale locale risulta non intonacato.
Proprio da questo locale si sono tratte informazioni utili circa le dimensioni del cordolo in c.a.
Tipologia delle fondazioni e la loro quota d’imposta effettiva (D)
Al fine di individuare la presenza delle fondazioni e la relativa quota d’imposta, è stata prevista la realizzazione di uno scavo.
È da sottolineare che per fondazioni si intende anche il semplice aumento dello spessore murario a livello fondale.
Non è stato possibile per motivi tecnici eseguire gli scavi previsti.
Si sono tratte informazioni in merito alle fondazioni ispezionando il locale seminterrato come descritto in seguito.
Si vuole comunque sottolineare l’importanza di effettuare saggi più accurati per determinare l’effettiva tipologia di fondazione in tutto lo sviluppo dell’edificio, nonché la precisa quota d’imposta delle fondazioni.
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4.4.2. Le Murature
Da un primo sopralluogo della struttura, si è potuta notare la presenza di una muratura in pietra non intonacata, fino ad un altezza di 1,25 m per tutto il perimetro dell’edificio.
Per quanto riguarda quindi la parte soprastante della muratura risulta intonacata, è stato necessario effettuare dei saggi i cui risultati sono illustrati in seguito.
Una prima valutazione della muratura è stata effettuata accedendo al locale seminterrato, nel quale è stato possibile notare la tessitura muraria nella zona ovest in quanto, come già accennato in precedenza in questo locale le pareti non sono state intonacate.
Tale locale ha un’altezza interna di 1,75 m, e risulta interrato per 0,5 m.
Dall’ispezione visiva è stata riscontrata la presenza di una muratura realizzata con elementi sbozzati in pietra calcarea compatta, legati con malta di scarsa qualità con pezzatura irregolare (come mostrano le Fig. 4.6).
Fig. 4.6: foto del locale seminterrato adibito a locale caldaia.
Nelle pareti I1 ed I5 (Fig. 4.5) del locale seminterrato è stata riscontrata la presenza di un ricorso costituito da un filare di mattoni in laterizio pieno 25x12x5 cm. Tale ricorso (mostrato in Fig 4.7) è presente ad un’altezza di 100 cm da terra.
In fase di verifica, non potendo constatare l’effettiva presenza del ricorso su tutto lo spessore del paramento murario, queste due pareti sono state assunte come costituite da conci sbozzati in pietra calcarea senza la presenza di ricorsi.
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Fig. 4.7: foto della muratura in pietra con ricorso di due file mattoni pieni in laterizio 25x12x5
cm.
La muratura presente fino al livello del solaio posto a 1,25 m da terra, non è risultata intonacata, come mostrato dalle seguenti foto (Fig. 4.8).
Dalle aperture presenti nel locale caldaia, e da alcuni fori presenti, probabilmente per l’areazione della zona seminterrata sul perimetro dell’edificio, è stato stimato lo spessore della muratura esterna pari a 60 cm.
Fig. 4.8: foto esterne della muratura in pietra (altezza 1,25 m da terra).
La muratura risulta realizzata con elementi sbozzati in pietra calcarea compatta, con pezzatura irregolare e legati con malta di scarsa qualità.
È stato possibile valutare anche l’ammorsamento tra pareti ortogonali che non può considerarsi efficace perché la presenza di cantonali è relativa al solo paramento esterno (il paramento interno è stato osservato nel locale caldaia, unico punto accessibile del seminterrato).
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Fig. 4.9: foto della muratura in pietra (altezza 1,25 m da terra).Assenza di cantonali sul
paramento interno, presenza di elementi in pietra squadrata sul paramento esterno.
Per la muratura intonacata, presente a partire dalla quota di 1,25 m da terra, sono stati effettuati, come già spiegato in precedenza, dei saggi per l’individuazione della qualità del sistema resistente (saggi di tipo A), che vengono di seguito riportati. Tutte le pareti dell’edificio, ad eccezione dei divisori interni presenti nel locale servizi e nell’aula d’informatica, presentano uno spessore netto di 40 cm, in quanto composte da uno strato d’intonaco di 2,5 cm su ambo i lati, per uno spessore complessivo dei 45 cm.
Fig. 4.10: saggio A.1 e saggio A.3 per valutare rispettivamente la qualità del sistema resistente
della parete N1, e della parete S2.
Nel saggio A.1 si nota la presenza di un ricorso di mattoni in laterizio pieno 25x12x5 cm posto ad un altezza di 75 cm da terra.
Il saggio A.3, effettuato per valutare le caratteristiche della parete S2 che presenta 3 grandi aperture, mostra anch’esso una muratura in pietrame.
75 Le angolate di questo setto murario sono realizzate con mattoni in laterizio pieno 25x12x5 cm; inoltre questo elemento presenta i ricorsi orizzontali di mattoni sempre in laterizio pieno.
Fig. 4.11: saggio A.4 per valutare la qualità del sistema resistente della parete E1.
Il saggio A.4 di figura 4.11 mostra la tipologia di muratura della parete a destra dell’ingresso principale della scuola.
Si è voluto indagare questa parete, in quanto, come mostrano le seguenti figure, essa risulta prolungata esternamente da blocchi in pietra prefabbricati, formando un setto a sezione variabile, con altezza da terra di 7,00 m.
Fig. 4.12: foto della parete esterna E1 con particolare dei blocchi in pietra squadrata di
dimensioni 60x45x19 cm.
La parete indagata con il saggio A.4 risulta realizzata in pietra irregolare a differenza quindi del suo prolungamento esterno.
La quota del saggio, non ha permesso di evidenziare la presenza o meno di ricorsi, ma per analogia con le altre pareti indagate della zona est del fabbricato, è stato considerata ai fini del calcolo delle resistenze la loro presenza.
76 Era stato previsto un ulteriore saggio di tipo A (A.3) da realizzare sulla parete I5 nell’aula d’informatica. A causa della delicatezza delle apparecchiature presenti in tale aula, ed alle difficoltà connesse alla loro rimozione, il saggio non è stato effettuato; pertanto per la parete I5 si sono assunte le medesime caratteristiche delle altre pareti indagate.
Si è pertanto riscontrato in tutto l’edificio, la presenza dello stesso tipo di muratura, ossia muratura realizzata con elementi sbozzati in pietra calcarea compatta, legati con malta di scarsa qualità con pezzatura irregolare, con ricorsi di mattoni pieni in laterizio 25x12x5 cm.
L’unica eccezione riguarda la muratura presente nel sottofinestra, che è stata individuata attraverso un piccolo scasso in una parete esterna effettuato per la messa a terra dell’impianto elettrico della scuola, quindi già presente al momento della nostra ispezione (Fig. 4.13).
Fig. 4.13: foto della parete esterna del prospetto frontale, con particolare del sottofinestra
realizzato in muratura di mattoni pieni in laterizio.
Le immagini mostrano che i sottofinestra presenti nell’edificio, sono realizzati con mattoni pieni in laterizio di dimensioni 25x12x5 cm, formando uno spessore di 20 cm comprensivo di intonaco.
I saggi volti all’individuazione di un corretto ammorsamento tra le pareti ortogonali e quelli volti ad individuare collegamenti efficaci tra pareti e solai, che verranno descritti in seguito, hanno fornito indicazioni importanti anche per l’individuazione del sistema resistente e quindi sulle tipologie di muratura presenti nell’edificio. Per verificare l’efficacia dell’ammorsamento tra pareti ortogonali, sono stati effettuati saggi di tipo B.
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Fig. 4.14: foto dei saggi B.1 e B.2 realizzati negli angoli esterni della zona ovest dell’edificio
(cantonali delle pareti O1-S1 e O2-S2). Presenza di cantonali esterni realizzati in mattoni di laterizio pieno 25x12x5 cm.
Fig. 4.15: foto dei saggi B.3 e B.4 realizzati negli angoli esterni della zona nord e della zona est
dell’edificio (cantonali delle pareti N2-E1 e N3-E2). Presenza di cantonali esterni realizzati in blocchi di pietra squadrata.
78 È stato possibile notare che nella zona ovest della scuola, i cantonali esterni sono stati realizzati con mattoni in laterizio pieno 25x12x5 cm, mentre i cantonali esterni della zona est e della zona nord sono stati realizzati con grossi blocchi squadrati di pietra.
In tutti e quattro i saggi esterni di tipo B, si nota la presenza di un ricorso di mattoni in laterizio pieno 25x12x5 cm posti alla base della muratura.
Per verificare l’effettiva capacità di ammorsamento, sono stati eseguiti saggi di tipo B anche sulla parte interna degli angoli delle pareti (Fig. 4.16 e 4.17).
Fig. 4.16: foto dei saggi B.1 e B.2 realizzati negli angoli esterni della zona ovest dell’edifici
(ammorsamento delle pareti O1-S1 e O2-S2). Assenza di cantonali d’angolo sul paramento interno.
Fig. 4.17: foto dei saggi B.3 e B.4 realizzati negli angoli interni della zona nord e della zona est
dell’edificio (ammorsamento delle pareti N2-E1 e N3-E2). Assenza di cantonali d’angolo sul paramento interno.
L’assenza dei cantonali d’angolo sui paramenti interni delle pareti indagate comporta l’inefficacia degli ammorsamenti tra pareti ortogonali, nonostante esternamente gli
79 elementi in pietra e i mattoni disposti in maniera sfalsata creino una buona connessione fra i maschi murari collegati.
Inoltre dai saggi negli angoli interni è stata riscontrata la presenza di una doppia fila di ricorsi di mattoni in laterizio pieno, presenti su tutte le pareti dell’edificio ad un altezza da terra di 165 cm.
Con lo scopo di valutare il grado di connessione tra pareti ortogonali, ma non d’angolo, e allo stesso tempo per verificare la presenza di collegamenti efficaci tra pareti e solai, sono stati effettuati saggi di tipo C.
Fig. 4.18: foto dei saggi C.1 rispettivamente sul lato esterno e sul lato interno della parete N2.
Assenza di cantonali sul paramento interno.
Fig. 4.19: foto del saggio C.2 sul lato esterno della parete E2. Presenza di un ricorso di mattoni
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Fig. 4.20: foto dei saggi C.3 rispettivamente sul lato esterno e sul lato interno della parete O1.
Assenza di cantonali sul paramento interno.
Come mostrato dalle immagini è possibile notare l’assenza di cantonali sui paramenti interni dell’edificio.
Inoltre dai saggi sui paramenti esterni, si nota la presenza di un ricorso di mattoni in laterizio pieno posti alla base della muratura.
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4.4.3. I Cordoli in c.a.
Le seguenti foto mostrano la presenza di cordoli in c.a. nel sottotetto della copertura della falda dell’edificio rivolta a nord.
Fig. 4.21: foto del solaio di sottocopertura della falda nord dell’edificio; in rosso sono
evidenziati i cordoli in c.a. presenti rispettivamente sulla parete N2 e nell’angolo delle pareti O2-N1.
Fig. 4.22: foto del solaio di copertura della falda nord dell’edificio; in rosso è evidenziato il
cordolo in c.a. sulla parete N1.
La presenza dei cordoli è stata constatata anche attraverso alcuni saggi esterni effettuati sulla superficie esterna della muratura a livello del solaio del piano terra di seguito riportati.
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Fig. 4.23: foto di due saggi effettuati sul paramento esterno della muratura; in rosso sono
evidenziati i cordoli in c.a. a livello del solaio del piano terra.
In base alle considerazioni sopra riportate è stato possibile stimare l’altezza del cordolo in 20 cm, mentre si è assunta come larghezza, la larghezza del muro, ovvero 40 cm.
In fase di modellazione si è assunta la presenza dei cordoli sia al livello del solaio del piano terra che al livello del solaio di sottocopertura in corrispondenza di tutti i muri dell’edificio.
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4.4.4. I Solai
Non è stato possibile effettuare saggi sui solai presenti nella struttura oggetto d’analisi al fine di determinarne la tipologia costruttiva a causa dell’occupazione quotidiana della struttura a fini scolastici.
Tuttavia è stato possibile ispezionare, grazie alla presenza di una botola (presente nel locale servizi igienici), il sottotetto della copertura situata nella zona nord ricavando importanti informazioni riguardo al solaio di sottocopertura.
Le seguenti foto mostrano la composizione e l’orditura del solaio ispezionato.
Fig. 4.24: foto del solaio di sottocopertura della zona nord dell’edificio, realizzato in travetti in
laterizio armato e tavelle, senza soletta.
In base a quanto appreso dal programma VSM della Regione Toscana, questa tipologia di solaio era spesso utilizzata per la realizzazione di controsoffitti pesanti. I travetti prefabbricati tipo “SAP” sono composti da travi in laterizio armato che potevano essere anche confezionate a piè d’opera, tra cui sono interposte delle tavelle in laterizio forato.
Solai di questo tipo denotano un’elevata fragilità, e a causa della mancanza della soletta, una elevata deformabilità nel proprio piano.
Il solaio di sottocopertura ispezionato, presenta i travetti in laterizio armato di dimensioni 20x20 cm posti ad un interasse di 1,00 m e tavelle in laterizio forato di dimensioni 80x25x6 cm.
Non è stato possibile accedere al sottotetto della copertura a capanna nel lato sud-ovest in quanto la relativa botola collocata nell’aula d’informatica è risultata di difficile accesso.
84 Si è deciso pertanto, in sede di analisi, di considerare una tipologia costruttiva di solaio di sottocopertura analoga a quella presente nella zona nord dell’edificio anche per le porzioni di sottotetto non ispezionate.
In virtù di tali considerazioni, si consigliano ulteriori saggi volti sui solai al fine di determinarne l’effettiva tipologia data la loro importanza in termini di vulnerabilità sismica per gli edifici esistenti.
L’orditura dei solai di sottocopertura è mostrata nella seguente figura.
Fig. 4.25: pianta dell’orditura dei solai di sottocopertura della scuola elementare di Filetto. Per quanto riguarda il solaio del piano terra, l’unica informazione che siamo stati in grado di ricavare riguarda lo spessore, che è stato valutato in 20 cm.
Da questo dato, e dalle informazioni raccolte su altre scuole edificate nel Comune in epoche più o meno simili, si è assunto un solaio in latero-cemento 12+4 cm con sottofondo in calcestruzzo alleggerito di 4 cm.
Si riporta di seguito l’orditura del solaio del piano terra ricavata indirettamente con considerazioni sulle luci in gioco ed in analogia con quanto osservato sul sovrastante solaio di sottocopertura, data l’impossibilità di effettuare saggi in situ su tale solaio.
85 Fig. 4.26: pianta dell’orditura dei solai del piano terra della scuola elementare di Filetto.
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4.4.5. Le Coperture
Come già spiegato nel paragrafo precedente, l’ispezione della copertura è avvenuta unicamente per la falda dell’edificio rivolta a nord.
Dall’indagine visiva, si è potuto constatare un discreto stato di conservazione della copertura come mostrato dalle seguenti immagini.
Fig. 4.27: foto del solaio copertura della falda a nord dell’edificio, realizzato in travetti di
calcestruzzo e tavelle, senza soletta.
Il solaio di copertura, in analogia con quello orizzontale di sottocopertura, è costituito da travetti in laterizio armato tipo SAP con interposte tavelle in laterizio forato.
I travetti hanno dimensioni di 20x20 cm con un interasse di 1,00 m e tavelle in laterizio forato di dimensioni 80x25x6 cm.
Le tegole in cotto, alla marsigliese, sono poggiate direttamente sui tavelloni.
Non è stato possibile accedere al sottotetto della copertura a capanna per i motivi indicati nel paragrafo precedente.
Si è deciso pertanto, in sede di analisi, di considerare una tipologia costruttiva di solaio di copertura analoga a quella impiegata nella falda nord dell’edificio anche per le porzioni di sottotetto non ispezionate, ovvero il tetto a capanna rivolto a sud-ovest e il tetto ad una falda rivolto ad est.
Per quanto riguarda invece la copertura dell’atrio centrale, anch’essa non indagata direttamente, si è assunto, in analogia con il solaio del piano terra, che questa sia realizzata con un solaio in latero-cemento con pignatte e getto di completamento di altezza 12 + 4 cm.
87 Questa assunzione è giustificata dalle notevoli luci in gioco (7,30 m), e dallo spessore totale del solaio di copertura stesso
L’orditura è riportata nella seguente figura, insieme a quella delle altre falde di copertura.
I manti di copertura, in tegole marsigliesi, sono i medesimi per tutte le falde presenti nell’edificio.
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4.4.6. Le Fondazioni
Non è stato possibile eseguire saggi per individuare la tipologia di fondazioni, e per determinare con esattezza la loro quota d’imposta.
Tuttavia è stato possibile trarre informazioni importanti circa la tipologia di fondazione in quanto è stato ispezionato il locale seminterrato.
Le seguenti foto mostrano la presenza di un cordolo in c.a. di altezza pari a 20 cm posto al di sotto della muratura in pietra lungo tutto il perimetro del locale.
Fig. 4.29: foto del locale seminterrato. Presenza di un cordolo in c.a. lungo il perimetro di base
della muratura.
Fig. 4.30: foto del locale seminterrato. Presenza di un cordolo perimetrale in c.a..
Ai fini del calcolo è stata quindi considerata una quota d’imposta della fondazione di -0,5 m dal livello del terreno.
Inoltre è stata considerata la presenza del cordolo ispezionato sopra descritto di altezza 20 cm e di larghezza pari allo spessore dei muri sovrastanti, ovvero 60 cm, al di sotto di tutti i muri dell’edificio.
89 Risulta tuttavia indispensabile dover rimarcare la necessità di esecuzione di saggi più approfonditi in situ volti ad eliminare o quantomeno a ridurre le incertezze legate alla tipologia di fondazione ed alla conseguente interazione terreno-struttura.
90
4.5. Livelli di conoscenza e fattori di confidenza
Sulla base degli approfondimenti effettuati nelle fasi conoscitive riportate in precedenza, la Norma prescrive l’individuazione dei “livelli di conoscenza” dei diversi parametri coinvolti nel modello (geometria, dettagli costruttivi e materiali), e dei relativi “fattori di confidenza”, da utilizzare come ulteriori coefficienti parziali di sicurezza che tengono conto delle carenze nella conoscenza dei parametri del modello.
Nell’appendice C8A della Circolare applicativa troviamo le indicazioni per la stima del livelli di conoscenza e dei fattori di confidenza.
La stima dei livelli di conoscenza è funzione di tre aspetti principali: • geometria;
• dettagli costruttivi; • proprietà dei materiali;
che vengono di seguito analizzati singolarmente. Geometria16
La conoscenza della geometria strutturale di edifici esistenti in muratura deriva di regola dalle operazioni di rilievo. Tali operazioni comprendono il rilievo, piano per piano, di tutti gli elementi in muratura, incluse eventuali nicchie, cavità, canne fumarie, il rilievo delle volte (spessore e profilo), dei solai e della copertura (tipologia e orditura), delle scale (tipologia strutturale), l’individuazione dei carichi gravanti su ogni elemento di parete e la tipologia delle fondazioni. La rappresentazione dei risultati del rilevo viene effettuata attraverso piante, alzati e sezioni già riportate nel paragrafo 4.3 del presente lavoro di tesi.
Deve essere inoltre rilevato e rappresentato l’eventuale quadro fessurativo, classificando possibilmente ciascuna lesione secondo la tipologia del meccanismo associato (distacco, rotazione, scorrimento, spostamenti fuori del piano, etc.), e deformativo (evidenti fuori piombo, rigonfiamenti, depressioni nelle volte, etc.). La finalità è di consentire, nella successiva fase diagnostica, l’individuazione dell’origine e delle possibili evoluzioni delle problematiche strutturali dell’edificio.
91 Dettagli costruttivi17
I dettagli costruttivi da esaminare sono relativi ai seguenti elementi: a. qualità del collegamento tra pareti verticali;
b. qualità del collegamento tra orizzontamenti e pareti ed eventuale presenza di cordoli di piano o di altri dispositivi di collegamento;
c. esistenza di architravi strutturalmente efficienti al di sopra delle aperture; d. presenza di elementi strutturalmente efficienti atti ad eliminare le spinte
eventualmente presenti;
e. presenza di elementi, anche non strutturali, ad elevata vulnerabilità;
f. tipologia della muratura (a un paramento, a due o più paramenti, con o senza riempimento a sacco, con o senza collegamenti trasversali, etc.), e sue caratteristiche costruttive (eseguita in mattoni o in pietra, regolare, irregolare, etc.).
Sulla base dell’entità del rilievo dei dettagli costruttivi la Norma distingue in: • Verifiche in situ limitate:
sono basate su rilievi di tipo visivo effettuati ricorrendo, generalmente, a rimozione dell'intonaco e saggi nella muratura che consentano di esaminarne le caratteristiche sia in superficie che nello spessore murario, e di ammorsamento tra muri ortogonali e dei solai nelle pareti. I dettagli costruttivi di cui ai punti a) e b) possono essere valutati anche sulla base di una conoscenza appropriata delle tipologie dei solai e della muratura. In assenza di un rilievo diretto, o di dati sufficientemente attendibili, è opportuno assumere, nelle successive fasi di modellazione, analisi e verifiche, le ipotesi più cautelative.
• Verifiche in situ estese ed esaustive:
sono basate su rilievi di tipo visivo, effettuati ricorrendo, generalmente, a saggi nella muratura che consentano di esaminarne le caratteristiche sia in superficie che nello spessore murario, e di ammorsamento tra muri ortogonali e dei solai nelle pareti. L’esame degli elementi di cui ai punti da a) ad f) è opportuno sia esteso in modo sistematico all’intero edificio.
92 Proprietà dei materiali18
Particolare attenzione è riservata alla valutazione della qualità muraria, con riferimento agli aspetti legati al rispetto o meno della “regola dell’arte”.
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 dalle NTC.
Di particolare importanza risulta la presenza o meno di elementi di collegamento trasversali (es. diatoni), la forma, tipologia e dimensione degli elementi, la tessitura, l’orizzontalità delle giaciture, il regolare sfalsamento dei giunti, la qualità e consistenza della malta.
Di rilievo risulta anche la caratterizzazione di malte (tipo di legante, tipo di aggregato, rapporto legante/aggregato, livello di carbonatazione), e di pietre e/o mattoni (caratteristiche fisiche e meccaniche) mediante prove sperimentali.
In merito alla caratterizzazione dei materiali la Norma distingue tra tre diversi livelli di indagine in situ:
• Indagini in situ limitate:
servono a completare le informazioni sulle proprietà dei materiali ottenute dalla letteratura, o dalle regole in vigore all’epoca della costruzione, e per individuare la tipologia della muratura (in Tabella C8A.2.1 sono riportate alcune tipologie più ricorrenti). Sono basate su esami visivi della superficie muraria. Tali esami visivi sono condotti dopo la rimozione di una zona di intonaco di almeno 1m x 1m, al fine di individuare forma e dimensione dei blocchi di cui è costituita, eseguita preferibilmente in corrispondenza degli angoli, al fine di verificare anche le ammorsature tra le pareti murarie. E’ da valutare, anche in maniera approssimata, la compattezza della malta. Importante è anche valutare la capacità degli elementi murari di assumere un comportamento monolitico in presenza delle azioni, tenendo conto della qualità della connessione interna e trasversale attraverso saggi localizzati, che interessino lo spessore murario.
93 • Indagini in situ estese:
le indagini di cui al punto precedente sono effettuate in maniera estesa e sistematica, con saggi superficiali ed interni per ogni tipo di muratura presente. Prove con martinetto piatto doppio e prove di caratterizzazione della malta (tipo di legante, tipo di aggregato, rapporto legante/aggregato, etc.), e eventualmente di pietre e/o mattoni (caratteristiche fisiche e meccaniche) consentono di individuare la tipologia della muratura (si veda la Tabella C8A.2.1 per le tipologie più ricorrenti). È opportuna una prova per ogni tipo di muratura presente. Metodi di prova non distruttivi (prove soniche, prove sclerometriche, penetrometriche per la malta, etc.) possono essere impiegati a complemento delle prove richieste. Qualora esista una chiara, comprovata corrispondenza tipologica per materiali, pezzatura dei conci, dettagli costruttivi, in sostituzione delle prove sulla costruzione oggetto di studio possono essere utilizzate prove eseguite su altre costruzioni presenti nella stessa zona.
• Indagini in situ esaustive:
servono per ottenere informazioni quantitative sulla resistenza del materiale. In aggiunta alle verifiche visive,ai saggi interni ed alle prove di cui ai punti precedenti, si effettua una ulteriore serie di prove sperimentali che, per numero e qualità, siano tali da consentire di valutare le caratteristiche meccaniche della muratura. La misura delle caratteristiche meccaniche della muratura si ottiene mediante esecuzione di prove, in situ o in laboratorio (su elementi non disturbati prelevati dalle strutture dell’edificio). Le prove possono in generale comprendere prove di compressione diagonale su pannelli o prove combinate di compressione verticale e taglio. Metodi di prova non distruttivi possono essere impiegati in combinazione, ma non in completa sostituzione di quelli sopra descritti. Qualora esista una chiara, comprovata corrispondenza tipologica per materiali, pezzatura dei conci, dettagli costruttivi, in sostituzione delle prove sulla costruzione oggetto di studio possono essere utilizzate prove eseguite su altre costruzioni presenti nella stessa zona.
Con riferimento al livello di conoscenza acquisito, si possono definire i valori medi dei parametri meccanici ed i fattori di confidenza secondo quanto segue:
94 • il livello di conoscenza LC3 si intende raggiunto quando siano stati effettuati il rilievo geometrico, verifiche in situ estese ed esaustive sui dettagli costruttivi, indagini in situ esaustive sulle proprietà dei materiali; il corrispondente fattore di confidenza è FC = 1;
• il livello di conoscenza LC2 si intende raggiunto quando siano stati effettuati il rilievo geometrico, verifiche in situ estese ed esaustive sui dettagli costruttivi ed indagini in situ estese sulle proprietà dei materiali; il corrispondente fattore di confidenza è FC = 1.2;
• il livello di conoscenza LC1 si intende raggiunto quando siano stati effettuati il rilievo geometrico, verifiche in situ limitate sui dettagli costruttivi ed indagini in situ limitate sulle proprietà dei materiali; il corrispondente fattore di confidenza è FC = 1.35.
La seguente tabella mostra un quadro riassuntivo di quanto sopra citato.
Tabella 4.1: stralcio della Tabella C8A.1.1 della C.M. 2 Febbraio 2009 – Livelli di conoscenza
in funzione dell’informazione disponibile e conseguenti valori dei fattori di confidenza per edifici in muratura LC Geometria Dettagli costruttivi Proprietà dei materiali Metodi di analisi FC
LC1 volte, solai, scale. Rilievo muratura, Individuazione carichi gravanti su ogni elemento di parete. Individuazione tipologia fondazioni. Rilievo eventuale quadro fessurativo e deformativo. Verifiche in situ limitate Indagini in situ limitate Tutti 1,35 LC2 Verifiche in situ estese ed esaustive Indagini in situ estese 1,20 LC3 Indagini in situ esaustive 1,00
In base al rilievo geometrico-strutturale e ai saggi effettuati in situ descritti in precedenza, si è potuto assumere per il caso di studio un livello di conoscenza LC2. Non è stato possibile eseguire prove per la caratterizzazione meccanica delle tipologie di muratura presenti nell’edificio oggetto di analisi, e quindi non si è giunti al massimo livello di conoscenza.
95 Avendo quindi raggiunto il livello di conoscenza LC2, il fattore di confidenza da assumere è pari a 1,20, che comporta in sede di verifica un abbattimento del 20% delle resistenze di progetto dei materiali.
Inoltre si devono assumere i seguenti valori medi dei parametri meccanici:
Resistenze: medie degli intervalli riportati in Tabella C8A.2.1 per la tipologia muraria in considerazione;
