Analisi preliminare della vulnerabilità sismica e valutazione del comfort acustico della scuola elementare di Villafranca in Lunigiana

UNIVERSITÀ DI PISA

FACOLTÀ DI INGEGNERIA

Corso di Laurea Specialistica in Ingegneria Edile

ANNO ACCADEMICO 2009 – 2010

Tesi di Laurea

Analisi preliminare della vulnerabilità sismica

e valutazione del comfort acustico della scuola

elementare di Villafranca in Lunigiana

Alice Mannari

Relatori:

Prof. W. Salvatore

Prof. F. Leccese

Ing. S. Caprili

Ing. G. Salvadori

Arch. N. Signorini

Per il loro contributo alla presente tesi si ringraziano il Comune di

Villafranca in Lunigiana e la Regione Toscana, in particolare l'Arch. Nicola

Signorini, il Sindaco Ing. Pietro Cerutti e l'Arch. Fabrizio Boni.

INDICE GENERALE

1 Introduzione...7

2 Descrizione del caso di studio...9

2.1 Il comune di Villafranca in Lunigiana...9

2.1.1 Le vicende storiche...10

2.1.2 Lo sviluppo urbanistico...12

2.2 La scuola elementare di Villafranca in Lunigiana...18

Parte I: analisi preliminare di vulnerabilità sismica

3.1 Il rischio sismico...25

3.2 Zone sismogenetiche e sismicità in Italia...25

3.3 La sismicità in Lunigiana...29

3.3.1 I terremoti storici in Lunigiana...30

3.4 La classificazione sismica della Toscana...32

4 La vulnerabilità sismica degli edifici in muratura...37

4.1 Il comportamento scatolare...38

4.1.1 Collegamenti tra strutture verticali...39

4.1.2 Collegamenti tra strutture verticali e orizzontamenti...41

4.1.3 Comportamento a diaframma dei solai...42

4.1.4 Le coperture...43

4.2 La qualità delle murature...44

4.3 Regolarità in pianta e in altezza...46

5 Indagini in opera sulle strutture portanti...48

5.1 La normativa italiana di riferimento...48

5.2 Rilievo geometrico e individuazione degli elementi di criticità...51

5.3 Scelta dei saggi e metodologia di esecuzione...52

5.3.1 Ammorsamento tra pareti ortogonali (A)...54

5.3.2 Qualità del sistema resistente (B)...55

5.3.3 Presenza di collegamenti efficaci tra pareti e orizzontamenti (C)...55

5.3.4 Tipologia disposizione delle fondazioni (D)...56

5.4 Le strutture verticali...56

5.5 I solai...62

5.7 Le fondazioni...68

6 Modellazione ed analisi della struttura...70

6.1 Scelta del tipo di analisi...70

6.2 Definizione del modello numerico...71

6.3 Caratterizzazione meccanica dei materiali...75

6.3.1 Le murature...75

6.3.2 Travi e pilastri in muratura...79

6.3.3 Travi e cordoli in cemento armato...80

6.4 Analisi dei carichi...81

6.4.1 Carichi permanenti...81

6.4.2 Carichi di esercizio...87

6.4.3 Azione del vento...88

6.4.4 Il carico neve...92

6.4.5 L'azione sismica...95

6.4.6 Effetti di eccentricità accidentale...105

6.5 Combinazioni di carico...107

6.6 Risultati dell'analisi modale...109

7 I risultati della modellazione e le verifiche...112

7.1 Verifiche degli elementi in muratura...112

7.1.1 Le resistenze di progetto...113

7.1.2 Verifiche a pressoflessione nel piano...115

7.1.3 Verifica a pressoflessione fuori dal piano...120

7.1.4 Verifiche a taglio...128

7.1.5 Considerazioni sugli elementi in calcestruzzo...130

7.1.6 Travetti dei solai di interpiano...131

7.1.7 Travetti del solaio di copertura...132

7.1.8 Trave di colmo superiore e trave di compluvio...133

7.1.9 Trave di colmo inferiore...134

Parte II: analisi del comfort acustico

8.1 Inquadramento generale delle normativa italiana in materia...136

8.1.1 Legge Quadro 447/1995...136

8.1.3 La normativa regionale...139

8.1.4 Normativa sull'edilizia scolastica: D.M. 18/12/1975...141

8.2 Normativa Tecnica...142

8.2.1 UNI 11367:2010...143

8.2.2 Serie UNI EN ISO 140...149

8.2.3 Serie UNI EN ISO 717...152

8.2.4 UNI EN 12354...156

8.2.5 Considerazioni e confronto tra normative...163

8.3 Definizione delle grandezze che caratterizzano i requisiti acustici passivi...165

8.3.1 Grandezze relative all'isolamento acustico per via aerea...165

8.3.2 Grandezze relative all'isolamento acustico per via aerea di facciata...168

8.3.3 Grandezze relative all'isolamento dal rumore di calpestio dei solai...169

9 Calcoli previsionali...170

9.1 Scelta e descrizione delle partizioni analizzate...170

9.2 Isolamento acustico per via aerea...175

9.2.1 Isolamento acustico di facciata...177

9.2.2 Isolamento dal rumore di calpestio...178

9.2.3 Tempo di riverberazione delle aule...180

10 Misure in opera...182

10.1 Caratteristiche della strumentazione...182

10.1.1 Fonometro – Tipo 2250, Brüel & Kjær...182

10.1.2 Sorgente omnidirezionale – Tipo 4292, Brüel & Kjær...183

10.1.3 Amplificatore – Tipo 2734-A, Brüel & Kjær...184

10.1.4 Generatore di calpestio – Tipo 3207, Brüel & Kjær...185

10.2 Scelta delle partizioni sottoposte a prova...186

10.3 Prove sull'isolamento acustico per via aerea...188

10.3.1 Parete divisoria tra le aule 7 e 8 (1.A)...188

10.3.2 Parete divisoria tra l'aula 7 e il corridoio (1.B)...195

10.3.3 Parete divisoria tra l'aula 6 e l'aula 7 (1.C)...199

10.3.4 Parete divisoria tra l'aula 4 e l'aula 5 (1.D)...203

10.3.5 Solaio divisorio tra l'aula 7 e l'aula 2 (1.E)...208

10.4 Prove sull'isolamento acustico di facciata...212

10.4.1 Facciata dell'aula 7 (2.A)...212

10.5 Prove sull'isolamento dal rumore di calpestio...222 10.5.1 Solaio divisorio tra l'aula 7 e l'aula 2 (3.A)...222 10.6 Misure extra normativa...226 10.6.1 Isolamento acustico per via aerea tra l'aula 5 e l'aula di educazione motoria (1.F)...226 10.6.2 Isolamento dal rumore di calpestio tra l'aula 7 e l'aula 6 (3.B)...229 10.6.3 Isolamento dal rumore di calpestio tra l'aula 5 e l'aula di educazione motoria (3.C)...230 10.7 Valutazione della qualità acustica dell'aula 7...232

11 Conclusioni...236 Allegati