5. Il caso di studio: Analisi dei carichi e della struttura
5.1. Carichi verticali
I carichi verticali da considerare nel modello della struttura sono: • peso proprio;
• carico permanente; • carico accidentale; • carico neve.
Il peso proprio della struttura viene computato automaticamente dal programma di calcolo una volta nota la geometria della sezione di ogni elemento e il peso specifico.
Il primo aspetto, la geometria, è noto ed in ogni caso necessario per la schematizzazione del modello a telaio equivalente della struttura; il peso proprio della muratura, in caso di costruzioni esistenti, è un dato di non semplice interpretazione, anche perché nella gran parte dei casi è impensabile rimuovere una porzione rilevante di muratura ed effettuare prove. In questi casi, ovvero anche nel nostro, si ricorre alla stessa tabella di normativa che fornisce, in base al tipo di muratura, le caratteristiche meccaniche e il peso specifico. L’edicio in esame è composto da tre diversi tipi di materiali:
- muratura in pietra;
- muratura in laterizio pieno;
- cordoli e travi in calcestruzzo armato.
Per i primi due materiali si fa riferimento alla Tabella C8A.2.1 dell NTC2008 (vedi Tab.2). Dall’indagine visiva si evince la qualità estremamente scadente della muratura, per cui si è deciso di far riferimento alla categoria riportata in tabella con i valori peggiori:
Il peso specifico utilizzato è quindi: Tabella 5 - PEsi specifici considerati
materiale peso specifico
Muratura in pietra w = 19,00 kN/m3
Muratura in laterizio pieno w = 18,00 kN/m3
Il carico permanente è costituito da tutto ciò che grava sulle strutture verticali: - solai (finiti); - copertura; - solaio in aggetto; - scale; - tramezzi.
Non conoscendo con precisione la composizione di questi elementi si è cercato di raccogliere il maggior numero di elementi durante le operazioni di rilievo per poter fare delle ipotesi il più possibile realistiche.
Il solaio di interpiano è in latero-cemento, con uno spessore complessivo di 33 cm e pavimento in graniglia, mentre quello del sottotetto è in longarine e tavelloni di un metro, con rinfianco superiore in malta ed uno spessore complessivo di 10 cm circa.
Strato Spessore [m] Peso [kN/m2]
Pavimento in graniglia 0,02 0,6
Malta di allettamento 0,05 0,9
Solaio in latero-cemento 0,20+0,04 3,0
Intonaco 0,02 0,4
Complessivi 0,33 4,9
La copertura del complesso originale presenta una tipologia classica, con struttura in latero-cemento, sovrastante impermeabilizzazione e manto in coppi ed embrici in cemento.
Strato Spessore [m] Peso [kN/m2]
Manto di copertura -- 0,6
Impermeabilizzazione -- 0,03
Solaio in latero-cemento 20+4 3,0
Intonaco 0,02 0,4
Complessivi 0,26 4,03
La porzione di solaio in aggetto è composto da una soletta in calcestruzzo armato ad altezza variabile (da 0,08 m a 0,26 m), sovrastante malta di allettamento e pavimentazione in graniglia.
Strato Spessore [m] Peso [kN/m2]
Pavimento in graniglia 0,02 0,6
Malta di allettamento 0,05 0,9
Soletta in c.a. 0,17 4,25
Complessivi -- 5,75
Il peso delle scale è stato stimato singolarmente per gradino (in marmo) e pianerottoli (in c.a.) ed applicato poi in fase di modellazione alla parete cui sono incastrati.
I gradini sono tutti molto simili, con sezione 16 x 30 cm, mentre la larghezza delle rampe è di 1,60 m.
Le solette della scala e dei pianerottoli hanno spessore di 10 cm. Nel dettaglio, per le due rampe si ha:
- 1° rampa:
singolo gradino 0,0232 m2 x 1,60 m x 25,00 kN/m3 + 0,45 m x 1,60 m x 0,03 m = 1,4464 kN soletta (1,54 m + 4,25 m) x 1,60 m x 0,10 m x 25,00 kN/m3 = 23,16 kN
Peso complessivo rampa n.12 gradini x 1,4464 kN + 23,16 kN = 40,52 kN
- 2° rampa:
singolo gradino 0,0232 m2 x 1,60 m x 25,00 kN/m3 + 0,45 m x 1,60 m x 0,03 m = 1,4464 kN soletta (1,54 m + 2,36 m) x 1,60 m x 0,10 m x 25,00 kN/m3 = 15,60 kN
Peso complessivo rampa n.7 gradini x 1,4464 kN + 15,60 kN = 25,72 kN
I tramezzi presentano uno spessore di circa 10 cm e sono in laterizio forato.
Il peso dei tramezzi è stato convertito come carico distribuito sul solaio secondo quando riportato in normativa al § 3.1.3.1
Tramezzi
Peso specifico Spessore Altezza Peso lineare Carico sul solaio
1,1 kN/m2 0,1 3,0 m 3,3 kN/m 1,6 kN/m2
Il carico accidentale per le scuole è tabellato in normativa al § 3.1.4 e vale: qk = 3,00 kN / m2
Il carico neve è stato calcolato secondo la procedura riportata al § 3.4 delle NTC: !! = !!∙ !!"∙ !! ∙ !! (espressione 3.3.7 NTC2008) dove:
µ1 è il coefficiente di forma della copertura ed è dato in
funzione dell’inclinazione della copertura sul’orizzontale;
Figura 157 - Coefficienti di forma per il carico neve (Tab. 3.4.II NTC2008 e Fig. C3.4.I)
qsk [kN/m2] è il valore caratteristico di riferimento del carico neve al
suolo, dato in base alle condizioni locali di clima e di esposizione, considerata la variabilità delle precipitazioni nevose da zona a zona. L’edificio sorge a Montieri, in Zona III, con un’altitudine as = 704 m < 200 m.
Figura 159 - Zone di carico neve (Fig. 3.4.I dell NTC2008)
Tabella 8 - Valori di CE per le diverse classi di topografia (Tab. 3.4.I delle NTC2008)
Ct è il coefficiente termico, per tenere di conto della riduzione
del carico neve a causa dello scioglimento della stessa, causata dalla perdita di calore della costruzione.
adottando i parametri seguenti: - α = 18° - µ1 = 0,8 - Zona III - as : 704 m s.l.m. - qsk = 1,60 kN/m2 - CE = 1,0 - Ct = 1,0
si ottiene il seguente valore del carico provocato dalla neve sulla copertura: qs =1,28kN/m2
5.2. Azioni orizzontali
Le azioni orizzontali considerate nel modello sono: - azione del vento;
- azione del sisma. Azione del vento
Il vento, la cui direzione si considera generalmente orizzontale, esercita sulle costruzioni azioni che variano nel tempo e nello spazio provocando effetti dinamici. Per le costruzioni usuali tali azioni sono convenzionalmente ricondotte ad azioni statiche equivalenti
La pressione esercitata dal vento è data da:
p = qb ce cp cd (espressione 3.3.2 delle NTC2008) dove:
qb è la pressione cinetica di riferimento, di cui al § 3.3.6 delle NTC2008;
ce è il coefficiente di esposizione, di cui al § 3.3.7 delle NTC2008;
cp è il coefficiente di forma (o coefficiente aerodinamico), in funzione della geometria
della costruzione e del suo orientamento rispetto alla direzione del vento;
cd è il coefficiente dinamico con cui si tiene conto degli effetti riduttivi associati alla
non contemporaneità delle massime pressioni locali e degli effetti amplificativi dovuti alle vibrazioni strutturali, di cui al § 3.3.7 delle NTC2008.
La pressione cinetica di riferimento, qb (in N/m2) è data dall’espressione:
con:
ρ è la densità dell’aria assunta convenzionalmente costante e pari a 1,25 kg/m3 vb è la velocità di riferimento del vento data in funzione della località. Rappresenta
il valore caratteristico della velocità del vento a 10m dal suolo su un terreno di categoria di esposizione II, mediata su 10 minuti e riferita ad un periodo di ritorno di 50 anni. Tale valore può essere assunto:
vb = vb,0 per as ≤ a0
vb = vb,0 + ka (as-a0) per a0 < as < 1500 m
e
vb,0 , a0 , ka sono dati in funzione della regione in cui sorge la costruzione
qb=
1 2! vb
Tabella 9 - Valori dei parametri vb,0 a0 ka (Tab. 3.3.I delle NTC2008)
Figura 160 - Mappa delle zone in cui è suddiviso il territorio italiano (Fig. 3.3.1 delle NTC2008) pertanto in base alla località di realizzazione della struttura si ha:
vb = 27 m/s + 0,020 (704 m s.l.m. – 500 m s.l.m.) = 31,08 m/s
qb = 0,5 1,25 kg/m3 31,082 m/s = 603,729 N/m2
Il coefficiente di esposizione, ce, dipende dall’altezza z sul suolo del punto considerato, dalla topografia del terreno, e dalla categoria di esposizione del sito ove sorge la
ce(z) = kr2 ct ln (z/Z0) [7+ct ln (z/z0) per z≥zmin
ce(z) = ce(zmin) per z<zmin
e
kr z0 zmin sono assegati in funzione della categoria di esposizione del sito dove sorge la
costruzione, una volta definita la classe di rugosità del terreno e la posizione dell’edificio.
Per la loro determinazione occorre in primo luogo individuare la classe di rugosità del terreno.
Si è scelta una classe di rugosità C in quanto la costruzione, come si può vedere da alcune delle foto, è isolata ma circondata in modo diffuso da alberi molto alti ed altre costruzioni a breve distanza su tre lati.
Tabella 10 - Classi di rugosità del terreno (Tab. 3.3.III delle NTC2008)
Successivamente, partendo dalla classe di rugosità del terreno precedentemente individuata, ed in funzione della distanza dalla costa del luogo di ubicazione dell’edificio, >30 km, si va ad individuare la classe di esposizione dell’edificio.
Figura 161 - Definizione delle categorie di esposizione (Fig. 3.3.2 delle NTC2008)
Infine in base alla classe di esposizione dell’edificio si determinano i valori di kr z0 zmin.
Tabella 11 - Parametri per la definizione del coefficiente di esposizione (Tab. 3.3.II delle NTC2008)
ct è il coefficiente topografico, ed è posto pari a 1, sia per le zone pianeggianti sia per
quelle ondulate, collinose e montane.
Pertanto in base ai coefficienti sopra individuati si ha:
ce(z) = 0,222 1 ln (8m/0,30m) [7+1 ln (8m/0,30m) =1,634211973
Il coefficiente dinamico, cd, tiene conto degli effetti riduttivi associati alla non contemporaneità delle massime pressioni locali e degli effetti amplificativi dovuti alla risposta dinamica della struttura.
Esso può essere assunto cautelativamente pari a 1 nelle costruzioni di tipologia corrente, quali gli edifici di forma regolare non eccedenti 80 m di altezza ed i capannoni industriali, oppure può essere determinato mediante analisi specifiche o facendo riferimento a dati di comprovata affidabilità.
Nel caso in esame si assume: cd = 1
Per la valutazione del coefficiente di pressione, cp, si è fatto riferimento alle indicazioni riportate nelle “Istruzioni per l’applicazione delle NTC 2008” al § C3.3.10.
Per cui per la valutazione della pressione esterna si assume: - per elementi sopravento con inclinazione α ≥ 60°, cpe = + 0,8
- per elementi sopravento, con inclinazione 20° < α < 60°, cpe = 0,03α - 1
- per elementi sopravento, con inclinazione 0° ≤ α ≤ 20° e per elementi sottovento cpe = - 0,4
Per la valutazione della pressione interna si assume:
- per costruzioni che hanno una parete con aperture di superficie minore di 1/3 di quella totale: cpi = ± 0,2
- per costruzioni che hanno una parete con aperture di superficie non minore di 1/3 di quella totale: cpi = + 0,8 quando la parete aperta è sopravento, cpi = - 0,5 quando la parete
aperta è sottovento o parallela al vento;
- per costruzioni che presentano su due pareti opposte, normali alla direzione del vento, aperture di superficie non minore di 1/3 di quella totale: cpe + cpi = ± 1,2 per gli elementi
normali alla direzione del vento, cpi = ± 0,2 per i rimanenti elementi.
Azione del sisma
Le azioni sismiche di progetto, in base alle quali valutare il rispetto dei diversi stati limite considerati, si definiscono a partire dalla “pericolosità sismica di base” del sito di costruzione. Essa costituisce l’elemento di conoscenza primario per la determinazione delle azioni sismiche. La pericolosità sismica è definita in termini di accelerazione orizzontale massima attesa ag in condizioni di campo libero su sito di riferimento rigido con superficie topografica orizzontale (di categoria A quale definita al § 3.2.2), nonché di ordinate dello spettro di risposta elastico in accelerazione ad essa corrispondente Se (T) ,
con riferimento a prefissate probabilità di eccedenza PVR , come definite nel § 3.2.1, nel periodo di riferimento VR , come definito nel § 2.4.
Ai fini della normativa vigente le forme spettrali sono definite, per ciascuna delle probabilità di superamento nel periodo di riferimento PVR , a partire dai valori dei seguenti
ag accelerazione orizzontale massima al sito;
Fo valore massimo del fattore di amplificazione dello spettro in accelerazione
orizzontale.
T*C periodo di inizio del tratto a velocità costante dello spettro in accelerazione
orizzontale.
Sul sito internet del Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici (www.clsp.it) è disponibile un foglio di calcolo di cui ci si è avvalsi per ricavare gli spettri di risposta.
Questo permette infatti, una volta immessi tutti i dati relativi alla costruzione in esame, di ottenere sia i grafici degli spettri di risposta per i vari stati limite considerati, che un numero considerevole di punti degli stessi, aspetto molto utile per la modellazione sul programma di calcolo, come verrà poi illustrato.
Il procedimento seguito è lineare e segue le indicazioni di normativa contenute al § 2.4 e § 3.2 riguardo alla periodo di riferimento della costruzione e ai vari parametri considerati per il calcolo dell’azione sismica e dei suoi effetti.
Va ricordato inoltre che nei confronti delle azioni sismiche gli stati limite, sia di esercizio che ultimi, sono individuati riferendosi alle prestazioni della costruzione nel suo complesso, includendo gli elementi strutturali, quelli non strutturali e gli impianti.
Gli stati limite di esercizio sono:
- Stato Limite di Operatività (SLO): a seguito del terremoto la costruzione nel suo complesso, includendo gli elementi strutturali, quelli non strutturali, le apparecchiature rilevanti alla sua funzione, non deve subire danni ed interruzioni d'uso significativi;
- Stato Limite di Danno (SLD): a seguito del terremoto la costruzione nel suo complesso, includendo gli elementi strutturali, quelli non strutturali, le apparecchiature rilevanti alla sua funzione, subisce danni tali da non mettere a rischio gli utenti e da non compromettere significativamente la capacità di resistenza e di rigidezza nei confronti delle azioni verticali ed orizzontali, mantenendosi immediatamente utilizzabile pur nell’interruzione d’uso di parte delle apparecchiature.
Gli stati limite ultimi sono:
- Stato Limite di salvaguardia della Vita (SLV): a seguito del terremoto la costruzione subisce rotture e crolli dei componenti non strutturali ed impiantistici e significativi danni dei componenti strutturali cui si associa una perdita significativa di rigidezza nei confronti delle azioni orizzontali; la costruzione conserva invece una parte della resistenza e rigidezza per azioni verticali e un margine di sicurezza nei confronti del collasso per azioni sismiche orizzontali;
- Stato Limite di prevenzione del Collasso (SLC): a seguito del terremoto la costruzione subisce gravi rotture e crolli dei componenti non strutturali ed impiantistici e danni molto gravi dei componenti strutturali; la costruzione conserva ancora un margine di sicurezza per azioni verticali ed un esiguo margine di sicurezza nei confronti del collasso per azioni orizzontali.
Le probabilità di superamento nel periodo di riferimento PVR , cui riferirsi per individuare
l’azione sismica agente in ciascuno degli stati limite considerati, sono riportate nella successiva Tabella.
Tabella 12 - Probabilità di superamento PVR al variare dello stato limite considerato (Tab. 3.2.I delle NTC2008)
Le azioni sismiche su ciascuna costruzione vengono valutate in relazione ad un periodo di riferimento, VR, che si ricava, per ciascun tipo di costruzione, moltiplicandone la vita nominale, VN, per il coefficiente d’uso, CU, così come illustrato al§ 2.4:
!! = !!∙ !!
La vita nominale di un’opera strutturale VN è intesa come il numero di anni nel quale la struttura, purché soggetta alla manutenzione ordinaria, deve potere essere usata per lo scopo al quale è destinata. La vita nominale dei diversi tipi di opere è quella riportata nella Tab. 2.4.I delle NTC2008 e deve essere precisata nei documenti di progetto.
Tabella 13 - Vita nominale VN per diversi tipi di opere (Tab. 2.4.I delle NTC2008)
Come evidenziato si è scelto VN = 50 anni essendo la scuola un edificio ordinario.
Il valore del coefficiente d’uso CU è definito, al variare della classe d’uso.
Come classe d’uso si è scelto la III perché le scuole ricadono in quelle categorie di “ costruzioni il cui uso prevede affollamenti significativi ” per cui:
VR = 50 · 1,5 = 75 anni
Una volta stabilito questo dato si può utilizzare il foglio i calcolo descritto in precedenza per stabilire la pericolosità sismica del sito: la normativa riporta in appendice tutti i valori richiesti a vari tempi di ritorno significativi dell’azione sismica calcolati, attraverso indagini specifiche, dall’INGV per ogni punto del territorio nazionale facente parte di una maglia con reticoli di dimensioni 5 x 5 km.
L’utilizzo del foglio di calcolo avviene per fasi.
Nella prima fase si inseriscono i dati relativi all’area di costruzione dell’edificio: Le coordinate del sito in esame sono: Longitudine: 11° 01’ 00” est
Latitudine: 43° 07’ 52” nord
Note le coordinate del sito si effettua la media ponderata dei valori relativi ai punti noti. E i dati relativi alla pericolosità sismica:
- ag = 0,157 g; - F0 = 2,488; - T*
Nella seconda fase si scelgono le strategie di progettazione in base al periodo di riferimento VR, ed allo stato limite.
Figura 163 - Fase 2 del calcolo dello spettro di risposta.
Nella terza fase devono essere inseriti tutti i dati relativi alla micro zonazione del sito e alle caratteristiche della struttura in esame di cui ai capitoli 3, 7 e 8 delle NTC, ovvero:
- la categoria di sottosuolo; - la categoria topografica; - il fattore di struttura; Categorie di sottosuolo
Per la definizione dell’azione sismica si può fare riferimento a un approccio semplificato, che si basa sull’individuazione di categorie di sottosuolo di riferimento.
Tabella 15 – Categorie di sottosuolo (Tab. 3.2.II delle NTC2008)
Fatta salva la necessità della caratterizzazione geotecnica dei terreni nel volume significativo, ai fini della identificazione della categoria di sottosuolo, la classificazione si effettua in base ai valori della velocità equivalente Vs,30 di propagazione delle onde di taglio entro i primi 30 m di profondità, definita dall’espressione:
!!,!"= 30ℎ ! !!,!
[!/!]
Per ricavare tale valore ci si è avvalsi della Relazione Geologica redatta dal Dott. Geol. Mirco Bernardoni a seguito delle indagini geognostiche effettuate dalla ditta Gamma Geoservizi S.r.l. di Grosseto.
Le indagini indirette effettuate, di tipo geofisico, hanno lo scopo di definire le caratteristiche sismiche del terreno, ma sono soprattutto importanti per esaminare il sito nella sua complessità, indagandolo dal punto di vista areale, e definendone quindi la stratigrafia, che successivamente è parametrizzata in modo puntuale con le prove dirette. L’indagine è stata eseguita in corrispondenza del sito in esame tramite una indagine sismica di tipo Down Hole - parametrizzazione sismodinamica del substrato di fondazione mediante studio delle onde registrate direttamente in foro di sondaggio (con determinazione del parametro Vs,30).
Figura 164 - Ubicazione indagine
Figura 165 - Macchina perforatrice
L’indagine sismica Down Hole permette di misurare la velocità delle onde P e S generate in superficie, direttamente in foro di sondaggio, acquisendo quindi una maggiore accuratezza nei risultati e di conseguenza una rispondenza fedele delle velocità sismiche per ogni metro indagato, da correlare poi direttamente con la stratificazione del sottosuolo. La relativa elaborazione identifica spessori a velocità diversa fino alla profondità di 30 metri come da normativa.
La prova in foro di sondaggio, nell’acquisizione in Onde P, ha discretizzato un primo spessore superficiale posto alla quota di 3 metri dal piano campagna (velocità onde
sismiche: 414 m/s), corrispondente al primo livello di terreno detritico sciolto, ben individuato anche dalle altre dal carotaggio. Sotto a questo spessore, è posto un livello con velocità delle onde sismiche superiore (1066 m/s) da correlare con il substrato in facies di Flysh. L’ultimo livello sismico individuato rappresenta un terreno con velocità delle onde pari a 1433 m/s che si può associare al substrato nella sua porzione maggiormente litoide e meno intensamente fratturata dello spessore superiore.
L’acquisizione della velocità sismiche in Onde S ricalca quanto detto, mostrando solo un leggero approfondimento dei passaggi litologici. Le velocità delle onde sismiche S dei 3 livelli individuati sono: 224 m/s; 523 m/s; 697 m/s.
Il valore di Vs30 è stato calcolato pari a di 433 m/s.
Il Decreto Ministeriale 14 settembre 2005 “NORME TECNICHE DELLE
COSTRUZIONI” prevede la caratterizzazione in funzione della nuova normativa sismica
nazionale. La normativa antisismica definisce la nuova classificazione sismica del territorio nazionale. La vulnerabilità dell’area agli effetti dell’amplificazione sismica è in stretta relazione alle caratteristiche lito-stratigrafiche e morfologiche della stessa. Per definire l’azione sismica risulta quindi necessario conoscere il profilo stratigrafico del suolo di fondazione del quale è possibile definire i parametri fisici richiesti per il suo calcolo. L’Ordinanza della Presidenza del Consiglio dei Ministri n. 3274 del 2003 individua diverse categorie di suolo di fondazione così come riprese dalla nuova normativa N.T.C. 2008, tale classificazione si effettua in base ai valori della velocità equivalente Vs30 di propagazione delle onde di taglio entro i primi 30 metri di profondità, come da tabella sopra esposta.
L’indagine geofisica condotta ha permesso di stabilire la velocità delle onde sismiche e quindi si può indicare l’area in oggetto come attribuibile alla formazione stratigrafica di “tipo B”.
Figura 167 - Campioni estratti
Condizioni topografiche
Per condizioni topografiche complesse è necessario predisporre specifiche analisi di risposta sismica locale. Per configurazioni superficiali semplici si può adottare la seguente classificazione:
Tabella 16 - Categorie topografiche (Tab. 3.2.IV delle NTC2008)
Fattore di struttura
Qualora le verifiche agli stati limite ultimi non vengano effettuate tramite l’uso di opportuni accelerogrammi ed analisi dinamiche al passo, ai fini del progetto o della verifica delle strutture le capacità dissipative delle strutture possono essere messe in conto
capacità dissipativa anelastica della struttura, della sua sovraresistenza, dell’incremento del suo periodo proprio a seguito delle plasticizzazioni. In tal caso, lo spettro di progetto Sd(T) da utilizzare è lo spettro elastico corrispondente riferito alla probabilità di
superamento nel periodo di riferimento PVR considerata, con le ordinate ridotte sostituendo
nelle relazioni che descrivono la funzione dello spettro η con 1/q, dove q è il fattore di struttura.
Il valore del fattore di struttura q da utilizzare per ciascuna direzione della azione sismica, dipende dalla tipologia strutturale, dal suo grado di iperstaticità e dai criteri di progettazione adottati e tiene in considerazione delle non linearità di materiale.
Esso può essere calcolato tramite la seguente espressione: q = q0 · KR
dove:
q0 è il valore massimo del fattore di struttura che dipende dal livello di duttilità attesa,
dalla tipologia strutturale e dal rapporto αu/α1 tra il valore dell’azione sismica per il
quale si verifica la formazione di un numero di cerniere plastiche tali da rendere la struttura labile e quello per il quale il primo elemento strutturale raggiunge la plasticizzazione a flessione;
KR è un fattore riduttivo che dipende dalle caratteristiche di regolarità in altezza della
costruzione, con valore pari ad 1 per costruzioni regolari in altezza e pari a 0,8 per costruzioni non regolari in altezza.
Le indicazioni riguardanti il fattore di struttura da utilizzare per analisi lineari su edifici in muratura esistenti si trovano sulla circolare applicativa al § C8.7.1.2:
- q = 2,0 αu/α1 per edifici regolari in elevazione;
- q = 1,5 αu/α1 negli altri casi.
In assenza di più precise valutazioni, potrà essere assunto un rapporto αu/α1 pari a 1,,5.
Una costruzione è regolare in pianta se rispetta le seguenti condizioni:
a) la configurazione in pianta è compatta e approssimativamente simmetrica rispetto a due direzioni ortogonali, in relazione alla distribuzione di masse e rigidezze;
b) il rapporto tra i lati di un rettangolo in cui la costruzione risulta inscritta è < 4; c) nessuna dimensione di eventuali rientri o sporgenze supera il 25 % della dimensione totale della costruzione nella corrispondente direzione;
d) i solai sono ben collegati alle pareti e dotati di una sufficiente rigidezza e resistenza nel loro piano.
Mentre è regolare in altezza se tutte le seguenti condizioni sono rispettate:
e) tutti i sistemi resistenti verticali si estendono per tutta l’altezza della costruzione; f) massa e rigidezza rimangono costanti o variano gradualmente;
h) eventuali restringimenti della sezione orizzontale della costruzione avvengono in modo graduale da un orizzontamento al successivo
La costruzione in esame non rispetta tutte le caratteristiche sopraelencate, per cui risulta non regolare in pianta e non regolare in altezza, per la determinazione dello spettro di progetto si è assunto un fattore di struttura:
q = 1,5 · 1,5 · 0,8 = 1,8
Figura 168 - Fase 3 del calcolo dello spettro di risposta
Il foglio di calcolo restituisce i valori dello spettro di progetto secondo le equazioni riportate al § 3.2.3.2.1 ed in particolare una tabella con i valori di Sd in funzione del
Figura 169 - Spettro di progetto SLV
Questi dati, inseriti nel programma di calcolo utilizzato per la modellazione della struttura, (nel nostro caso Midas/Gen) consentono di effettuare l’analisi dinamica lineare (modale).
Figura 170 -Spettro di risposta di progetto orizzontale (nero) e verticale (blu) allo SLV
Il grafico riporta l’andamento dello spettro di progetto, ovvero della pseudo accelerazione Sd in funzione del periodo di vibrazione T. Sono riconoscibili facilmente i 4 tratti, cui
corrispondono altrettante equazioni descrittive, riportate alla pagina precedente, per i tratti ad accelerazione, velocità e spostamento costante (rispettivamente separati da TB, TC e TD).
5.3. Combinazione delle azioni
Per effettuare le verificare ai vari stati limite di progetto, le azioni orizzontali e verticali di progetto vengono combinate secondo quanto riportato al § 2.5.3 delle NTC.
Per la verifica a carichi verticali si utilizza la combinazione fondamentale:
γG1⋅G1 + γG2⋅G2 + γQ1⋅Qk1 + γQ2⋅ψ02⋅Qk2 + γQ3⋅ψ03⋅Qk3 + …
con:
G1: peso proprio di tutti gli elementi strutturali;
G2: peso proprio di tutti gli elementi non strutturali;
Qk1: valore caratteristico dell’azione variabile il valore corrispondente ad un frattile
pari al 95 % della popolazione dei massimi, in relazione al periodo di riferimento dell’azione variabile stessa;
γG1: coefficiente parziale del peso proprio della struttura;
γG2: coefficiente parziale dei pesi propri degli elementi non strutturali;
γQi: coefficiente parziale delle azioni variabili.
I valori dei coefficienti parziali si trovano al § 2.6.1 e si riportano di seguito:
Tabella 17 - Coefficienti parziali per le azioni o per l'effetto delle azioni nelle verifiche SLU (Tab. 2.6.I delle NTC2008)
Coerentemente con il tipo di verifiche che si vanno ad effettuare, per le combinazione di carico si utilizzano i coefficienti relativi agli stati limite strutturali (STR)
Nel definire le combinazioni delle azioni che possono agire contemporaneamente, i termini Qkj rappresentano le azioni variabili della combinazione, con Qk1 azione variabile
dominante e Qk2, Qk3, … azioni variabili concomitanti a quella dominante.
Le azioni variabili Qkj vengono combinate con i coefficienti di combinazione ψ0j, ψ1j e ψ2j,
i cui valori sono forniti nel § 2.5.3 e riportati di seguito:
Tabella 18 - Valori dei coefficienti di combinazione (Tab. 2.5.I delle NTC2008)
Le scuole, di norma, rientrano in classe C ed ovviamente si prendono in considerazione i coefficienti relativi a vento, neve, e sovraccarico in copertura.
Per quanto riguarda le verifiche sismiche allo SLV la combinazione da utilizzare è: E + G1 + G2 + P + ψ21⋅Qk1 + ψ22⋅Qk2 + …
L’azione sismica E è viene calcolata secondo quanto specificato al § 7.3.5 delle NTC. Se la risposta viene valutata mediante analisi statica o dinamica in campo lineare, essa può essere calcolata separatamente per ciascuna delle tre componenti.
Gli effetti sulla struttura (sollecitazioni, deformazioni, spostamenti, ecc.) sono combinati successivamente, applicando la seguente espressione:
1,00⋅Ex + 0,30⋅Ey + 0,30⋅Ez
con rotazione dei coefficienti moltiplicativi ed individuazione degli effetti più gravosi. Se la risposta viene valutata mediante analisi statica in campo non lineare, ciascuna delle due componenti orizzontali è applicata separatamente.
Come effetti massimi si assumono i valori più sfavorevoli così ottenuti.
La componente verticale verrà tenuta in conto ove necessario quando la struttura presenta una delle seguenti caratteristiche:
- elementi pressoché orizzontali di luce superiore a 20 m;
- elementi precompressi (con l’esclusione di solai di luce inferiore ad 8 m; - elementi a mensola di luce superiore a 4 m;
- strutture di tipo spingente; - pilastri in falso;
- edifici con piani sospesi; - ponti
- costruzioni con isolamento sismico.
Oltre all’azione sismica come fin’ora definita, per tenere conto della variabilità spaziale del moto sismico, nonché di eventuali incertezze nella localizzazione delle masse, al centro di massa deve essere attribuita una eccentricità accidentale rispetto alla sua posizione quale deriva dal calcolo. Per i soli edifici ed in assenza di più accurate determinazioni l’eccentricità accidentale in ogni direzione non può essere considerata inferiore a 0,05 volte la dimensione dell’edificio misurata perpendicolarmente alla direzione di applicazione dell’azione sismica.
Detta eccentricità è assunta costante, per entità e direzione, su tutti gli orizzontamenti. In termini di combinazione delle azioni possiamo riassumere le possibilità come:
1,0 ⋅ Ex ± 1,0 ⋅ Eccx ± 0,3 ⋅ Ey ± 0,3 ⋅ Eccy
0,3 ⋅ Ex ± 0,3 ⋅ Eccx ± 1,0 ⋅ Ey ± 1,0 ⋅ Eccy
In cui cioè abbiamo 4 variabili (azione sismica E ed effetti dell’eccentricità Ecc), che possono assumere 2 valori e possono combinarsi sia in positivo che in negativo.
In totale secondo un semplice calcolo statistico le combinazioni risultano: 2 ⋅ 42 = 32
5.4. Caratteristiche della muratura
Il punto di partenza per la caratterizzazione della muratura è stata l’analisi del rilievo. Durante l’analisi sono state effettuate prove a vista non distruttive e piccoli saggi effettuati in alcuni punti, in modo da comprendere la composizione e la struttura muraria resistente. L’osservazione del paramento murario, una volta rimosso l’intonaco, mostra una composizione per lo più molto disordinata, con materiali di pezzatura irregolare, differenti tra di loro sia per tipo che forma.
Per questo motivo, non avendo a disposizione altre prove sulla muratura che ne caratterizzassero il comportamento meccanico, si è fatto riferimento alla tabella C8A.2.1 (già citata al capitolo 1 della presente tesi) riportata al C8A 2 della Circolare applicativa del 2009. Per le considerazioni fatte finora si è scelta il tipo descritto in muratura come: - “Muratura in pietrame disordinata (ciottoli, pietre erratiche ed irregolari)”, avente le caratteristiche peggiori tra quelle riportate:
Resistenza media a compressione della muratura: fm = 100 – 180 N/cm2
Resistenza media a taglio della muratura: τ0 = 2,0 – 3,2 N/cm2
Valore medio del modulo di elasticità normale: E = 690 – 1050 N/mm2 Valore medio del modulo di elasticità tangenziale: G = 230 – 350 N/mm2 - “Muratura in mattoni pieni e malta di calce”, avente le caratteristiche:
Resistenza media a compressione della muratura: fm = 240 – 400 N/cm2
Resistenza media a taglio della muratura: τ0 = 6,0 – 9,2 N/cm2
Valore medio del modulo di elasticità normale: E = 1200 – 1800 N/mm2
Valore medio del modulo di elasticità tangenziale: G = 400 – 600 N/mm2 La normativa come si vede fornisce dei range di valori dal minimo al massimo.
Per scegliere in maniera compiuta le caratteristiche della muratura è necessario definire il livello di conoscenza che è stato raggiunto attraverso le operazioni di rilievo.
5.5. Rilievo e livelli di conoscenza
Come riportato in normativa al § 8.5.4, sulla base degli approfondimenti effettuati nelle fasi conoscitive vengono individuati i “livelli di conoscenza” dei diversi parametri coinvolti nel modello (geometria, dettagli costruttivi e materiali), e definiti i correlati fattori di confidenza, da utilizzare come ulteriori coefficienti parziali di sicurezza che tengono conto delle carenze nella conoscenza dei parametri del modello.
In appendice alla Circolare applicativa (§ C8A.1) sono riportati i dati necessari all’identificazione del livello di conoscenza; ovviamente esso è correlato all’accuratezza ed approfondimento del rilievo preliminare effettuato sulla struttura.
Il concetto che sta alla base di tutto il ragionamento è molto semplice: più vengono impiegate tempo e risorse nelle operazioni preliminari al progetto vero e proprio e più si arriva a conoscere la struttura in tutte le sue parti in maniera compiuta e dettagliata, con una conseguente maggiore accuratezza nella modellazione della stessa e nella fase di verifica della azioni sismiche, più la norma “premia” il progettista nella definizione della resistenza dei materiali e dei moduli elastici (e viceversa).
L’operazione di rilievo viene analizzata secondo tre aspetti: - geometria;
- dettagli costruttivi; - proprietà dei materiali.
La conoscenza della geometria comprende il rilievo, piano per piano, di tutti gli elementi in muratura, incluse eventuali nicchie, cavità, canne fumarie, dei solai e della copertura (tipologia e orditura), delle scale (tipologia strutturale), la individuazione dei carichi gravanti su ogni elemento di parete e la tipologia delle fondazioni.
La rappresentazione dei risultati viene effettuata attraverso piante, alzati e sezioni. 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;
- presenza di elementi strutturalmente efficienti atti ad eliminare le spinte eventualmente presenti;
- presenza di elementi, anche non strutturali, ad elevata vulnerabilità; - tipologia della muratura e sue caratteristiche costruttive.
Si distinguono:
Verifiche in-situ limitate: sono basate su rilievi di tipo visivo effettuati ricorrendo, generalmente, a rimozione dell'intonaco e saggi nella muratura;
Verifiche in-situ estese ed esaustive: sono basate su rilievi di tipo visivo, effettuati ricorrendo 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. I rilievi sono estesi in modo sistematico all’intero edificio.
Per quanto riguarda le proprietà dei materiali si pone attenzione soprattutto al controllo degli aspetti legati al rispetto della “regola dell’arte”; di particolare importanza risulta la presenza o meno di elementi di collegamento trasversali, la forma, tipo e dimensione degli elementi, la tessitura, l’orizzontalità delle giaciture, il regolare sfalsamento dei giunti, la qualità e consistenza della malta. Si distinguono:
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.
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, ed eventualmente di pietre e/o mattoni consentono di individuare il tipo di muratura.
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. 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.
Con riferimento al livello di conoscenza acquisito, si possono definire i valori medi dei parametri meccanici ed i fattori di confidenza secondo quanto segue:
- 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 sui materiali; fattore di confidenza è FC = 1.00;
- 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 sui materiali; il fattore di confidenza è FC = 1.20;
- 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 fattore di confidenza è FC = 1.35.
Tabella 19 - Livelli di conoscenza in funzione dell'informazione disponibile e conseguenti valori dei fattori di confidenza per edifici in muratura (Tabella C8A.1.1 delle NTC2008 e Circolare)
Come detto il rilievo sui dettagli costruttivi e le proprietà dei materiali si basa su analisi visive, considerazioni in merito al periodo di costruzione della costruzione e le prove penetrometriche effettuate sulla malta; per questo motivo non è possibile giustificare un livello di conoscenza superiore all’LC1. In conseguenza, oltre alla scelta di FC = 1.35, la norma prescrive di considerare per le caratteristiche meccaniche della muratura:
- resistenze: i minimi degli intervalli riportati;
Per le tipologie di muratura riscontrate, in base ai valori della Tabella C8A.2.1 delle NTC2008, si ha:
- muratura in pietra:
Resistenza media a compressione della muratura: fm = 100 N/cm2 Resistenza media a taglio della muratura: τ0 = 2,0 N/cm2 Valore medio del modulo di elasticità normale: E = 870 N/mm2 Valore medio del modulo di elasticità tangenziale: G = 290 N/mm2
Peso specifico muratura w = 19,00 kN/m3
- muratura in laterizio pieno:
Resistenza media a compressione della muratura: fm = 240 N/cm2 Resistenza media a taglio della muratura: τ0 = 6,0 N/cm2 Valore medio del modulo di elasticità normale: E = 1500 N/mm2 Valore medio del modulo di elasticità tangenziale: G = 500 N/mm2
5.6. Resistenze di progetto
La norma, al § C8.7.1.5 della Circolare applicativa, definisce i modelli di capacità per la valutazione degli edifici in muratura ed in particolare i valori delle resistenze di progetto da utilizzare per effettuare le verifiche, differenziando per due tipi di analisi.
Nel caso di analisi elastica lineare con il fattore q, i valori di calcolo delle resistenze sono ottenuti dividendo i valori medi per i rispettivi fattori di confidenza e per il coefficiente parziale di sicurezza (!! da assumere pari a 2 come riportato al § 7.8.1.1 delle NTC, riferito in generale alla verifica di elementi in muratura in zona sismica):
- muratura in pietra: !! = !! !"∙!!= !", !" !/!" ! ! ! = !"∙!!! != !, !" !/!" ! - muratura in laterizio pieno:
!! =!"∙!!! != !!, !" !/!" ! ! ! = !"∙!!! != !, !! !/!" !
Nel caso di analisi non lineare gli stessi sono ottenuti dividendo i valori medi per FC: - muratura in pietra:
!!= !!"!= !", !" !/!"! !! = !"!! = !, !" !/!"! - muratura in laterizio pieno:
!! = !! !"∙!!= !"", !" !/!" ! ! ! =!"∙!!! != !, !! !/!" !
La differenza si deve al fatto che l’analisi non lineare consente una conoscenza migliore del comportamento della struttura che permette quindi una minore penalizzazione delle resistenze dei materiali (stesso discorso fatto per il rilievo).
5.7. Modellazione del telaio equivalente
È stato individuato lo schema del telaio equivalente che schematizza l’edificio. Innanzitutto sono state individuate le singole pareti in pianta.
Figura 171 - Individuazione delle pareti per il telaio equivalente al Piano Terra
Al piano Terra sono state individuate 10 pareti.
Tabella 20 - Maschi delle pareti al Piano Terra
Al piano Primo sono state individuate 9 pareti, una in meno rispetto al piano Terra, in quanto la parete che divide la cucina dal refettorio è da considerarsi portante solo al piano Terra.
Figura 172 - Individuazione pareti del telaio equivalente al Piano Primo
Tabella 21 - Maschi delle pareti al Piano Primo
All’interno delle pareti precedentemente elencate sono stati individuati dapprima in pianta i maschi murari nel baricentro delle singole porzioni di muro delimitate dalle aperture; per maggiore chiarezza si è mantenuta anche l’indicazione della parete corrispondente.
In totale al piano Terra i maschi murari sono 50.
Figura 173 - Individuazione maschi al Piano Terra
Al piano Primo invece sono 48.
Una volta determinata la geometria delle pareti sia in pianta che in alzato e la posizione in pianta dei maschi murari, si è modellato il telaio, identificando le lunghezze deformabili degli elementi ed i link rigidi di collegamento.
Di seguito si riportano i prospetti delle 10 pareti con l’indicazione del numero corrispondente dei maschi murari, così da chiarire la nomenclatura utilizzata nei fogli di calcolo Excel per le verifiche di resistenza.
I singoli elementi, dal punto di vista cromatico, sono stati così identificati: - maschi deformabili: colore rosso;
- fasce: colore blu; - link rigidi: colore nero.
Nei prospetti delle pareti sono indicate con tratto sottile di colore nero, le aperture ed i solai.
La parete X1 è una parete esterna e costituisce il prospetto lungo via Roma.
Figura 175 - Parete X1
La parete X2 rappresenta un muro di spina.
La parete X3 rappresenta per una porzione una parete esterna e per una porzione un muro di spina.
Figura 177 - Parete X3
La parete X4 rappresenta il prospetto opposto a quello lungo via Roma.
Figura 178 - Parete X4
Figura 179 - Parete Y1
La parete Y2 è esterna e fa parte del prospetto di ingresso.
Figura 180 - Parete Y2
Figura 181 - Parete Y3
La parete Y4 è interna e delimita con un lato le scale.
Figura 182 - Parete Y4
Figura 183 - Parete Y5
La parete Y6 è esterna ed è opposta al prospetto di ingresso.
Figura 184 - Parete Y6
I prospetti così definiti vengono collegati a livello dei solai tramite link rigidi così da formare la struttura tridimensionale del telaio equivalente su cui effettuare l’analisi.
Figura 185 - Vista tridimensionale del telaio equivalente
5.8. Indice di vulnerabilità
La vulnerabilità sismica di una costruzione in generale sta ad indicare la sua propensione a subire danni in conseguenza delle sollecitazioni indotte dal terremoto.
È questa una definizione semplice ed intuitiva che fa pensare al loro comportamento durante il sisma e anche ai fattori che condizionano il danneggiamento e il collasso.
In termini più rigorosi è più appropriato definire la vulnerabilità sismica di un edificio come un suo carattere comportamentale descritto attraverso una legge causa-effetto in cui la causa è il terremoto e l’effetto è il danno. Da questa definizione deriva quindi la necessità di individuare un parametro di misura della severità S del sisma e uno di quella del danno D e quindi di stabilire una legge di correlazione D(S) tra i due che sia in grado di fornire il livello di danno della costruzione per ogni terremoto di una data severità. Esistono, naturalmente, diverse possibilità di scelta dei parametri S e D e numerose sono le metodiche, per finalità e tecniche di elaborazione, che possono essere impiegate per esplicitare la relazione tra severità del sisma e danno.
Anche riguardo ai metodi di valutazione della vulnerabilità sismica sono possibili diverse strategie che mirano al conseguimento di scopi differenziati, con strumenti appropriati e che, proprio sulla base di tali peculiarità, possono essere anche opportunamente distinti e classificati.
Tabella 22 - Metodi per la valutazione della vulnerabilità sismica
Nella presente tesi, sono stati impiegati due metodi per la determinazione della vulnerabilià sismica dell’edificio scolastico in oggetto:
- il metodo basato sulle schede di Livello 0, 1 e 2 del GNDT; - metodo basato sul progetto SAVE.
La procedura per la valutazione della vulnerabilità sismica degli edifici in muratura basata sulla scheda di 1° e 2° livello del GNDT è di tipo indiretto, in quanto si basa sulla valutazione di un indice di vulnerabilità che costituisce una misura convenzionale e relativa della propensione al danneggiamento; la corrispondenza severità-danno in questo caso è di tipo deterministico ed è rappresentata da curve di fragilità associate ad ogni valore dell’indice che correlano l’accelerazione sismica al suolo (o l’Intensità macrosismica) con il livello di danno espresso come percentuale della perdita del valore economico attualizzato.
Più in particolare questa metodologia è di tipo quantitativo, indiretto, semeiotico e ibrido, in quanto fa ricorso ad un indice numerico globale di vulnerabilità, calcolato sommando i contributi di punteggi di vulnerabilità di 11 parametri rilevati e legati ad alcuni aspetti caratteristici del comportamento sismico tipico delle costruzioni in muratura
5.8.1. Rilevamento della vulnerabilità sismica secondo il Programma Regionale di Vulnerabilità Sismica edifici in Muratura (VSM)
5.8.1.1. Metodologia
Il Programma Regionale Vulnerabilità Sismica Edifici in Muratura (VSM) promosso dalla Regione Toscana fissa i criteri per lo svolgimento di indagini diagnostiche e saggi finalizzati alla conoscenza delle strutture ed alla valutazione della qualità; dei materiali in edifici esistenti in muratura. Tende quindi a valutare la propensione della struttura portante in muratura a subire danni sotto azioni sismiche attraverso la determinazione di fattori quali: la qualità dei collegamenti, delle murature, dei solai, la forma dell'edificio e la sua posizione; prevede inoltre l’esecuzione di prove distruttive su pannelli murari al fine dì caratterizzare la resistenza meccanica delle murature.
La valutazione si articola in due fasi: - valutazione della vulnerabilità; - valutazione delle carenze strutturali.
Naturalmente si tratta di procedure semplificate, che necessitano in massima parte di un rilievo dell’edificio e della osservazione dei particolari costruttivi. Lo scopo è quello di produrre in tempi ragionevoli una classificazione del patrimonio edilizio in muratura in termini di appunto di vulnerabilità sismica, in modo da stilare un elenco di priorità sugli interventi di adeguamento da effettuare.
La vulnerabilità viene rilevata attraverso delle schede di livello 0, 1 e 2.
5.8.1.2. Scheda Livello 0
La scheda di livello “0” fornisce informazioni preliminari per inquadrare l’edificio e le sue parti strutturali, sulla base delle indagini conoscitive fatte in precedenza.
Ogni scheda ha per oggetto un edificio che può, talvolta, coincidere con l'aggregato strutturale. Oc- corre quindi individuare, nell'ambito del tessuto urbano, l'aggregato strutturale (a.s.), che è costituito da un insieme di elementi strutturali non omogenei e che possono interagire sotto un'azione sismica (o dinamica in genere).
Un aggregato strutturale può essere costituito da uno o più edifici accorpati e, per accorpamento, si deve intendere un contatto, o un collegamento, più o meno efficace tra edifici con caratteristiche costruttive generalmente diverse.
All'interno degli aggregati strutturali s’individuano gli edifici, definiti come unità strutturali omogenee da cielo a terra e, in genere, distinguibili dagli altri adiacenti per
almeno una delle seguenti caratteristiche che individua un comportamento dinamico distinto:
- tipologia costruttiva - differenza di altezza
- irregolarità planimetrica con parti non collegate efficacemente - età di costruzione
- sfalsamento dei piani
- talvolta ristrutturazioni da cielo a terra.
La tipologia costruttiva riguarda essenzialmente i materiali e le modalità di costruzione delle strutture verticali; quindi, per esempio, se a un fabbricato con struttura in elevazione costituita da pietra sbozzata, ne è stato costruito in aderenza un altro in mattoni, i due fabbricati vanno considerati di- stinti, quali edifici differenti nell'ambito dello stesso aggregato strutturale.
Nel caso in cui due costruzioni contigue abbiano una considerevole differenza di altezza alla quota d’imposta della gronda (superiore al 20% dell'altezza totale dell'imposta di gronda più alta) tale differenza determina un diverso comportamento sotto azioni sismiche, e quindi due edifici distinti di un unico aggregato strutturale.
Occorre altresì tenere presenti le opere di ristrutturazione da cielo a terra compiute su una parte del fabbricato; in tal caso la parte ristrutturata deve essere sempre tenuta distinta, ottenendo due edifici diversi.
Per la distinzione in edifici non si deve in ogni modo tener conto della distribuzione delle unità immobiliari, ovvero della ripartizione catastale, ma solo ed esclusivamente dei criteri sopradescritti; quindi un'unità immobiliare può essere anche suddivisa in più edifici.
Essa si compone di diverse parti:
- localizzazione dell’edificio e classificazione sismica; - identificazione proprietari e gestori/utilizzatori; - ubicazione dell’edificio: riferimenti catastali;
- uso: numero delle unità d’uso, loro tipologia e numero potenziale di utenze che ne usufruiscono;
- classificazione per edifici strategici o rilevanti; - tipologia d’uso;
- età di costruzione e relativa normativa sismica di riferimento; - interventi successivi di modifica;
- dati metrici: piani, altezze, superfici;
- tipologia strutturale: sistema resistente, solai e coperture; - dati geomorfologici;
- foto;
- estratto carta CTR.
5.8.1.3. Scheda Livello 1
La scheda di livello “1” scende più in dettaglio nei riguardi dello stato di fatto della costruzione, la tipologia strutturale, eventuali danni ed interventi effettuati nel tempo. La scheda di livello 1 è sostanzialmente molto simile a quella di livello 0, ma questa è stata redatta dal G.N.D.T (Gruppo Nazionale per la Difesa dai Terremoti), gruppo nazionale di ricerca costituito presso il C.N.R. (Consiglio Nazionale delle Ricerche), mentre quella di livello 0 è un documento della regione Toscana. I dati raccolti attraverso la scheda hanno lo scopo di fornire le informazioni necessarie per conoscere l'esposizione e un primo livello di vulnerabilità sismica di edifici in mura- tura, in calcestruzzo armato, in acciaio e misti. In relazione al loro numero e al loro grado di dettaglio, i dati rilevati mediante la scheda sono da ritenere destinati prevalentemente a elaborazioni di tipo statistico e, pertanto, una loro utilizzazione per analisi d’informazioni relativamente ai singoli edifici può essere possibile avendo piena consapevolezza del loro intrinseco grado di approssima- zione e usando le dovute cautele nelle elaborazioni.
Anche la scheda di livello 1 fa riferimento ai singoli edifici facenti parte delle più grandi unità strutturali.
Essa si compone di diverse parti:
- dati relativi alla scheda: dovendo analizzare un certo numero di edifici è necessario numerare attentamente le varie schede indicando data e squadra che l’ha compilata; - localizzazione dell’edificio: codice ISTAT, riferimenti catastali, ecc.;
- dati metrici: superficie dei piani, altezze interpiano e altezze totali; uso: numero delle unità d’uso, loro tipologia e numero potenziale di utenze che ne usufruiscono; - età della costruzione e interventi principali;
- stato delle finiture e impianti: si indica solo se sono presenti e se sono efficienti senza entrare nel dettaglio;
- tipologia strutturale: sistema resistente, solai, coperture e scale;
- estensione e livello del danno: s’indicano se sono presenti lesioni e la loro estensione e gravità.
5.8.1.4. Scheda Livello 2
La scheda di livello “2” è quella che consente di ottenere un risultato numerico in scala 0 – 100 che quantifichi la vulnerabilità sismica dell’edificio (maggiore è il valore, più alta è la vulnerabilità) e quindi permette la classificazione dello stesso in rapporto agli altri rilevati e di stabilirne la priorità o meno di intervento.
Figura 193 - Scheda Livello 2
I parametri che entrano in gioco cerca di coprire tutti gli aspetti strutturali dell’edificio e necessitano di precise istruzioni in merito contenuto in un documento esplicativo fornito dalla Regione Toscana.
Il metodo di valutazione consiste nell’indicare la classe di appartenenza di 11 parametri in base alle indicazioni fornite nel succitato documento; le classi sono sempre 4 (A, B, C, D) e ad ogni parametro è quindi assegnato un punteggio, in base al voto indicato nella scheda ed un peso stabilito a priori; la sommatoria finale viene tarata su una base di 100 punti che fornisce il grado di vulnerabilità dell’edificio oggetto della valutazione.
Accanto ad ogni parametro viene riportata anche la qualità dell’informazione secondo una nomenclatura definita di seguito che ne indica l’attendibilità:
E : qualità elevata; M : qualità media; B : qualità bassa;
A : informazione assente.
5.8.1.5. Scheda Livello 2: Parametri
Parametro 1: Tipo ed organizzazione del sistema resistente
Esprime il grado di funzionamento scatolare dell’organismo murario attraverso il rilievo della presenza e dell’efficacia dei collegamenti delle murature con ammorsature agli spigoli ai diversi piani.
Con questa voce si valuta il grado di organizzazione degli elementi verticali, prescindendo dal materiale e dalle caratteristiche delle singole murature: l’elemento significativo è la presenza e l’efficacia dei collegamenti fra pareti ortogonali, tali da assicurare l’efficienza del comportamento scatolare della struttura.
Figura 194 - Estratto Parametro 1 della scheda Livello 2
Pertanto le quattro classi sono definite come segue: (Col. 33). Classe A:
Edifici costruiti in accordo con le normative sismiche per le nuove costruzioni (a partire dal DM 24/01/86) (cod. 1 in Col. 33);
livelli e su tutti i lati liberi realizzati mediante cordoli perimetrali armati o debolmente armati, catene o altro (cod. 3 in Col. 33).
Classe C:
- Edifici che sono costituiti da pareti ortogonali ben ammorsate fra loro pur non presentando cordoli in c.a. o catene disposte efficacemente a tutti i livelli (cod. 4 in Col. 33)
- Edifici costituiti da pareti ortogonali ben ammorsate fra loro che presentano a tutti i livelli:
• cordoli in calcestruzzo non armato in corrispondenza dei solai di piano; • presenza parziale di cordoli e catene efficacemente disposte.
- Edifici ad un solo piano che pur essendo costituiti da pareti ortogonali non efficacemente ammorsate fra loro presentano cordoli in c.a. o catene disposte efficacemente.
L’inefficacia dei collegamenti assicurati con le catene dipende da: • catene metalliche non in tensione;
• insufficienti per numero (al piano più alto ma non al livello di • copertura, solo su una direzione delle murature);
• insufficienti per dimensionamento (sottodimensionamento delle piastre capochiave e dei paletti, in relazione alla tipologia
• e allo spessore della muratura);
• irregolarmente disposte (errata inclinazione dei paletti, errato posizionamento per mancanza di contrasto).
Classe D:
Edifici con pareti ortogonali non efficacemente ammorsate tra loro:
• cordoli in c.a. realizzati in breccia sulle murature esistenti in pietrame a due paramenti o in mattoni forati con percentuale di foratura maggiore del 60%;
• assenza totale di cordoli o catene a tutti i piani (cod. 5 in Col. 33).
Per l’edificio oggetto di studio si è scelto:
Classe B: Edifici che presentano buoni ammorsamenti tra le pareti ortogonali e collegamenti a tutti i livelli e su tutti i lati liberi realizzati mediante cordoli perimetrali armati o debolmente armati, catene o altro.
Parametro 2: Qualità del sistema resistente
In questo parametro è determinante l’omogeneità e la fattura del tessuto murario. La qualità del sistema resistente dipende dai seguenti fattori:
1. il tipo di materiale;
2. il tipo di apparecchiatura muraria; 3. il tipo di connessioni.
Con il primo fattore (tipo di materiale) si vuole indicare da una parte la qualità dei blocchi (naturali o artificiali) costituenti la muratura, dall’altra lo stato di conservazione delle malte. Una malta di caratteristiche meccaniche elevate, infatti, può conferire ad una muratura, anche con inerti piccoli e mal disposti, un sufficiente grado di monoliticità. Una malta cementizia, pur di ottima resistenza, non è sufficiente in presenza di muratura in laterizio eccessivamente forato.
Il secondo fattore (tipo di apparecchiatura muraria) si riferisce all’omogeneità di pezzatura e alla regolarità nella disposizione dei blocchi, in modo tale che questi risultino ben ingranati l’uno con l’altro, presentando blocchi il più possibile squadrati disposti alternati in strati regolari. Va notato che la presenza ad esempio di ricorsi in mattoni estesi a tutto lo spessore del muro non costituisce un elemento di disomogeneità per una muratura in pietrame. Analogamente la presenza di pietre di dimensioni sensibilmente maggiori in corrispondenza di aperture o di angoli di un edificio non viene considerata una disomogeneità ai fini della pezzatura.
Con il terzo fattore (tipo di connessioni) si indica infine la presenza di elementi di connessione trasversali (diatoni) all’interno di una muratura che generalmente è costituita da due paramenti verticali affiancati, come nel caso di murature a sacco.
Figura 195 - Estratto Parametro 2 della scheda Livello 2
Per individuare la classe di appartenenza (Col. 12) della muratura oggetto di indagine si propone il seguente procedimento basato su tre livelli successivi di conoscenza:
- primo livello: TIPO DI PARAMENTO.
La tipologia da indicare è quella già individuata nella Sezione 7 (Tipologia Strutturale – Strutture Verticali) della scheda di I livello, secondo i codici seguenti (Col. 34):
B - Muratura a sacco formata da pietre di pezzatura più regolare, bene intessuta e con collegamento tra i due fogli oppure come sopra con spigoli, mazzette e/o ricorsi in pietra squadrata o mattoni pieni.
C - Murature di pietra sbozzata in presenza di irregolarità.
D - Muratura di pietra sbozzata con spigoli, mazzette e/o ricorsi in mattoni pieni e/o pietra squadrata.
E - Muratura di pietra arrotondata o ciottoli di fiume di pezzatura varia senza mazzette e/o ricorsi in mattoni pieni e/o pietra squadrata.
F - Come sopra con spigoli, mazzette e/o ricorsi in pietra squadrata e/o mattoni pieni. G - Muratura in blocchetti di tufo o pietra da taglio di dimensioni costanti.
H - Muratura in blocchetti di calcestruzzo prefabbricati, con inerti ordinari.
I - Muratura in blocchetti di calcestruzzo prefabbricati, con inerti leggeri (argilla espansa, ecc.), omogenei in tutta la sua estensione.
L - Muratura in laterizio, pieno o semipieno (% foratura ≤ 45%). M - Muratura in blocchi di laterizio con foratura > 45%.
T - Strutture miste, intendendo per ciò una combinazione (in uno stesso piano) di una (o più) delle tipologie murarie A ÷ O con una o più delle tipologie a telaio P ÷ S riportate nella tabella precedente.
U - Muratura intelaiata. V - Muratura armata.
Z - Muratura consolidata secondo la normativa sismica vigente (Muratura rinforzata con iniezioni di miscele leganti, con applicazioni di lastre in cemento armato o di reti metalliche elettrosaldate e betoncino, mediante l’inserimento di pilastrini in cemento armato o metallici in breccia nella muratura, con tirantature orizzontali e verticali). - secondo livello: APPARECCHIATURA MURARIA.
L’apparecchiatura del paramento murario in esame può essere classificata come organizzata (Ao) o disorganizzata (Ad), secondo quanto specificato ad inizio paragrafo. I criteri che permettono di stabilire se una muratura risulta organizzata o meno riguardano due aspetti principali: l’orizzontalità dei filari, che deve interessare il più possibile l’intera lunghezza e altezza del paramento murario e lo sfalsamento dei giunti verticali, secondo il quale il generico giunto verticale deve trovarsi in corrispondenza della zona centrale dell’elemento sottostante.
- terzo livello: QUALITÀ DELLA MALTA.
Laddove è possibile si valuti lo stato di conservazione delle malte che vengono così suddivise in buone (Mb) (se di tipo cementizio o idraulico purché resistenti a scalfittura di oggetti metallici) e cattive (Mc) (se del tutto inconsistenti o farinose).
Il procedimento sopra esposto viene riassunto in appositi abachi riportati nelle pagine seguenti, nei quali viene indicata la classe di appartenenza della muratura in esame. E’ doveroso precisare che le classi assegnate in tali abachi costituiscono soltanto un’indicazione di riferimento per il rilevatore, che di volta in volta dovrà attribuire la più corretta classe di appartenenza in funzione delle caratteristiche della muratura indagata, secondo la sua sensibilità ed esperienza.
Figura 196 - Abaco Parametro 2
Figura 197 - Scheda D: Manuale per la compilazione della Scheda GNDT/CNR di II Livello
Classe B: Derivata da una tipologia muraria in pietra sbozzata con spigoli, mazzette e/o ricorsi in mattoni pieni e/o pietra squadrata, ed un’apparecchiatura muraria organizzata (Ao).
