CAPITOLO VII PROGETTO DEGLI INTERVENTI DI ADEGUAMENTO SISMICO

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CAPITOLO VII

PROGETTO

DEGLI

INTERVENTI

DI

ADEGUAMENTO SISMICO

7.1 Introduzione

Dalla valutazione della sicurezza dell'edificio è emersa l'inadeguatezza di parte della struttura esistente a resistere alle azioni di natura sismica, in particolare si è osservata la possibilità di innesco di meccanismi che possono determinare crolli improvvisi.

Le manifestazioni sismiche, infatti, rappresentano una delle più importanti cause di sollecitazione e di dissesto delle costruzioni e possono costituire un evento alquanto dannoso se si considera che l'edifico in questione è un edifico scolastico.

Come indicato nella Circolare n.617/2009, i provvedimenti sono necessari e improcrastinabili nel caso in cui non siano soddisfatte le verifiche relative alle azioni controllate dall'uomo, ossia prevalentemente ai carichi permanenti e alle altre azioni di servizio; più complessa è la situazione che si determina nel momento in cui si manifesti l'inadeguatezza di un'opera rispetto alle azioni ambientali, non controllabili dall'uomo e soggette ad ampia variabilità nel tempo ed incertezza nella loro determinazione.

Le NTC 08 individuano le seguenti categorie d'intervento:

- interventi di adeguamento atti a conseguire livelli di sicurezza previsti dalle norme suddette;

- interventi i miglioramento atti ad aumentare la sicurezza strutturale esistente, pur senza necessariamente raggiungere i livelli richiesti dalla normativa;

- riparazioni o interventi locali che interessino elementi isolati e che comunque comportano un miglioramento delle condizioni di sicurezza preesistenti.

Per gli interventi di adeguamento e miglioramento la valutazione della sicurezza ed il progetto dell'intervento sarà riferito all'intera struttura, invece per quanto riguarda l'intervento locale ci si potrà riferire alle sole parti e/o elementi interessati, dimostrando che non siano prodotte sostanziali modifiche al comportamento delle altri parti e della

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struttura nel suo insieme, e che gli interventi comportino un miglioramento delle condizioni di sicurezza preesistenti.

Riferendosi a molte delle strutture che sorgono sul territorio italiano, queste risultano essere inadeguate a resistere ai terremoti di progetto previsti dalle normative attuali. Alcune di queste, infatti, sono state progettate senza alcun riguardo alle prestazioni sismiche perché d'epoca precedente all'emanazione delle prime normative specifiche per le costruzioni in zona sismica, altre invece sono state dimensionate con riferimento a normative in seguito sostituite o radicalmente modificate, altre ancora sorgono su siti la cui pericolosità sismica è andata evolvendosi, crescendo, nel tempo.

Quindi, l'adeguamento sismico può costituire una valida alternativa alla demolizione e successiva ricostruzione delle suddette costruzioni.

L'adeguamento consiste nella realizzazione di interventi volti a far si che la capacità della struttura in esame di resistere al terremoto sia almeno pari alla domanda che il moto sismico del suolo produce.

Si definisce allora strategia di adeguamento l'approccio base adottato per migliorare la probabile prestazione sismica di un edificio.

Si definiscono, invece, sistemi le specifiche tecniche che possono adottarsi per realizzare una particolare strategia.

Le strategie si distinguono a loro volta in tecniche, volte ad incrementare la capacità dell'edificio di resistere al sisma e/o ridurre la domanda, e di gestione che concernono le modalità operative e logistiche in cui ciascun intervento può essere implementato ed

alla gestione, appunto, dell'edificio nel suo complesso.

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Sulla base della tabella soprastante si definiscono strategie tecniche di:

- Completamento quelle operazioni volte alla realizzazione di connessioni mancanti o insufficienti per garantire un efficace trasferimento delle sollecitazioni nel caso di strutture sismo-resistenti ma comunque carenti in alcuni dettagli, come ad esempio la trasmissione dei carichi tra gli elementi strutturali.

- Rinforzo ed irrigidimento adottate al fine di conseguire il miglioramento delle prestazioni strutturali e per questo motivo consistono prevalentemente nella realizzazione di nuovi elementi verticali ( pareti di taglio, controventi, contrafforti, telai).

Gran parte dei sistemi di adeguamento che incrementano la resistenza strutturale apportano anche un incremento della rigidezza.

Nei casi di edifici fortemente irregolari, tali interventi dovrebbero garantire il più possibile la regolarità strutturale, sia in elevazione che in pianta

- Miglioramento capacità deformativa consistenti nel migliorare le prestazioni sismiche dell'edifico attraverso l'incremento della capacità deformativa dei singoli elementi strutturali.

Sistemi utili a conseguire tali obiettivi comprendono il confinamento di elementi esistenti, mediante camicie in acciaio o in calcestruzzo cementizio armato o con materiali fibrorinforzati, al fine di modificare i meccanismi di collasso.

- Riduzione della domanda sismica che modificano la capacità dell'edificio di resistere alle sollecitazioni e deformazioni indotte dal sisma.

Questa strategia punta a modificare quindi la risposta della struttura in modo da ottenere una riduzione della domanda.

La domanda sismica imposta ad un edificio può essere attenuata riducendo le masse, con conseguente riduzione del periodo fondamentale di vibrazione, delle forze di inerzia e della richiesta di spostamento; oppure è possibile installare un sistema di isolamento alla base che induce un allungamento sostanziale del periodo fondamentale e dunque della domanda di accelerazione.

Si può, infine, ridurre la domanda sismica anche mediante l'installazione di appositi sistemi di dissipazione energetica in grado, cioè, di attenuare, nel breve intervallo di durata dell'evento sismico, l'energia in ingresso nella struttura.

Di seguito si riporta la tabella 8, tratta dal bollettino fib n.24/2003, con i principali interventi di adeguamento, indicando per ciascun di essi gli effetti sulle prestazioni

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strutturali, le informazioni qualitative sui costi, sul disturbo arrecato agli occupanti e sul livello tecnologico richiesto per la loro realizzazione, tralasciando al contempo le tecniche di adeguamento volte alla riduzione della domanda sismica.

Parlando, inoltre, di adeguamento sismico, da un punto di vista gestionale, è possibile ridurre ad un livello accettabile il rischio sismico di un edificio attraverso il cambio di destinazione d'uso, consistente nell'imporre un diverso utilizzo dello stesso.

Questa strategia risulta efficace, ad esempio, in quei casi ove le masse associate ai sovraccarichi variabili sono consistenti e determinanti ai fini della verifica sismica. Laddove l'edificio non rivestisse una particolare importanza dal punto di vista storico-artistico e strategico, è possibile considerare una demolizione dell'edifico e una sua successiva ricostruzione.

Tuttavia, in alcuni casi, prima di realizzare un progetto definitivo, qualora sia necessario che le attività nell'edifico continuino nel breve termine, è possibile ricorrere ad un adeguamento transitorio dell'edificio con modalità che risulterebbero inaccettabili per un'applicazione permanente, ad esempio con elementi strutturali aggiuntivi in vista. L'intervento di adeguamento, qualora sussistono particolari vincoli economici o non si possa arrecare eccessivo disturbo alle attività insediate nell'edificio, può essere organizzato in fasi successive.

Infine, il committente può optare di implementare l'adeguamento mentre l'edificio è ancora occupato; in tal modo, infatti, gode del vantaggio di non dover ridistribuire le attività presenti nell'edificio. Ciononostante tale scelta comporta costi totali maggiori, poiché i lavori vanno necessariamente condotti per fasi e la durata degli stessi non può che aumentare.

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Quindi una volta analizzato il comportamento della struttura nonché delle geometrie e delle sue distribuzioni strutturali e le peculiarità delle tecniche e strategie di intervento, si è ritenuto più idoneo intervenire localmente al rinforzo delle membrature per mezzo di materiali fibrorinforzati a matrice polimerica (FRP) affinché si prevengano i meccanismi di collasso individuati nel capitolo precedente.

7.2 Consolidamento con materiali compositi: FRP "Fyber Reinforced

Polymers"

Come recita il testo di riferimento sia per i contenuti tecnologici che scientifici, ovvero il CNR DT 200/2004, in materia di materiali compositi, "I materiali fibrorinforzati a matrice polimerica (FRP) a fibre continue sono materiali compositi, eterogenei ed anisotropi, che mostrano un comportamento prevalentemente elastico lineare fino al collasso.

Essi trovano largo impiego nel consolidamento e nel rinforzo delle strutture civili. I vantaggi degli FRP sono molteplici: leggerezza, elevate proprietà meccaniche, caratteristiche anticorrosive.

I compositi per il rinforzo strutturale sono disponibili in diverse geometrie: esse vanno dalle lamine pultruse, utilizzate per il rinforzo di elementi dotati di superfici regolari, ai tessuti bidirezionali che possono essere invece facilmente adattati alla forma dell'elemento da rinforzare prima della fase di impregnazione.

I compositi si adattano bene anche ad applicazioni in cui è necessario preservare le caratteristiche estetiche della struttura originaria ( edifici di interesse storico o artistico) o in casi in cui i rinforzi tradizionali sarebbero di difficile applicazione per limitatezza dello spazio a disposizione.

Esistono inoltre esempi di applicazioni di rinforzi di composito con fibre discontinue e matrice polimerica o con fibre continue e matrice inorganica che, per specifiche applicazioni, si sono dimostrati particolarmente promettenti; le suddette tipologie di rinforzo non sono qui trattate in quanto non è disponibile su di esse una mole sufficiente di studi scientifici, tale da garantire l'affidabilità per impieghi strutturali"

Gli FRP nella configurazione di lamine pultruse sono dotati di rigidezza flessionale e quindi si devono utilizzare per il rinforzo di elementi con superfici regolari poiché essi

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sono poco adattabili alle asperità superficiali e, quindi, non è possibile garantirne un'adeguata aderenza in presenza di scabrosità.

Differentemente per FRP sottoforma di tessuti allo stato secco non presentano alcuna rigidezza e per questo sono da preferire ogni volta che la superficie si presenta non levigata.

L'utilizzo dei materiali compositi è in continuo aumento per il rinforzo di strutture in cemento armato e muratura ordinaria per diversi motivi: scarsa corrodibilità, basso peso ( circa 1/4 dell'acciaio), semplicità di applicazione in spazi ristretti, eliminazione dell'esigenza di impalcature o casseri e dunque una riduzione dei costi dell'intervento di ripristino, elevata resistenza a trazione ( sia statica che a lungo termine, per alcuni tipi di materiali FRP), rigidezze adattabili alle esigenze di progetto e praticamente, una illimitata disponibilità nelle dimensioni, geometrie, e configurazioni di FRP.

I materiali compositi possiedono anche alcuni svantaggi di cui tener conto: contrariamente all'acciaio, che dimostra un comportamento elasto-plastico, i compositi in generale hanno un comportamento elastico-lineare fragile poiché non mostrano significative deformazioni a snervamento o plastiche, che portano a una riduzione della duttilità.

In aggiunta, il costo dei materiali compositi in base al peso è di alcune volte maggiore di quello dell'acciaio, e solo nel caso in cui il paragone venga fatto in termini di resistenza allora risulta essere meno sfavorevole.

Inoltre, i compositi hanno problemi con le alte temperature che possono causarne un prematuro degrado e un collasso: non devono essere quindi presi come un cieco rimpiazzo dell'acciaio negli interventi strutturali.

I vantaggi offerti dagli FRP devono piuttosto essere bilanciati tenendo in considerazione potenziali inconvenienti, e in ultimo le decisioni riguardanti il loro utilizzo devono essere basate su considerazioni di più fattori, includendo non solo gli aspetti riguardanti le prestazioni meccaniche ma anche la durabilità a lungo tempo e la messa in opera del sistema.

In generale, "i materiali compositi presentano le seguenti caratteristiche:

- sono costituiti da due o più materiali (fasi) di natura diversa e "macroscopicamente" distinguibili;

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- almeno due delle fasi presentano proprietà fisiche e meccaniche "sufficientemente" diverse tra loro, in modo da impartire al composito proprietà differenti da quelle dei costituenti.

I compositi fibrorinforzati a matrice polimerica soddisfano entrambe le suddette caratteristiche: essi sono infatti costituiti da una matrice polimerica di natura organica e da fibre di rinforzo, le cui principali proprietà sono quantificabili attraverso i valori indicativi riportati in Tabella 2-1.

Come si può notare le fibre di carbonio possono esibire valori del modulo di elasticità normale molto più elevati di quelli relativi ai comuni materiali da costruzione.

Si tratta quindi di materiali molto efficienti dal punto di vista strutturale, che tuttavia possono generare problemi di accoppiamento con altri materiali, aspetto quest'ultimo da dover sempre valutare con attenzione da parte del progettista.

La matrice può essere considerata, almeno nei casi più comuni, come un continuo isotropo.

La fase di rinforzo, ad eccezione della fibra di vetro, è invece un materiale anisotropo. Contribuiscono a definire il rinforzo:

- la geometria: forma, dimensioni e distribuzione delle dimensioni;

- la disposizione: orientazione rispetto agli assi di simmetria del materiale; se essa è casuale ( nel piano o nello spazio) il composito risulta avere caratteristiche simili a quelle di un materiale isotropo, in tutti gli altri casi il composito è anisotropo;

- la concentrazione: frazione in volume, distribuzione della concentrazione (dispersione).

Un composito è quindi un continuo non omogeneo e, nella maggior parte dei casi, anisotropo" [CNR DT200-§2.2].

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Tabella 10: Tabella 2-1 CNR DT200/2004 §2.2, confronto tra le proprietà delle fibre di rinforzo e delle matrici più comuni e dell'acciaio da costruzione

Le fibre più utilizzate per la produzione di materiali compositi sono quelle di vetro, di carbonio e le fibre arammidiche.

Queste sono costituite da filamenti continui molto sottili, disponibili in commercio in varie forme derivate dalla diversa distribuzione tridimensionale delle stesse.

I tessuti utilizzati per il rinforzo strutturale derivano dalla combinazione di centinaia di questi filamenti e possono avere disposizione unidirezionale delle fibre, tutte orientate nella direzione longitudinale del tessuto, ma anche biassiale e multiassiale.

Sono distribuiti in commercio a secco, in rotoli da utilizzare per l'impregnazione in cantiere con le apposite resine.

Le matrici più utilizzate per la fabbricazione dei compositi fibrorinforzati sono quelle polimeriche a base di resine termoindurenti.

Queste si presentano liquide o pastose a temperatura ambiente, e per miscelazione con opportuno reagente polimerizzano fino a diventare materiale solido vetroso.

Il materiale viene miscelato a partire dai diversi componenti direttamente in cantiere e assume le sue caratteristiche finali attraverso un areazione chimica, pertanto esso dovrebbe essere sempre applicato da personale specializzato.

La messa in opera di alcuni tipi di rinforzo strutturale a base di FRP, quali ad esempio le lamine pultruse, richiede l'utilizzo di adesivi che svolgono la funzione di collegamento e trasferimento delle forze tra l'elemento da rinforzare ed il composito.

La scelta di questi dipende dalla natura del substrato della struttura da riparare e dal materiale di rinforzo.

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7.2.1 I sistemi di rinforzo

I sistemi di FRP idonei per il rinforzo esterno di strutture possono essere classificati nella maniera seguente:

- Sistemi preformati: costituiti da componenti di varia forma preparati in

stabilimento ed incollati all'elemento strutturale da rinforzare;

- Sistemi impregnati in situ: costituiti da fogli di fibre unidirezionali o multi

direzionali o da tessuti che sono impregnati con una resina, la quale funge da adesivo con il substrato interessato.

In questi sistemi non è possibile stimare a priori, con sufficiente accuratezza, lo spessore finale del laminato, bisogna pertanto fare riferimento alle proprietà meccaniche ed all'area resistente del tessuto secco, e considerare degli opportuni coefficienti riduttivi nella valutazione della rigidezza e resistenza;

- Sistemi preimpregnati: costituiti da fogli di fibre unidirezionali o

multidirezionali o da tessuti preimpregnati con resina parzialmente polimerizzata.

Possono essere incollati al substrato da rinforzare con o senza l'uso di resine aggiuntive.

Nei compositi fibrorinforzati le fibre svolgono il ruolo di elementi portanti sia in termini di resistenza che di rigidezza, mentre la matrice, oltre a proteggere le fibre, funge da elemento di trasferimento degli sforzi tra le fibre ed eventualmente tra queste ultime e l'elemento strutturale a cui il composito è stato applicato.

La maggior parte dei compositi è costituita da fibre che posseggono una elevata resistenza e rigidezza, mentre la loro deformazione a rottura è inferiore a quella della matrice.

In generale, il composito presenta una rigidezza inferiore a quella delle fibre e perviene

a rottura in corrispondenza di una deformazione,

ε

f,max , coincidente con quella di

rottura delle fibre.

Superata tale deformazione, infatti, non è possibile un completo trasferimento degli sforzi dalle fibre alla matrice.

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Figura 66: Legami costitutivi di fibre, matrice e corrispondente composito

Nei riguardi delle strutture murarie, il rinforzo può avvenire sulle superfici esterne della muratura ( paramenti murari) o in alloggiamenti e scanalature all'interno della muratura stessa, con le seguenti finalità:

trasmettere gli sforzi di trazione all'interno di singoli elementi strutturali o tra elementi contigui ( rinforzi a flessione, taglio, ecc.);

collegare elementi che collaborano a resistere all'azioni esterne ( catene di volte e di pareti, connessioni tra pareti ortogonali ecc.);

irrigidire solai nel proprio piano per conseguire un funzionamento a diaframma rigido; limitare l'aprirsi di fessure;

confinare le colonne al fine di incrementare la resistenza del materiale.

La progettazione degli interventi di rinforzo deve essere generalmente mirata ad assicurare uno stato di trazione nei rinforzi di FRP.

Infatti, i rinforzi di FRP soggetti a compressione non sono generalmente in grado di incrementare le prestazioni delle murature, in quanto, a parità di contrazione, la risultante degli sforzi di compressione a carico della muratura prevale solitamente di gran lunga su quella a carico del composito fibrorinforzato, a causa della notevole differenza di area tra la muratura compressa ed il rinforzo.

Inoltre, i rinforzi compressi sono soggetti a possibile delaminazione per instabilità locale.

Per le strutture murarie rinforzate con FRP e soggette a sollecitazioni di trazione e compressione, quali quelle causate da eventi sismici e da variazioni termiche, l'adesione muratura-FRP può deteriorarsi notevolmente nel corso della vita della struttura.

A tal riguardo potrebbe essere necessario inserire il rinforzo in intagli atti a prevenire l'instabilità locale ovvero applicare dispositivi meccanici di connessione.

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150

L'applicazione di rinforzi FRP deve essere effettuata su elementi strutturali di adeguate proprietà meccaniche.

Qualora la muratura si presenti danneggiata, disomogenea o viziata da qualsiasi difetto che precluda la corretta trasmissione degli sforzi mutui con il rinforzo, si deve procedere al suo preconsolidamento secondo tecniche tradizionali.

Inoltre, attese le variegate tipologie di rinforzo disponibili sul mercato ( fibre di vetro, di carbonio, arammidiche), la scelta del sistema a base di FRP deve tener conto delle proprietà fisiche e chimiche della muratura allo scopo di scegliere la soluzione più idonea.

Quando si applicano tessuti o lamine di FRP su superfici murarie, si deve tener presente la completa assenza di traspirabilità dei materiali compositi.

Per tale motivo gli interventi di rinforzo strutturale eseguiti con tali materiali non devono, di norma, interessare estese superfici del paramento murario al fine di preservare un'adeguata traspirabilità del sistema.

(13)

151

7.3 Adeguamento sismico mediante FRP

Dall'analisi dei risultati della valutazione di vulnerabilità sismica, si sono ottenute importanti informazioni riguardo al comportamento della struttura in campo elastico, anelastico, sulla richiesta di spostamento di interpiano, sui meccanismi di rottura che coinvolgono alcuni elementi dell'edificio, nei confronti dei quali si ipotizza un intervento di adeguamento coincidente con l'utilizzo di materiali fibrorinforzati a matrice polimerica (FRP) che possono, in particolare, far fronte alle carenze presentate da alcuni maschi murari in termini di resistenza a pressoflessione ortogonale nei confronti delle azioni sismiche e al ribaltamento semplice attorno ad una cerniera cilindrica che si crea alla base del pannello murario per effetto della limitata resistenza a trazione della muratura.

7.3.1 Materiali e resistenze di calcolo

Si è quindi previsto due diversi tipi di intervento: uno volto ad aumentare la resistenza a pressoflessione dei maschi murari tramite l'impiego di una rete in fibra di vetro (GFRP), l'altro ad evitare il ribaltamento degli elementi murari per mezzo di fasce in fibra di carbonio (CFRP).

In particolare per l'intervento con GFRP si è fatto riferimento ad un modello di rete prodotta dall'azienda Olympus, la OLYMESH GLASS 115 preformata bidirezionale in

fibra di vetro A.R con trattamento antialcali da 115 g/m2.

Per l'intervento di adeguamento nei confronti del ribaltamento semplice, ci si è riferiti a tessuti in fibra di carbonio, prodotti sempre dall'azienda Olympus in diverse tipologie:

- Unidirezionali ad alta resistenza;

- Unidirezionali ad elevato modulo;

- Quadri assiali ad alta resistenza.

Trattandosi di sistemi impregnati in situ, per la determinazione dell'area resistente del tessuto, Afib, è necessario far riferimento alla scheda tecnica del tessuto utilizzato, così come viene indicato dalle istruzioni CNR-DT200 §2.2.3.1.

Essa deve essere riferita a ciascuna delle direzioni principali delle fibre del tessuto ed è

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152 4

10

x f fib f fib

T N

b

A

= ⋅_⋅

_ρ

Essendo Tx il titolo del filato, espresso in Tex [g/km], Nf il numero di filati per unità di

larghezza [n°/cm], ρfib la densità delle fibre [g/cm3], bf la larghezza del nastro di tessuto

[mm].

In particolare, nel caso di tessuto unidirezionale si ricorre a tale relazione:

3

10

f t fib fib

p b

A

=

_ρ

Talvolta, ai fini applicativi e limitatamente ai tessuti unidirezionali o bilanciati, si usa riferire l'area resistente del tessuto allo spessore di una lastra equivalente costituita dal solo materiale delle fibre.

Lo spessore di tale lastra è assunto pari a:

fib f f

A

t

b

=

Inoltre, le proprietà meccaniche del composito impregnato, ft e Ef, devono essere

valutate tramite le seguenti relazioni:

fu t fib

F

f

A

=

(

fu

)

f fib fu

F

E

A

ε

= ⋅

(15)

153

Si riportano quindi le caratteristiche meccaniche, fisiche e geometriche dei tessuti considerati forniti dal produttore:

- Tessuto unidirezionale ad alta resistenza OLYTEX CARBO 300 UNI-AX HR

Densità delle fibre 1,82 g/cm3

Deformazione a rottura,

ε

fk ≥2 1, %

Spessore equivalente,

_t

_f _{0,166 mm}

Modulo elastico,

_E

_f _{240 GPa}

Resistenza meccanica a trazione,

_f

_fk _{4900 Mpa}

Peso totale 308 g/m2

Peso ordito ( per il calcolo) 300 g/m2

Peso trama 8 g/m2

- Tessuto unidirezionale ad alta resistenza OLYTEX CARBO 600 UNI-AX HR

Densità delle fibre 1,81 g/cm3

ε

_fk _≥_{2 0}_{, %}

_t

_f _{0,333 mm}

E

f 240 GPa

Resistenza meccanica a trazione, fk

(16)

154

Peso totale 608 g/m2

Peso ordito ( per il calcolo) 600 g/m2

Peso trama 8 g/m2

- Tessuto unidirezionale ad alto modulo elastico OLYTEX CARBO 300 UNI-AX

HM

Densità delle fibre 1,81 g/cm3

ε

fk 1 1, %

_t

_f _{0,166 mm}

E

f 390 GPa

_f

_fk _{4400 Mpa}

Peso totale 308 g/m2

Peso ordito ( per il calcolo) 300 g/m2

Peso trama 8 g/m2

- Tessuto quadri assiale ad alta resistenza OLYTEX CARBO 380 QUADRI-AX

HR

Densità delle fibre 1,81 g/cm3

ε

fk ≥2 0, %

(17)

155

secco 0°/90°+45°/-45°

E

f 250 GPa

_f

_fk _{4900 Mpa}

Area resistente per unità di

larghezza 53,1 mm2/m

(18)

156

7.4 Interventi di adeguamento nei confronti delle azioni fuori piano

Come si è potuto constatare dai risultati dell'analisi dinamica modale riportati al paragrafo § 5.2, gli elementi, maschi murari, 103 e 144, non soddisfano la verifica a pressoflessione ortogonale convenzionale nei confronti delle azioni fuori piano.

Figura 67: Vista assonometrica del modello strutturale con relativi elementi in rosso che non soddisfano la verifica a pressoflessione ortogonale convenzionale

Si è quindi intervenuti adeguando tali elementi nei confronti dell'azione sismica, incrementando del 2% la loro resistenza in modo da soddisfare la verifica di sicurezza ed ottenere così un coefficiente di sicurezza maggiore di 1, da confrontare con quello ottenuto dall'analisi dinamica dello stato attuale dell'edificio.

Quindi, per ogni tipologia di fascia FRP, individuata precedentemente, si è ripetuto l'analisi dinamica modale , tramite il software PCM che consente a sua volta di considerare la presenza delle FRP in base alle caratteristiche dimensionali e meccaniche assegnate.

(19)

157

Figura 68: Posizionamento delle fasce FRP nei confronti delle azioni fuori piano

Si riportano dunque i risultati così ottenuti:

(20)

158

OLYTEX CARBO 600 UNI-AX HR

(21)

159

OLYTEX CARBO 380 QUADRI-AX HR

Come si può osservare dalle tabelle sopra riportate, le varie soluzioni a cui si è fatto ricorso consentono di raggiungere in egual misura gli standard di sicurezza necessari nei confronti della verifica a pressoflessione convenzionale, conferendo maggiore resistenza ai maschi murari.

(22)

160

7.5 Interventi di adeguamento nei confronti dei cinematismi

In base alla simulazione effettuata con il software PCM nei confronti dei meccanismi cinematici, di cui sono stati riportati i risultati al § 5.4, si propongono di seguito gli interventi ipotizzati a limitazione di tali fenomeni, che riguardano particolarmente il blocco 7 della palestra.

Figura 69: Elementi non soddisfacenti la verifica dei cinematismi

Per motivi di uniformità con gli interventi di adeguamento nei confronti delle azioni fuori piano, anche in questo caso si è ritenuto opportuno ricorrere all'utilizzo di fasce FRP appositamente dimensionate.

Perciò si è fatto riferimento alle diverse tipologie di FRP già viste e in corrispondenza di ciascuna di esse sono state eseguite nuovamente le verifiche, calcolando preliminarmente il valore ultimo della forza sopportabile dal rinforzo di FRP, correlata a sua volta alla lunghezza di ancoraggio delle fasce.

Come si evince, infatti, dalle CNR-DT 200/2013 § 5.3.2 il valore della resistenza al

distacco cresce con lb fino ad attingere un massimo corrispondente ad una ben definita

lunghezza le: ulteriori allungamenti della zona di incollaggio non comportano

incrementi della forza trasmessa.

(23)

161

Essa corrisponde alla lunghezza minima di ancoraggio che assicura la trasmissione del massimo sforzo di aderenza.

Figura 70: Forza massima trasmissibile da un rinforzo di FRP

La formula alla quale si fa riferimento per il calcolo della lunghezza ottimale di ancoraggio è la seguente: 2 1 150 2 max f f Fd; ed Rd bd mm

t

E

l

f

π

γ

⋅ ⋅ ⋅ = ⋅

Γ

in cui Ef e tf sono rispettivamente, il modulo di elasticità normale nella direzione della

forza e lo spessore del composito fibrorinforzato.

ΓFd è il valore di progetto dell'energia specifica di frattura, calcolabile a sua volta nella seguente maniera: b G Fd bm btm FC

k k

⋅

_f

= ⋅

Γ

con kb coefficiente correttivo di tipo geometrico, kG coefficiente correttivo tarato sulla base di risultati di prove sperimentali, espresso in mm e dipendente dal tipo di muratura, per cui uguale a 0.031mm per una muratura di laterizio come nel caso in esame.

fbm e fbtm sono, rispettivamente il valore medio della resistenza a compressione e di

quella a trazione dei blocchi che costituiscono la muratura.

Relativamente alla formula di led, il termina fbd indica il valore di progetto della massima

tensione tangenziale di aderenza, che può essere definito mediante la seguente relazione:

(24)

162 2 Fd bd u

f

s

⋅ =

Γ

essendo su il valore ultimo dello scorrimento tra FRP e supporto, che nel caso di

murature in laterizio assume il valore 0.4 mm.

Per prevenire, dunque, in linea con quanto previsto dalle CNR-DT 200/2003 R1, il ribaltamento semplice del pannello murario si è reso necessario effettuare una verifica a trazione del rinforzo FRP.

In particolare, l'intensità della forza di trazione nel rinforzo si è determinata mediante l'equazione di equilibrio alla rotazione intorno al piede del pannello, in riferimento alle indicazioni normative:

Figura 71: schema di calcolo per il meccanismo di collasso di ribaltamento semplice

(

)

1 2 * 2 d s d d d d h h t

F

P

N

P

N

h

α

    =  ⋅ ⋅ + ⋅ − + ⋅  ⋅    

Per cui, ai fini della verifica, questa risulta soddisfatta se, indicando con Af l'area del rinforzo di FRP e con ffd=Ef·εfd la corrispondente tensione di rottura di progetto, la

massima forza esplicabile FRd=Af·ffd risulta maggiore della forza di trazione nel

rinforzo:

d Rd

(25)

163

Quindi si riportano i risultati derivanti dalle verifiche svolte in corrispondenza delle varie tipologie di rinforzi FRP:

_Calcolo della lunghezza ottimale di ancoraggio: 0,166 mm f

t

= 0,057 fd=

Γ

2 0,285 N/mm bd

f

= 247,71 mm 250 mm ed

,

x

E

=

11 65 kN, d

F

=

(28)

,

x

E

=

130 4 kN, d

F

=

(29)

,

x

E

=

11 65 kN, d

F

=

(31)

169

,

x

E

=

130 4 kN, d

F

=

(32)

,

x

E

=

11 65 kN, d

F

=

(34)

,

x

E

=

130 4 kN, d

F

=

(35)

,

x

E

=

11 65 kN, d

F

=

(37)

175

7.6 Interventi di adeguamento volti ad evitare crisi per perdita di

appoggio tra trave e parete

Tra i vari interventi di adeguamento precedentemente individuati, si è posta l'attenzione sul nodo trave in c.a.p-maschio murario, individuato nel blocco 7 della palestra, relativamente al quale si è pensato di intervenire per limitare la perdita di appoggio tra i due elementi durante il verificarsi di un'eventuale azione sismica.

Perciò, nonostante la carente documentazione informativa riguardante il nodo trave-parete e la sezione trasversale stessa della trave in c.a.p, si è optato ad un ripristino della connessione tramite la diposizione di nuovi elementi di collegamento che nella fattispecie sono rappresentati da funi di collegamento.

Figura 72:Intervento su connessione trave-maschio murario mediante fune di collegamento

E' inoltre possibile aggiungere dispositivi di dissipazione energetica in modo tale che, a seguito del terremoto, maschio e trave non debbano danneggiarsi ed il dispositivo sia l'unico elemento da sostituire.

(38)

176

Figura 73:Aggiunta di meccanismi di dissipazione: dissipatore ad attrito

In particolare il dimensionamento del collegamento tramite cavetti in acciaio deve garantire il trasferimento di una forza orizzontale fi pari al prodotto tra la massa di

competenza wi/g dell'elemento da collegare, intesa come la somma della massa

dell'elemento e delle masse corrispondenti ai carichi permanenti strutturali e non

strutturali da esso portati, moltiplicato per la pseudo-accelerazione spettrale Sa(T1)

corrispondente al periodo fondamentale T1 della struttura.

( )1 i a T i g

w S

f

= ⋅

Prima di passare, quindi, al calcolo relativo al caso in esame, si riporta la sezione trasversale delle trave in c.a.p alla quale si è fatto riferimento in modo approssimato assumendola come schema di paragone con il caso reale:

Per il calcolo della massa di competenza si è proseguito nel seguente modo: massa

(39)

177

coibentazione copertura= 0.20 kN/mq

sovraccarico neve= 0.63 kN/mq

TOTALE 6.83 kN/mq

Mentre per quanto riguarda la pseudo-accelerazione relativa al modo fondamentale di vibrare, questa risulta essere, dagli output dell'analisi modale:

--> Forze equivalenti per il Modo 1 : Acc.Spettrale = 0.183 m/sec2 = 0.019 g

In definitiva la forza orizzontale risulta essere:

2

0 013 kN/m,

i

f

=

Tale forza si traduce in uno sforzo assiale in corrispondenza del cavo pari a:

0 91 kN

' ,

i

f

=

Per cui, si può ritenere sufficiente l'installazione di un cavo strutturale con le seguenti caratteristiche: Diametro fune [mm] Peso [kg/m] Diametro filo [mm] Carico di Rottura 10 0,50 2 Resistenza [kN] 1.470N/mm2 1.570 N/mm2 74,5 82,5

(40)

178

7.7 Valutazione dei costi di adeguamento dei soli interventi con FRP

Per una migliore comprensione degli interventi di adeguamento da apportare all'edificio, si è ritenuto conveniente indicare l'onere economico che tali opere richiedono, omettendo i costi relativi alla fase di conoscenza dell'edificio oggetto di intervento e considerando al contempo gli oneri legati alla sicurezza.

La stima degli interventi si è svolta sulla base dei prezzari relativi ai lavori pubblici del 2016 pubblicati dalla Regione Toscana con delibera n. 291 del 11/04/2016 e in questo modo è stato redatto un computo metrico estimativo per ogni intervento proposto. In particolare l'individuazione della lavorazioni necessarie per l'installazione dei tessuti composti, impiegati negli interventi di adeguamento, è avvenuta sulla base delle "Linee guida per riparazione e rafforzamento di elementi strutturali, tamponature e partizioni",del Dipartimento di Protezione Civile e Relius.

Quindi, il ciclo di applicazione di composto fibrorinforzato a base di fibre di carbonio in forma di tessuto unidirezionale e multiassiale ad elevato modulo elastico ed alta resistenza meccanica a trazione da impiegarsi in opera con sistema a secco si sviluppa attraverso le seguenti fasi, nel caso specifico:

Pulizia per la rimozione di ogni residuo che possa compromettere l'ideale adesione delle fasce alla superficie da rinforzare.

Applicazione del primo strato adesivo epossidico di media viscosità.

L'applicazione dell'impregnante del tessuto deve essere eseguita a pennello o a pelo corto, sullo strato di stucco ancora fresco ( se presente), per uno strato, in spessore uniforme di circa 0,50 mm.

Larghezza della fascia trattata pari alla larghezza della fascia di composito da montare. Taglio della fascia di tessuto secco secondo quanto riportato nelle tavole di progetto. Le fasce saranno conservate a piè d'opera ed ordinate secondo le sequenze applicative, avendo cura di assicurare un'adeguata protezione del contatto diretto con polveri.

Posizionamento delle fasce di tessuto immediatamente dopo l'applicazione del primo strato impregnante, avendo cura di stendere senza grinze, con le mani protette da guanti di gomma impermeabile.

Favorire la penetrazione dell'adesivo e della resina attraverso le fibre ( (impregnazione) agendo con apposito rullino metallico, in modo da far penetrare l'adesivo nel tessuto. Applicazione di secondo strato di adesivo epossidico di media viscosità.

(41)

179

L'applicazione dell'impregnante del tessuto deve essere eseguita a pennello o a rullo o a pelo corto, al di sopra del precedente strato di adesivo ancora fresco, in spessore uniforme, di circa 0,50 mm e completa ricopertura della fascia di tessuto.

Ripassare più volte sul tessuto impregnato il rullino metallico per eliminare le eventuali bolle d'aria occluse durante le lavorazioni precedenti e per distendere le fibre della fascia di tessuto secondo la relativa orditura.

Per l'applicazione di nuovi strati di tessuto in sovrapposizione, occorre ripetere le fasi 3, 4, 5, 6 e 7 tante volte, quanti sono gli strati da applicare.

Quindi, sulla base delle indicazioni fornite dal Prezzario Lavori Pubblici della Regione Toscana, per la provincia di Siena, si riportano i relativi costi di realizzazione dell'intervento di adeguamento.

TIPOLOGIA

TOS16_02

RISTRUTTURAZIONI EDILI: i prezzi sono relativi ad una

ristrutturazione di edilizia civile di circa 500 mq, e si riferiscono

a lavori con ordinaria difficoltà di esecuzione, compresa

manutenzione ordinaria e straordinaria, sia programmabile che

non programmabile.

TIPOLOGIA

TOS16_02.B10

CONSOLIDAMENTI E RINFORZI STRUTTURALI: da eseguirsi su strutture lesionate o da rinforzare, mediante l'utilizzo di tecniche adeguate in base alla tipologia dell'opera sulla quale si interviene, compresi ponti di servizio con altezza massima m 2,00 e/o trabattelli a norma, anche esterni, mobili e fissi, il tutto per dare il titolo compiuto e finito a regola d'arte.

TIPOLOGIA

TOS16_02.B10.027

Rinforzo con tessuto in fibra di carbonio steso a rullo compresa

impregnazione con due mani di resina epossidica della superficie

da trattare; escluso pulizia e preparazione dei piani di posa e

(42)

180

U.M QUANTITA' PREZZO IMPORTO

TIPOLOGIA TOS16_PR.P40.003.011 m2 151 45.5 6870.5 TOS16_PR PRODOTTI DA COSTRUZIONE P40

PRODOTTI PER RINFORZI STRUTTURALI

003

Tessuto in fibra di carbonio in rotoli da 50 m

011

Con fibre monodirezionali

TOS16_PR.P40.010.001 _kg _52.85 _7.31 _386.33

010

Resina epossidica bicomponente per l'applicazione di tessuti in fibre di vetro o di carbonio resistenza a trazione 30 N/mmq

001

Peso specifico 1,31 kg/l (resa media 1,5 kg/mq a strato)

(43)

181

TOS16_RU.M10.001.002 ora 480 28.54 13699.2

TOS16_RU

RISORSE UMANE: Il prezzo è riferito a prestazioni lavorative svolte in orario ordinario; non sono pertanto comprese le percentuali di aumento previste per il lavoro straordinario, notturno e/o festivo.

M10

Prezzi orari del settore edile, desunti dalle analisi di costo minimo medio orario delle Tabelle Ministeriali per i dipendenti a tempo indeterminato. I prezzi comprendono: la retribuzione contrattuale; gli oneri di legge e di fatto gravanti sulla mano d'opera; il nolo e l'uso degli attrezzi di uso comune in dotazione agli operai.

001 Operaio edile 002 Specializzato TOS16_17.N05 NOLEGGI OPERE

PROVVISIONALI previste nel PSC (Apprestamenti - Dlgs 81/08 all. XV punto 4.1.1 lett. a) ): montaggio e smontaggio di strutture provvisorie realizzate in conformità con le norme tecniche vigenti, compresi il noleggio per il primo mese di utilizzo o frazione di mese, trasporto (salvo diversa indicazione) e utilizzo, oltre al costo di redazione del piano di montaggio, compreso formazione di piani di lavoro in tavoloni o lamiera zincata, parapetti e tavole fermapiede, scale di servizio, piani di riposo e botole di sicurezza, spinotti e basette, ancoraggi, eventuali

(44)

182 rinforzi di montanti e quanto altro

necessario per dare opera compiuta a regola d'arte. Sono escluse dall'opera le spese di occupazione suolo pubblico e le spese di progettazione della struttura stessa ove previste dalle norme che restano a carico dell'Appaltatore. I ponteggi metallici utilizzati devono essere unicamente quelli autorizzati dal Ministero del Lavoro e montati da personale esperto, con carichi di esercizio conformi alle norme tecniche vigenti. I ponteggi complessi e quelli superiori a 20 m di altezza dal piano di appoggio, devono essere realizzati secondo un progetto di calcolo a firma di un ingegnere o architetto abilitato. TOS16_17.N05.003

Ponteggi e castelli di tiro

TOS16_17.N05.003.030 m2 120 8.21 985.2

Montaggio ponteggio metallico ad elementi prefabbricati, esclusa illuminazione notturna ed idonea segnaletica, incluso nolo per il primo mese TOS16_17.N05.003.031 m2 120 3.52 422.4

Smontaggio ponteggio metallico ad elementi prefabbricati, esclusa illuminazione notturna ed idonea segnaletica TOTALE TOS16_17.N05 1407.60

(45)

183

TOTALE PARZIALE (A) 22363.63

SPESE GENERALI (B) 15% di (A) 3354.55

Di cui Oneri di sicurezza afferenti all’impresa 3 % di (B) 100.64

Utile di impresa

(C) 10 % di (A + B) 345.52

TOTALE ARTICOLO (A + B + C) 26063.70

A tale importo può essere sommato eventualmente l'onere derivante dall'intonacatura e

successiva tinteggiatura della facciata interessata dall'intervento di adeguamento con

FRP, essendo quest'ultima in muratura a faccia vista.

U.M QUANTITA' PREZZO IMPORTO

TOS16_01.E01.012 m² 484 11.39 5513.56

Intonaco civile per esterni, eseguito a macchina, con malta di cemento TOS16_01.F04.001 m² 484 10.98 5314.32 Preparazione di intonaco TOS16_01.F04.005 m² 484 6.67 3228.28

Verniciatura di facciate esterne

TOS16_17.N05.003 m² 484 11.73 5677.804

Ponteggi e castelli di tiro.