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LICEO STATALE VITRUVIO POLLIONE
Comune di Avezzano
Provincia de L’Aquila
RELAZIONE SPECIALISTICA SUL MIGLIORAMENTO SISMICO
Università degli Studi Roma Tre
Dipartimento di Strutture
Responsabile:
Gruppo di lavoro:
Data emissione
16 Marzo 2011
Prof. Ing. Camillo Nuti
Ing. A. Bergami, PhD
Ing. D. Pierucci
Ing. D. Foresi
Redatto
A. Bergami
[email protected]
[email protected]
Verificato
C. Nuti
Revisione
-
1
Sommario
Normativa di riferimento ........................................................................................................................ 4
Definizione dell’azione sismica ............................................................................................................... 5
Livello di protezione sismica ............................................................................................................... 5
Parametri di risposta locali.................................................................................................................. 6
Stato di fatto, quadro del danneggiamento/ammaloramento/carenze strutturali................................ 8
Descrizione della struttura .................................................................................................................. 8
Rilievo strutturale................................................................................................................................ 8
Edificio A .......................................................................................................................................... 8
Edificio B ........................................................................................................................................ 12
Edificio C ........................................................................................................................................ 13
Edificio D........................................................................................................................................ 16
Rilievo dell’ampiezza dei giunti ......................................................................................................... 18
Edifici A-B-C ................................................................................................................................... 19
Caratterizzazione meccanica di calcestruzzo ed acciaio da c.a. ........................................................ 19
Vulnerabilità sismica ......................................................................................................................... 21
Considerazione sulla resistenza ai carichi gravitazionali ............................................................... 21
Determinazione della vulnerabilità sismica .................................................................................. 21
Interventi strutturali.............................................................................................................................. 23
Obiettivo degli interventi strutturali ................................................................................................. 23
Descrizione generale degli interventi................................................................................................ 24
Interventi sui giunti ........................................................................................................................... 25
Interventi strutturali sulle fondazioni ............................................................................................... 25
Edificio A ........................................................................................................................................ 27
Edificio B ........................................................................................................................................ 27
Edificio C ........................................................................................................................................ 27
Edificio D........................................................................................................................................ 28
Interventi strutturali in elevazione.................................................................................................... 28
Edificio A/B/C - irrigidimento dei solai nel proprio piano ............................................................. 30
Edificio A/B/C - realizzazione di travi ............................................................................................ 31
Edificio B - realizzazione di fasce piene ......................................................................................... 31
Edificio A/B/C - Inserimento di setti in c.a. ................................................................................... 32
Edificio A /C - realizzazioni di rinforzi in FRP ................................................................................. 33
Edificio A /C - Inserimento dei controventi dissipativi .................................................................. 33
2
Edificio A/B/C/D - altri interventi necessari .................................................................................. 37
Edificio D - adeguamento .............................................................................................................. 37
Materiali per l’intervento di miglioramento ......................................................................................... 40
Calcestruzzo ...................................................................................................................................... 40
Acciaio per barre d’armatura ............................................................................................................ 40
Acciaio per carpenteria metallica...................................................................................................... 40
FRP Rinforzi con fibre di carbonio ..................................................................................................... 40
3
Normativa di riferimento
DM 14/01/2008 “Nuove norme tecniche per le costruzioni”
• Circolare 617/2009: Istruzioni per l'applicazione delle “Nuove norme tecniche per le
costruzioni” di cui al decreto ministeriale 14 gennaio 2008
• CNR-DT 200/2004 Istruzioni per la progettazione, l’esecuzione ed il controllo di interventi
di consolidamento statico mediante l’utilizzo di compostiti fibrorinforzati
4
Definizione dell’azione sismica
L’azione sismica viene definita in termini di spettro di risposta in accelerazione, elastico o di
progetto,
definito a partire :
- dalla pericolosità sismica del sito dove sorge la costruzione
- dal livello di protezione sismica che si vuole garantire all’opera
- dai parametri di risposta locali, come il sottosuolo e la topografia, che modificano l’input
sismico
Per le valutazioni preliminari, oggetto della presente, si riportano le assunzioni fatte.
Pericolosità sismica
Le coordinate geografiche del sito dove sorge il Liceo Scientifico Vitruvio Pollione di
Avezzano (AQ)
latitudine = 42.042946
longitudine = 13.424699
da cui si ricavano i tre parametri che caratterizzano gli spettri di risposta al variare del periodo
di ritorno dell’evento sismico.
Livello di protezione sismica
In accordo con NTC2008 §2.4, si assume una vita nominale dell’opera (VN) pari a 50 anni e,
data l’importanza sociale dell’opera, una classe d’uso non inferiore alla III (CU=1.5).
La vita di riferimento dell’opera risulta pari a : VN CU = 75 anni.
I tre parametri che caratterizzano gli spettri di risposta al variare degli stati limite, come
definiti in normativa, sono:
5
Figura 1. Spettro di risposta orizzontale elastico in accelerazione (cat. A, top. T1, x 5%)
per tutti gli stati limite di progetto
Parametri di risposta locali
Fatte salve le raccomandazioni di approfondimento sulla risposta sismica locale a causa delle
peculiarità della stratigrafia dell’opera, si assumono
assum
per valide le valutazioni preliminari
contenute nella relazione “indagini geognostiche geotecniche e geofisiche propedeutiche alle
6
verifiche delle strutture del liceo scientifico V. Pollione in via Cavalieri di Vittorio Veneto Avezzano (Aq). Sito AV1” per cui sono emersi i seguenti risultati: categoria di suolo tipo B
prossima a C
si considera in via cautelativa un terreno tipo C
7
Stato di fatto, quadro del danneggiamento/ammaloramento/carenze
strutturali
Descrizione della struttura
La struttura è costituita da quattro corpi di fabbrica: due edifici aule (denominati nel seguito
Edificio A ed Edificio C),
), un edificio destinato alla biblioteca ed agli uffici (denominato Edificio B)
ed uno destinato alle palestre (denominato Edificio D collegato alle altre strutture mediante un
corridoio coperto).
Figura 2.
2 Planimetria del complesso scolastico
Rilievo strutturale
Edificio A
L’edificio si articola su 5 livelli oltre ad un sottotetto accessibile per sola manutenzione.
manutenzione L’altezza
interpiano è di 3.6m ad eccezione di un primo livello seminterrato avente altezza 3.3m per
un’altezza complessiva di 20.30m.
8
La configurazione planimetrica dell’Edifico A è di tipo rettangolare con dimensioni in pianta
13.20x33.70m, così come riportato nella carpenteria tipo di Figura 2; L’edificio è dotato di un corpo
scala, anch’esso di forma rettangolare e dimensioni 7.40x4.10m, posto lungo il lato da 33.7m. E’
munito di scala metallica anti incendio che non è collegata alla struttura. L’Edificio A presenta un
vano ascensore 2.65x1.7m delimitato da un setto di dimensioni 3.45x0.2m che si riduce, dalla quota
6.9m, a 1.05m.
I pilastri hanno forma rettangolare a ciascun livello, le dimensioni variano a ciascun piano.
In particolare, al I livello hanno dimensioni 115x30cm, tre pilastri (quelli lato scale da 70x30) e un
unico pilastro (quello del vano ascensore è da 50x30cm) al II livello i pilastri 115x30cm rastremano
fino ad una sezione di 100x30cm (ad eccezione del pilastro numero 7 che rimane a sezione
costante), al III livello hanno sezione 90x30cm, al IV livello hanno sezione 80x30cm, al V livello la
sezione rimane di 80x30cm.
Figura 3. Carpenteria q.r.3.3m
9
Figura 4. Carpenteria q.r.6.9m
Figura 5. Carpenteria q.r. 10.5m
10
Figura 6. Carpenteria q.r. 14.1m
Figura 7. Carpenteria q.r. 17.7m
Le travi sono quasi tutte emergenti ad eccezione di tre travi quelle comprese tra il pilastro 10-11 e
15-14 che sono 100x30cm e quella compresa tra il pilastro 6-7 che ha sezione 26x200; la sezione
delle travi emergenti si riduce lungo l’altezza dell’edificio rispettivamente dal I al V livello hanno
sezione 30x100cm, 30x100cm, 30x80cm, 30x80cm, 30x60cm in copertura le travi hanno sezione
30x60cm.
Lungo i telai di perimetro sono presenti al piano interrato aperture per finestre aventi altezza di circa
0.8m nei piani sovrastanti le aperture hanno altezza netta di circa 1.5m
11
Edificio B
L’edificio si articola su 3 livelli all’ultimo dei quali spicca un torrino realizzato in corrispondenza
della biblioteca con funzione di illuminare la biblioteca. L’altezza interpiano è di 3.6m ad eccezione
di un primo livello seminterrato avente altezza 3.3m e del torrino che ha un altezza di 2.10m
2.10 per
un’altezza complessiva dell’edificio di 12.60m.
La configurazione planimetrica dell’Edifico B è di tipo quadrangolare con dimensioni in pianta
25.15x35.25m,
m, così come riportato nella
n
carpenteria tipo di Figura 8;; L’edificio è ospita gli uffici, la
biblioteca e l’ingresso principale della scuola.
I pilastri hanno forma rettangolare a ciascun livello, le dimensioni variano a ciascun piano. In
particolare, al I livello hanno dimensioni 120x30cm (pilastri esterni lato ingresso),
ingresso) 110x30cm,
100x30cm, ad eccezione di tre pilastri che hanno dimensioni 40x30cm, 30x30cm, 165x30cm, al II
livello i pilastri rastremano
ano con una riduzione della sezione lato lungo di 10 cm, al III livello la
sezione dei pilastri si mantiene costante.
Figura 8. Carpenteria q.r. 3.3m
Le travi lungo il perimetro sono tutte emergenti e hanno sezione 60x30cm costante lungo l’altezza
dell’edificio, le travi interne sono sia
sia emergenti che a spessore con sezione rispettivamente di
90x30cm o 80x30cm e 100x24cm.
12
Figura 9. Carpenteria q.r. 6.9m
Figura 10. Carpenteria q.r. 10.5m
Edificio C
L’edificio C è pressoché uguale all’edificio A ma si articola su 4 livelli oltre ad un sottotetto.
sottotetto
L’altezza interpiano è di 3.6m ad eccezione di un primo livello seminterrato avente altezza 3.3m per
un’altezza complessiva di 16.7m.
m.
13
La configurazione planimetrica dell’Edifico C è di tipo rettangolare con dimensioni in pianta
13.20x33.70m, così come riportato nella carpenteria tipo di Figura 11; L’edificio è dotato di un
corpo scala, anch’esso di forma rettangolare e dimensioni 7.40x4.10m, posto lungo il lato da 33.7m.
E’ munito di scala metallica anti incendio che non è collegata alla struttura.
L’Edificio C al contrario dell’Edificio A non ha l’ascensore.
I pilastri hanno forma rettangolare a ciascun livello, le dimensioni variano a ciascun piano.
In particolare, al I livello hanno dimensioni 120x30cm, 110x30cm, 70x30cm, al II livello i pilastri
120x30cm e quelli da 110x30cm rastremano fino ad una sezione rispettivamente di 110x30cm e
100x30cm, al III livello rastremano ulteriormente fino ad una sezione rispettivamente di 100x30cm
e 90x30cm, al IV livello si riducono fino ad una sezione rispettivamente di 90x30cm e 80x30cm.
Figura 11. Carpenteria q.r. 3.3m
14
Figura 12. Carpenteria q.r. 6.9m
Figura 13. Carpenteria q.r. 10.5m
15
Figura 14. Carpenteria q.r. 14.1m
Le travi sono quasi tutte emergenti ad eccezione di tre travi quelle comprese tra il pilastro 12-14,
11-15, 10-16 che hanno sezione 100x30cm; la sezione delle travi emergenti si riduce lungo l’altezza
dell’edificio rispettivamente dal I al IV livello hanno rispettivamente sezione 30x100cm, 30x90cm,
30x80cm, 30x60cm, in copertura le travi hanno sezione 30x60cm.
Lungo i telai di perimetro sono presenti al piano interrato aperture per finestre aventi altezza di circa
0.8m nei piani sovrastanti le aperture hanno altezza netta di circa 1.5m
Edificio D
L’edificio D ovvero le palestre della scuola, si articola su un unico livello oltre ad un soppalco che
contiene gli spalti. La configurazione planimetrica dell’Edifico D è simmetrica con due elementi in
pianta rettangolari di dimensioni 16.30x35.30m di altezza 10m, separati da un terzo elemento in
pianta 8.40x25.30m di altezza inferiore pari a 5m, così come riportato nella carpenteria tipo di
Figura 15.
L’edificio è dotato di un corridoio antistante che permette l’accesso alle palestre.
Il perimetro della palestra è caratterizzato da grandi pareti tamponate con finestre a nastro di
dimensione 15.10x7.5m.
16
Figura 15. Carpenteria primo solaio
Figura 16. Carpenteria copertura
17
Rilievo dell’ampiezza dei giunti
Dal primo sopralluogo effettuato si è rilevato che i 4 edifici che costituiscono il complesso
scolastico sono separati da giunti che risultano essere intonacati e tamponati: in fondazione sono in
adiacenza, in elevazione hanno uno spessore di circa 10 cm. I giunti risultano sufficienti, se
ripristinati, per gli interventi di miglioramento previsti e successivamente discussi. Al piano terra
non si prevede la necessità di giunti in quanto è prevista la realizzazione di setti in c.a. in continuità
che irrigidiranno l’intero interrato.
Il rilievo è stato effettuato mettendo a nudo porzioni di elementi strutturali (trave-trave e/o pilastropilastro) presenti alle estremità dei giunti e misurandone le distanze. L’indagine è stata effettuata in
corrispondenza di più livelli.
Figura 17. Disposizione in pianta dei giunti
18
Condizioni generali della struttura
Si riporta a seguire una breve sintesi delle condizioni generali degli edifici (per maggiori dettagli si
rimanda alla Relazione sulla vulnerabilità sismica)
Edifici A-B-C
Le strutture dei corpi A,B e C risultano essere fortemente ammalorate: tutti gli edifici manifestano
problemi di carbonatazione, corrosione delle armature, infiltrazione di acqua.
Dai rilievi e dai saggi eseguiti: è risultata una qualità dell’edificato non conforme alle specifiche
tecniche riportate negli elaborati tecnici di progetto:
•
•
•
•
dettagli costruttivi difformi dagli elaborati di progetto (es. passo delle staffe fortemente
variabile, assenza di staffe in alcuni pilastri, osservata in una trave assenza di armature
longitudinali in zona compressa)
resistenza del calcestruzzo inferiore ai valori di progetto (il progetto prevedeva un Rck 25
mentre le prove sui campioni hanno evidenziato resistenze inferiori pari, in alcuni casi a
inferiori ad Rc 15 rif. prove di caratterizzazione sui materiali).
assenza di fasce piene e travetti rompi tratta per i solai caratterizzati da luci dell’ordine di
7,5m ed in alcuni casi anche superiori ai 9 m.
soletta in c.a. dei solai di spessore variabile e comunque sempre modesto
Dalle prove di Carico eseguite sui solai: è emerso che: i solai hanno manifestato, per un carico di
prova coincidente con il carico di esercizio secondo il DM 2008 Qk,DM2008 = 300 kg/mq, inferiore al
carico di progetto Q k,design =350 kg/mq, forti deformazioni residue.
Tali risultati sono conformi ai risultati numerici circa la presunta capacità portante dei solai (non
sono stati rinvenuti documenti tecnici)L significativa freccia residua.
Caratterizzazione meccanica di calcestruzzo ed acciaio da c.a.
Per la caratterizzazione meccanica dei materiali sono state previste prove distruttive e non
distruttive per ognuno dei tre edifici principali.
Le prove non distruttive hanno portato alla valutazione della resistenza del cls per travi e pilastri:
Tab. 1 Risultati delle prove non distruttive
Edificio
A
B
C
D
Rckm travi
Rckm
23.7
22.8
24.5
29.8
R*ckm
23.6
22.8
24.4
29.9
Rckm pilastri
Rckm
21.4
20.0
24.5
30.2
R*ckm
21.5
20.0
24.4
30.3
19
Il valore di Rckm è stato calcolato considerando in prima battuta la media dell’indice di rimbalzo, è
stato poi calcolato il valore della resistenza considerando la media dell’indice di rimbalzo depurata
del valore massimo e minimo (R*ckm).
Si è a disposizione, inoltre, dei risultati ottenuti dalle prove effettuate sulle carote di travi e pilastri,
attraverso cui è stata misurata la resistenza cubica a compressione del cls.
Si riportano di seguito i risultati delle prove; è stato calcolato un valore medio tra la resistenza
ottenuta delle prove Sonreb e quelle distruttive.
Tab. 2 Risultati delle prove distruttive e valori mediati con i risultati ottenuti dal metodo Sonreb
Edificio Rc = Resist. provino (MPa) (Rc+Rc_sonreb)/2
A
17.11
21.30
B
12.43
18.50
C
13.69
19.90
D
24.39
25.20
Media
15.968
21.22
(Rc= valor medio della resistenza dei cmpioni prelevati da ciascun edificio)
L’acciaio utilizzato negli edifici A,B,C risulta l’Aq42 con le seguenti caratteristiche:
Tab. 3 Caratteristiche meccaniche dell’acciaio Aq42 (Edifici A,B,C)
kg/cm2 Mpa
Tensione di rottura
4200
420
Tensione di snervamento
2700
270
Allungamento
20%
Tensione ammissibile
1400
140
Non sono state eseguite prove di caratterizzazione dell’acciaio dell’edificio D essendo questo di
moderna realizzazione:
Acciaio da c.a. FeB 44 K
20
Vulnerabilità sismica
Considerazione sulla resistenza ai carichi gravitazionali
Dalle verifiche di resistenza delle strutture eseguite:
Edifici A,B1,C
Solai: è emersa la criticità dei solai, a conferma dei risultati ottenuti anche dalle prove di carico, dei
quali è stata valutata la resistenza a taglio e flessione sulla base delle informazioni a disposizione.
Sulla base delle valutazioni fatte i solai risultano avere una resistenza inferiore alla sollecitazione di
taglio e flessione relativa ai carichi attesi per l’edificio. Pertanto dovranno essere previsti interventi
di adeguamento.
Travi - per carichi gravitazionali: per alcune travi esistono condizioni di resistenza, in particolare la
resistenza a taglio, inferiore alla sollecitazione indotte dai carichi previsti. Ciò è dovuto anche ad un
probabile errore di stima del peso proprio dei solai (nel progetto originale i solai sono stati calcolati
come fossero di spessore (22.5+4) cm anziché 30-36 cm ed è stato trascurato il peso delle pignatte e
delle tramezzature). Pertanto dovranno essere previsti interventi di adeguamento
Pilastri- per carichi gravitazionali: la capacità portante dei pilastri risulta essere complessivamente
adeguata, sono comunque evidenti problemi relativi alla corrosione delle armature ed all’assenza di
staffe. Pertanto dovranno essere previsti interventi di ripristino delle armature.
Edificio D. L’edificio D, di più moderna realizzazione, non manifesta problemi strutturali legati ai
carichi verticali presenti.
Determinazione della vulnerabilità sismica
In particolare non risulta essere verificata in maniera diffusa la gerarchia delle resistenze. Le
sollecitazioni di calcolo relative alla combinazione sismica superano la resistenza di travi e pilastri
sia per taglio che per flessione.
In particolare si sottolineano importanti carenze in termini di dettagli costruttivi: assenza di
sufficiente ancoraggio delle barre di armatura (per tutti gli edifici), nodi scarsamente confinati
(edificio A e C) a causa di travi e pilastri aventi geometrie irregolari, nell’edificio B sono assenti
1
per l’edificio B non si possiedono elaborati tecnici, è stato quindi necessario ricorrere ad una
progettazione simulata.
21
telai paralleli all’orditura del solaio a cui è affidato integralmente la resistenza alle azioni orizzontali
in una direzione, pertanto si può affermare che, in tale direzione, manca un vero sistema sismoresistente. L’edificio D, di più moderna realizzazione, è in grado di sostenere azioni sismiche
benché non risulti adeguato a sostenere il 100% dell’azione di calcolo; si evidenziana comunque la
presenza di grandi pareti di tamponatura suscettibili di ribaltamento in caso di evento sismico e
importanti finestrature a nastro tali da poter innescare meccanismi di pilastro tozzo.
Valutazione della vulnerabilità
Escludendo le criticità già evidenziate anche per le condizioni di carico gravitazionale, ovvero la
capacità resistente delle travi al taglio (in taluni casi anche a flessione) ed anche la resistenza dei
nodi, è possibile individuare un coeff. a (capacità/domanda)2 indicativo della capacità sismica
della struttura per i soli meccanismi duttili (tale valutazione prescinde dalla necessità di interventi
quali ad es: pulizia dei giunti, rinforzo o demolizione di elementi fatiscenti, ripristino di armature
corrose e copri ferro, interventi per la stabilità di grandi pareti tamponate, rinforzo dei solai):
Edificio
a (capacità/domanda)
A
(aule)
0,33
C
(aule)
0,33
B
(uffici, biblioteca) 0,33 (da progetto simulato)
D
(palestre)
2
α=
0,8
PGACLV
(PGACLV = accelerazione orizzontale massima su sito di riferimento rigido orizzontale che può essere
PGA RIF
sostenuta dall’edificio rispettando lo SLV; PGARIF = accelerazione orizzontale massima su sito di riferimento rigido
orizzontale che ha una probabilità di essere superato pari al 10% (PVr=10%) in un tempo pari al periodo di riferimento
dell’opera).
22
Interventi strutturali
Obiettivo degli interventi strutturali
Le strutture del Liceo Scientifico Vitruvio Pollione di Avezzano sono state oggetto di un’
approfondito studio finalizzato alla determinazione della vulnerabilità sismica della struttura. I
risultati ottenuti a seguito di questa valutazione hanno evidenziato carenze strutturali anche per i
soli carichi gravitazionali. In particolare la struttura, che per di più appare gravemente ammalorata,
è caratterizzata da solai e travi che in alcuni casi non sono in grado di offrire un’adeguata resistenza
ai soli carichi gravitazionali. Finalità principale degli interventi strutturali è quella di garantire la
resistenza ai carichi gravitazionali di travi e solai (i pilastri non manifestano carenze di resistenza
per carichi gravitazionali) e di ripristinare le porzioni di calcestruzzo ammalorate e le armature
corrose o assenti a causa di una non corretta realizzazione dell’opera.
La fase successiva del progetto interessa la capacità sismica delle strutture in oggetto. Gli edifici
sono stati realizzati in periodi diversi ma è possibile distinguerli in due categorie:
1) edificio A, B e C realizzati tra gli anni ’60 e ’70 con materiali di qualità scadente e tecniche
obsolete (degli edifici A e C sono stati reperiti alcuni elaborati tecnici grafici e di calcolo,
dell’edificio B non è disponibile alcun documento tecnico ed è stato eseguito). I tre edifici
sono caratterizzati da un coefficiente di vulnerabilità sismica a=capacità/domanda pari3 a
0,3. Gi interventi progettati sono finalizzati al raggiungimento dell’adeguamento delle
strutture all’azione sismica di calcolo per lo SLV.
2) edificio D di più moderna realizzazione, costruito con materiali di migliore qualità (acciaio
ad aderenza migliorata) e in un miglior stato di conservazione delle strutture. Tale edificio
risulta essere in grado di sostenere un’azione sismica caratterizzata da una pga pari all’80%
della pga di progetto per un’adeguamento e può essere agevolmente adeguato mediante
modesti interventi (interventi sono comunque necessari per la messa in sicurezza delle
grandi pareti tamponate presenti sulle facciate)
3
valutazione ottenuta escludendo i meccanismi fragili che porterebbero tale coefficiente a 0.0
poiché alcuni elementi sono inadeguati anche per i soli carichi gravitazionali
23
Descrizione generale degli interventi
Gli interventi strutturali possono essere distinti tra interventi in fondazione, interventi in elevazione
ed interventi sui giunti strutturali.
Le strutture sono caratterizzate dalla presenza di giunti che separano gli edifici A dal B il B dal C ed
il D dalla struttura di collegamento denominata “corridoio” ovvero un percorso pedonale coperto
che collega l’edificio B all’edificio D attraverso il cortile della scuola. I giunti hanno dimensione
nulla ai livelli interrati (le strutture sono state realizzate in aderenza benché siano distinte) mentre
hanno una dimensione pari a circa 10 cm in elevazione. Dunque, in virtù dell’assenza di giunti agli
interrati e del modesto livello di conoscenza delle caratteristiche delle strutture di fondazione4 si è
deciso di inglobare tutti gli interrati con setti in c.a. che spiccano dalle travi rovesce di fondazione,
inglobano i pilastri esistenti e terminano sulle travi del primo livello.
I setti costituiranno una scatola rigida che connetta tutti i livelli interrati come un’unica struttura
solidale tale da eliminare il problema del giunto in aderenza, rinforzare le strutture di fondazioni in
virtù di un efficace effetto di redistribuzione delle sollecitazioni e contestualmente eliminare
problemi di resistenza delle travi al primo livello su cui tali pareti termineranno.
La scelta di realizzare setti in c.a. è inoltre conseguente alla necessità di realizzare elementi con
capacità di contenimento delle terre: infatti la struttura esistente è caratterizzata da pareti murarie
direttamente contro terra (non sono presenti dreni o intercapedini).
In elevazione i giunti esistenti saranno ripristinati poiché attualmente ostruiti da mattoni e quindi i
corpi di fabbrica saranno reciprocamente sconnessi fuori terra.
I solai diffusamente sottodimensionati e comunque ammalorati saranno rinforzati mediante
l’inserimento di travi rompi tratta in acciaio che, convergendo sulle travi secondarie, potranno
ridurre le sollecitazioni sulle travi principali esistenti. Conseguentemente dovranno essere rinforzate
le travi secondarie insieme con tutte quelle travi e pilastri che manifestano una insufficiente capacità
resistente 8sono previsti interventi diffusi di rinforzo delle travi e dei pilastri).
Nel caso dell’edificio B, più basso degli altri, l’intero intervento prevede l’utilizzo di pareti in c.a.
che ricostituiscano una struttura resistente alle azioni orizzontali (l’edificio B ha telai
4
Le fondazioni risultano essere prive di lesioni e cedimenti
24
monodirezionali collegati trasversalmente solamente dai solai). Pertanto alcuni dei setti in c.a.
continueranno in elevazione sino alla copertura.
Sugli edifici più alti, edificio A ed edificio C, l’intervento strutturale prevede l’adozione di
controventi dissipativi. I controventi saranno disposti esclusivamente sui telai interni all’edificio col
fine di non alterare l’architettura delle facciate della scuola e conservare i volumi esistenti e le
superfici finestrate.
Gli interventi con controventi dissipativi e pareti in c.a. non escludono la necessità di un rinforzo
della soletta dei solai in latero-cemento: deve essere garantito un comportamento ad impalcati rigidi
delle strutture col fine di redistribuire l’azione sismica.
Sono necessari interventi localizzati di demolizione di elementi di valenza architettonica presenti
sulla copertura dell’edificio B ed attualmente fatiscenti.
Interventi sui giunti
I giunti saranno eliminati in fondazione poiché le strutture saranno collegate reciprocamente
mediante la realizzazione di setti in c.a. che inglobino i tre edifici contigui: edificio A, B, C.
L’edificio D, realizzato in aderenza con le modeste strutture del corridoio esterno, dovrà essere ad
esso connesso col fine di scongiurare possibili martellamenti in caso di evento sismico.
In elevazione saranno scollegati gli edifici A, B, C mediante una pulizia dei giunti esistenti le cui
dimensioni risultano essere sufficienti a garantire, senza martellamento, gli spostamenti tra gli
edifici adiacenti.
Interventi strutturali sulle fondazioni
Come precedentemente detto non sono previsti interventi di rinforzo sulle fondazioni. Si è invece
previsto di spiccare direttamente dalle fondazioni delle pareti in c.a. tali da garantire un
comportamento rigido, solidale e di redistribuzione diffusa delle sollecitazioni trasmesse dalla
struttura in elevazione.
L’inserimento dei setti perimetrali al piano interrato degli edifici rende necessaria l’esecuzione di
uno scavo, poiché le tamponature si trovano direttamente contro terra: si è rilevata inoltre l’assenza
di un’intercapedine e di dreni e dunque la necessità di prevedere un intervento che garantisse il
necessario isolamento del piano interrato.
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Lo scavo previsto ha una profondità di circa 2 m con una pendenza tale da non rendere necessario
l’uso di elementi di sostegno. È stato inoltre previsto il rivestimento con telo tessuto non tessuto del
terreno per evitare problemi di infiltrazione d’acqua dovuta alla risalita capillare nel terreno. A
ridosso del muro è prevista una guaina con funzione isolante che ricopre la superficie per tutta
l’altezza dello scavo.
È stata inoltre prevista la realizzazione di un getto di cls non armato alla base dello scavo, su cui
posizionare un tubo drenante. Lo scavo deve essere poi riempito con materiale di risulta.
Figura 18. Realizzazione pareti contro terra e dreni.
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Figura 19. Edifici A,B,C: planimetria delle fondazioni esistenti e fronti di scavo per realizzazione drenaggi
Edificio A
Le fondazioni esistenti sono costituite da travi rovesce. Da esse spiccheranno le pareti in c.a.; le
pareti perimetrali costituiranno un’opera di contenimento delle terre. Le pareti realizzate in
corrispondenza del corpo adiacente connetteranno i due edifici in modo da solidarizzare i corpi
interrati.
Edificio B
Le fondazioni esistenti sono costituite da travi rovesce (dati ottenuti da rilievo a campione e
progetto simulato). Da esse spiccheranno direttamente le pareti in c.a., laddove siano assenti
saranno invece realizzate delle fondazioni di tipologia analoga a quelle esistenti; anche in questo
caso le pareti perimetrali costituiranno un’opera di contenimento delle terre.
Le pareti realizzate in corrispondenza del corpo adiacente connetteranno i due edifici in modo da
solidarizzare i corpi interrati.
Edificio C
Le fondazioni esistenti sono costituite da travi rovesce. Da esse spiccheranno le pareti in c.a.; le
pareti perimetrali costituiranno un’opera di contenimento delle terre.
Le pareti realizzate in corrispondenza del corpo adiacente connetteranno i due edifici in modo da
solidarizzare i corpi interrati.
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Edificio D
Le fondazioni esistenti sono costituite da plinti reciprocamente collegati. Non sono stati previsti
interventi di rinforzo.
Figura 20. Edificio D: fondazioni esistenti
Interventi strutturali in elevazione
Gli interventi da eseguire sugli edifici seguono approcci differenti benché abbiano lavorazioni
comuni. L’intervento è finalizzato a garantire che l’edificio sia in grado di sostenere un evento
sismico severo caratterizzato da un ag,SLV=0.284.
La scelta degli interventi è stata finalizzata alla eliminazione o riduzione significativa delle carenze
strutturali riscontrate legate ad errori di progetto e di esecuzione, o al degrado degrado dei materiali
e ai danni subiti dagli elementi. Gli interventi sono volti al miglioramento del comportamento
strutturale: aumento di resistenza e delle capacità di dissipazione, riduzione della possibilità di
creazione di meccanismi fragili.
Figura 21. Schema dell’adeguamento sismico
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Ai due piani superiori dell’edificio B è previsto ancora un rinforzo in setti di c.a. per conferire
all’edificio resistenza alle azioni orizzontali e rigidezza (limitandone gli spostamenti).
spostamenti)
Invece ai piani superiori degli
gli edifici A e C (rispettivamente di 4 e 3 piani) è previsto l’inserimento
di controventi dissipativi. Per l’intervento
intervento è stato dimensionato un sistema di controventi dissipativi
ad instabilità impedita tipo BRAD (buckling restrained
restraine additional dampers).
Il progetto dei controventi garantisce una performance strutturale tale da non incrementare le forze
in fondazione e limitare gli spostamenti entro il campo di deformazioni compatibile con la capacità
strutturale dell’edificio rinforzato.
zato.
La distribuzione dei controventi dovrà limitare e rendere costante in elevazione la deformazione
interpiano. Per azioni sismiche allo SLD le deformazioni interpiano dovranno essere compatibili
con la capacità de formativa delle tamponature scongiurando
scongiurando danni ad elementi strutturali e non
strutturali.
I controventi dissipativi sono stati distribuiti su tutta l’altezza
l
dell’edificio (Figura
igura 22) ad eccezione
del livello seminterrato che è stato irrigidito con setti in c.a. in modo da garantire una ottimale
ottima
redistribuzione delle forze in fondazioni di cui si avevano poche informazioni.
informazioni.
Figura 22. Distribuzione dei controventi all’interno dei telai interni all’edificio A
Ai piani superiori, come mostrato dai rilievi effettuati, il giunto tra gli edifici,
edifici, se ripristinato, è
dell’ordine dei 10cm e dunque sufficiente a garantire che ogni edificio abbia un comportamento
autonomo (il corpo B, irrigidito da setti in c.a. subirà modeste deformazioni garantendo ampio
margine ai corpi dotati di controventi dissipativi).
dissipativi) La dimensione del giunto deve essere superiore
alla somma della deformazione massima dei due corpi adiacenti.
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Per poter eseguire un intervento di questo genere è necessario rinforzare la struttura sia per le
carenze già esistenti sia la dove i controventi andranno a modificare lo stato di sollecitazione.
Per tutti gli edifici è previsto un irrigidimento dei solai nel proprio piano che possa creare la
condizione di impalcato rigido, e l’inserimento di travi rompi tratta, le quali andranno a gravare per
la maggior parte dei casi sulle travi calate esistenti che sono da rinforzare con fasciature in fibre di
carbonio (FRP). Le fasciature in FRP vengono disposte anche su tutti i pilastri per garantire una
sufficiente resistenza a taglio data la scarsa capacità messa in evidenza dall’analisi di vulnerabilità.
Per l’edificio D di più recente realizzazione sono previsti interventi meno invasivi.
Nei seguenti paragrafi saranno illustrate nel dettaglio le scelte effettuate.
Edificio A/B/C - irrigidimento dei solai nel proprio piano
I solai, del tipo latero - cementizio, hanno luci importanti anche superiori a 7.5 m. Lo spessore della
soletta che compone il solaio è modesto e molto variabile all’interno degli edifici a causa di una
realizzazione poco accurata. I travetti che compongono il solaio sono in precompresso e con
evidenti problemi di infiltrazioni (la capacità resistente non è nota poiché non esistono elaborati di
progetto relativi ai solai).
Col fine sia di rinforzare i solai sia di creare un piano rigido si è deciso di prevedere l’inserimento
di una soletta armata. Il solaio allo stato di fatto ha un’altezza di circa 30 cm con una soletta in
calcestruzzo di 3-4 cm, un massetto di 4 cm e la pavimentazione, costituita da marmittoni in
marmo con spessore 2.5-2.8 cm.
Figura 23.Sezione solaio allo stato attuale
La nuova soletta in c.a. sarà collegata alla soletta esistente tramite piolatura con passo 50x50; il
calcestruzzo usato è di tipo auto compattante, per facilitarne l’esecuzione e ridurre i tempi di
realizzazione; è prevista, inoltre, la messa in opera di una rete elettrosaldata.
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Figura 24.Sezione solaio dopo l’adeguamento
Per conferire continuità alla rete elettrosaldata su tutto il solaio andranno previste delle tasche nei
tramezzi e nelle tamponature esistenti; all’interno di esse vengono fatti passare armature di
collegamento legate alla rete elettrosaldata della soletta.
Edificio A/B/C - realizzazione di travi rompi tratta in acciaio
Per adeguare i solai ai carichi agenti si è deciso di inserire travi rompi tratta in acciaio
ortogonalmente alla luce degli stessi.
Particolare attenzione è stata posta nello studio delle connessioni delle travi rompi tratta. È stato
prevista una sella di appoggio inghisata alle travi in c.a. esistenti
Figura 25. Particolare attacco trave rompi tratta
Edificio B - realizzazione di fasce piene
Col fine di realizzare un telaio tridimensionale, attualmente assente, è prevista la realizzazione di
fasce piene che colleghino gli elementi sismoresistenti: si prevede dunque la demolizione di fasce di
solaio (pignatte + soletta) da 35cm in luogo delle quali verrà realizzata una trave a spessore. La
demolizione effettuata viene sfruttata per il passaggio dei setti in continuità ai vari piani.
Gli interventi di irrigidimento del solaio, unitamente alle travi a spessore, garantiscono una corretta
trasmissione delle azioni sismiche agli elementi verticali.
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Edificio A/B/C - Inserimento di setti in c.a.
Come già detto è prevista la realizzazione di setti in cemento armato per tutti i telai del piano
seminterrato dei tre edifici oggetto dell’adeguamento e ai piani superiori del solo Edificio B
escludendo i telai che comprendono travi perimetrali.
I setti previsti dal progetto e andranno inseriti tra gli elementi esistenti inglobando quindi al loro
interno le travi esistenti, larghe 30cm e tutti i pilastri che hanno sempre una delle due dimensioni
pari a 30cm. Il calcestruzzo scelto per la realizzazione dei setti è di tipo autocompattante, per
facilitare la realizzazione degli elementi in quanto non risulta necessaria la sbatacciatura a seguito
del getto.
Al fine di rendere funzionale l’inserimento dei setti è prevista la realizzazione della continuità del
nuovo getto con gli elementi esistenti. In particolari i setti vengono collegati sia alle travi rovesce
presenti in fondazione, sia alle travi calate in elevazione, sia ai pilastri esistenti. Il collegamento
con le fondazioni avviene praticando dei fori verticali nelle travi rovesce in cui vengono inserite
delle barre di attesa, ancorate con l’utilizzo di resina epossidica tipo HIT-RE500SD o equivalente;
tali barre verranno poi inglobate dal setto al fine di garantire la corretta trasmissione delle azioni.
Anche il collegamento con il pilastro avviene disponendo delle barre di attesa; in particolare,
vengono praticati dei fori lungo il lato corto dei pilastri, in cui vengono inseriti ferri ancorati nel
pilastro grazie all’utilizzo di resine. Questi ferri verranno inglobati nel getto del setto e avranno la
funzione di collegarlo con il pilastro.
Figura 26. Collegamento dei setti ai pilastri
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Edificio A /C - realizzazioni di rinforzi in FRP
L’elevata vulnerabilità a taglio delle travi e dei pilastri, rilevata nell’analisi di vulnerabilità sismica,
ha portato alla scelta di un intervento di fasciatura esterna degli elementi mediante polimeri
fibrofinforzati (FRP). Le fasciature in FRP sono caratterizzate da numerosi aspetti positivi quali
l’alto rapporto resistenza-peso, l’inattaccabilità dalla corrosione e la facilità di applicazione, di
contro il costo dei materiali risulta molto alto.
Finalità dell’intervento è quello di garantire rinforzo a taglio e l’incremento di duttilità.
Oltre al rinforzo a taglio necessario su tutti i pilastri è risultato necessario predisporre un rinforzo in
FRP anche sulle travi calate a cui sono state collegate le travi rompi tratta e a cui verranno trasferiti
i carichi accidentali del solaio e i nuovi permanenti.
Figura 27. Rinforzo delle travi con l’utilizzo di FRP
Edificio A /C - Inserimento dei controventi dissipativi
L’inserimento dei controventi dissipativi è previsto nei piano rialzati dell’edificio A e C, giuntati
rispetto al resto del complesso scolastico. In questo capitolo verrà trattato solo l’aspetto della
disposizione geometrica dei controventi.
La distribuzione spaziale in pianta dei controventi è tale da garantire il minor impatto possibile con
l’architettura dell’edifico di cui conserva integralmente i prospetti.
Disposizione dei controventi in direzione longitudinale
Viene sfruttato il telaio di spina centrale composto da 5 campate, le quali vengono tutte impegnate
in ciascun piano. In direzione longitudinale vengono dunque disposti 5 controventi ad ogni piano
tutti lungo lo stesso telaio
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Figura 28. Distribuzione dei controventi in direzione longiutudinale
Non viene compromessa la funzionalità dell’edificio, infatti il telaio longitudinale ospita le porte di
ingresso alle aule, ma grazie all’elevata luce delle travi (fino a 6,5m) è sempre possibile ridisporre
una porta di dimensioni adeguate. In figura viene rappresentato schematicamente il caso peggiore
da questo punto di vista ossia il piano inferiore dell’edificio. A in cui le travi hanno altezza 100cm e
i pilastri larghezza 115cm: se si dispone un controvento di larghezza 20cm è sempre possibile
disporre una porta larga 1m e alta 2m. Ai piani superiori lo spazio disponibile è maggiore grazie alla
rastremazione sia dei pilastri sia delle travi.
Figura 29. Rinforzo Disposizione del controvento nella maglia più piccola
Si sottolinea come la distribuzione dei controventi sia stata pensata in modo che gli sforzi che i
controventi inducono sui nodi si bilancino il più possibile tra loro come mostrato nelle figure
seguenti in cui si confronta una disposizione in cui non di tiene conto di questo aspetto disponendo
tutti i controventi parallelamente l’uno rispetto all’altro.
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Figura 29. Effetto della distribuzione dei controventi sui nodi
Disposizione dei controventi in direzione trasversale
in direzione trasversale sarebbero disponibili 6 telai, ma anche in questo caso vengono conservati i
due telai perimetrali. I controventi vengono dunque disposti nei 4 telai centrali, così da avere anche
in questo caso una distribuzione simmetrica rispetto alla geometria dell’edificio. Ogni telaio è
composto da 3 campate di cui due troppo piccole (disponendo dei controventi in quelle campate si
interferirebbe con la funzionalità dell’edifico). I controventi vengono dunque disposti sulla campata
più grande in cui precedentemente alloggiavano le tamponature o i tramezzi divisori tra le varie aule
che verranno successivamente ristabiliti senza interferire con le aule esistenti.
Figura 28. Distribuzione dei controventi in direzione trasversale
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Collegamento dei controventi dissipativi al telaio
La progettazione di connessioni adeguate è di fondamentale importanza: qualora gli attacchi non
fossero progettati a dovere si renderebbe inutile l’inserimento dei controventi. Infatti se la
connessione non fossero in grado di resistere alle sollecitazioni indotte dalla struttura, allora non
riuscirebbero neppure a trasferire ai controventi le azioni che attiverebbero i cicli di isteresi.
È stata dunque posta particolare attenzione nella progettazione delle connessioni dei controventi ai
nodi: in particolar modo in un edifico costruito per resistere ai soli carichi verticali, in cui i nodi
sono privi di staffatura, questo aspetto è di particolare rilevanza. Si è dunque provveduto a
realizzare il particolare dell’attacco dei controventi in tutte le possibili configurazioni di telaio che
si hanno nella struttura data la variabilità delle sezioni degli elementi presenti.
Gli attacchi hanno la funzione di cerchiare completamente il nodo sia nelle direzioni trasversale e
longitudinale sia nella direzione verticale: l’azione trasmessa dai controventi dovrà essere assorbita
dalla carpenteria metallica scaricando completamente i nodi in c.a. esistenti.
Figura 29. Particolare attacco a 4 vie controvento-telaio
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Edificio A/B/C/D - altri interventi necessari
Oltre agli interventi descritti ai paragrafi precedenti si è riscontrata la necessità della realizzazione
di altri interventi di varia natura: alcuni finalizzati al miglioramento della sicurezza strutturale, altri
alla miglioria della qualità della vita nella scuola.
•
Ripristino del copriferro pilastri esterni
•
Impermeabilizzazione delle coperture
•
Realizzazione di giunti tra le tamponature esterne e i pilastri
•
Interventi antiribaltamento dei tramezzi
Edificio D - adeguamento
Le strutture dell’edificio D, di più moderna realizzazione sono caratterizzate da un coefficiente di
capacità/domanda pari a 0,8. Nel progetto viene previsto un adeguamento al 100% della domanda
simica mediante l’inserimento di controventature sulle pareti della struttura (Figura 32) e mediante
l’eliminazione del giunto in aderenza tra le strutture della palestra e quelle del corridoio coperto
(Figura 31).
L’intervento strutturale deve essere accompagnato da altri interventi finalizzare alla messa in
sicurezza degli elementi non strutturali. In particolare si sottolinea la presenza di importanti pareti
tamponate da stabilizzare con sistemi antiribaltamento.
Da prevedere anche interventi di manutenzione della copertura.
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Figura 30. Palestre: carpenteria primo solaio
Figura 31. Dettaglio connessione palestra-corridoio (giunto in aderenza)
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Figura 32. Dettaglio controventature sui telai perimetrali
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Materiali per l’intervento di miglioramento
Calcestruzzo
-Rck = 37 MPa (resistenza caratteristica cubica a compressione)
-fck = 30 MPa (resistenza caratteristica cilindrica a compressione)
Acciaio per barre d’armatura
B450C
-ftk = 540 MPa (resistenza caratteristica a rottura)
-fyk = 450 MPa (tensione caratteristica di snervamento)
-Es = 210.000 MPa (modulo elastico istantaneo)
Acciaio per carpenteria metallica
S 355
Es = 210.000 MPa
-ftk = 510 MPa (resistenza caratteristica a rottura)
-fyk = 355 MPa (tensione caratteristica di snervamento)
FRP Rinforzi con fibre di carbonio
Resistenza a trazione 4500 MPa
Modulo a trazione 250 GPa
Allungamento a rottura 2.1 %
Controventi dissipativi
La scelta dei controventi dissipativi sarà inoltre vincolata al rispetto delle norme vigenti riguardo
alle procedure di qualificazione ed accettazione dei dispositivi, secondo quanto definito nelle
Norme Tecniche per le Costruzioni (NTC 2008).
Il progetto dovrà tener conto delle caratteristiche meccaniche degli specifici dispositivi scelti
(sperimentalmente determinate).
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