UN CASO REALE

CUNEO 15 Aprile 2014 Ing. Adriano Scarzella

I recenti sismi avvenuti in Italia, in particolare quello dell’Aquila nel aprile 2009 e dell’Emilia nel maggio 2012, hanno causato il crollo di numerosi capannoni industriali, portando l’attenzione sulla questione della sicurezza sismica delle strutture costituite con elementi prefabbricati in c.a. e c. a. p. in quanto non adeguate a sopportare le forze sismiche

00 PREMESSA

Il presente studio vuole solo dare indicazioni di tipo progettuale generale che andranno poi attuate in un progetto esecutivo.

01 INTRODUZIONE

Lo studio è relativo ad un fabbricato a destinazione a palestra in calcestruzzo armato prefabbricato, realizzato precedentemente all’emanazione delle vigenti Norme Tecniche per le Costruzioni del 2008.

Tra i motivi di questi collassi possono essere individuate in particolare quattro cause ricorrenti:

La mancanza di collegamenti tra elementi strutturali, ovvero tra tegoli e travi e tra travi e pilastri;

La carenza strutturale dei pilastri, in termini di resistenza e di duttilità;

La presenza di elementi di tamponatura prefabbricati non adeguatamente vincolati alla struttura;

La presenza di scaffalature non controventate, portanti materiali pesanti, che possono collassare coinvolgendo la struttura, causandone il danneggiamento o addirittura il crollo.

EDIFICIO PALESTRA -SERVIZI

Il fabbricato sito nel Comune

di Bra è composto da due

porzioni di fabbricato: una

parte con telai in calcestruzzo

prefabbricato e una adiacente

in calcestruzzo armato in

opera

EDIFICIO PREFABBRICATO

Sono state recuperate alcune tavole di progetto :

1.1 FONDAZIONI

Le fondazioni come risulta dal progetto sono costituite da plinti collegati con un cordolo perimetrale ed una trave rovescia centrale che ha anche la funzione di sorreggere il solaio del piano terreno.

01 DISEGNI PALESTRA PREFABBRICATA

1.2 SEZIONE TRASVERSALE

Sezione trasversale su solaio

a piano terra, coppelle di

copertura e trave di bordo e

con vista dei plinti di

fondazione, dei pilastri e

della trave principale con

indicazione dell’altezza di

7,90 mt.

1.3 PARTICOLARE

Coppelle di copertura delle

dimensioni di 490 x100 cm.

semplicemente appoggiate

sulle travi principali

1.4 PARTICOLARE TRAVI

Travi principali ad altezza

variabile da cm. 100

all’appoggio a 148 cm. in

mezzeria con una larghezza

da cm. 20 all’appoggio a 15

cm. in mezzeria

1.5 PARTICOLARE PILASTRI

pilastri prefabbricati ad H

40x45 cm. lunghi 980 cm.,

infissi 100 cm. nel bicchiere

e con 50 cm. di forcella

Armatura 6 16 fino a 4,50

mt. e 4 16 sopra fino alla

forcella

2.1 La parte prefabbricata della struttura è rappresentata da un capannone a telai monodimensionali:

- Struttura a telai semplici paralleli

- - Plinti collegati con travi rovesce

- - Pilastri prefabbricati a forma di H delle dimensioni esterne di 40x 45 cm. con forcelle per appoggio trave inseriti in plinti a bicchiere

- - Travi trasversali a sezione variabile appoggiate su pilastri

Particolare dell’appoggio della trave prefabbricata

nella forcella del pilastro

02 FOTOGRAFIE

2-2 TIPOLOGIA COPPELLE

Vista appoggio della trave

sul pilastro e delle coppelle

di copertura

2.3 VISTA INTERNA

-Lateralmente è presente

una tamponatura in doppio

pannello di muratura da 12

cm ma con altezza fino a 4,5

mt.

Sulla parete di fondo la

tamponatura è completa a

soffitto. Nessun tipo di

collegamento meccanico tra

i vari elementi strutturali.

2.4 - I tamponamenti

perimetrali di chiusura sono

fissati ai pilastri mediante

semplice incastro della parete

esterna nell’incavo del pilastro.

Non esistono collegamenti

meccanici (staffature,

bullonerie, etc.) fra gli

elementi strutturali principali

(travi, pilastri) dato che

l’approccio progettuale

utilizzato non considerava le

azioni sismiche.

2. 5 EDIFICIO A SERVIZI

La struttura gettata in opera

è costituita attorno al corpo

centrale della scala, ha due

piani, un tetto con un

frontale molto marcato, ha

un’altezza di 6,5 mt. E’

destinata a servizi per la

palestra.

2.6 COLLEGAMENTO TRA

STRUTTURE

Le due strutture sono

adiacenti anche se

strutturalmente separate.

Il frontale del tetto basso

però può martellare il

pilastro prefabbricato

03 MODELLAZIONE STRUTTURALE

3.1 MODELLAZIONE

Modellazione strutturale della

sola parte con pilastri

prefabbricati.

Il complesso strutturale è

stato rappresentato da un

modello agli elementi finiti,

schematizzando la struttura in

maniera adeguata allo scopo

delle analisi, mediante il

ricorso a elementi

monodimensionali per travi,

pilastri

UN CASO REALE

PALESTRA

3.2 DEFORMATA

(AUTOVETTORE 2)

Si può ben vedere come gli

effetti torcenti della struttura

che si creano a causa

dell’eccessiva rigidezza della

parete retrostante a tutt’altezza,

genera dei momenti maggiori

sui pilastri più distanti da tale

parete.

Per tale motivo non risultano

soddisfatte le verifiche a

flessione di ben 10 elementi

colonna su un totale di 12

04 ESITO FINALE DEL CALCOLO PRELIMINARE:

A – Da modellazione

1) - Inefficacia da parte di numerosi pilastri a sopportare la prevista sollecitazione sismica necessità di incremento della sicurezza;

2) - Necessità di formare giunti tra pareti perimetrali e pilastri in modo tale da impedire la rottura del pilastro causato dall’eccessivo sforzo di taglio generato dal contatto tra i due elementi sotto azioni orizzontali cicliche;

3) -Necessità di procedere alla integrazione dei collegamenti fra pilastri e travi a valle del necessario consolidamento dei pilastri;

4) - Necessità di procedere alla integrazione dei collegamenti fra tegoli e travi e fra travi e pilastri con possibilità di cedimenti strutturali sotto sisma per perdita di appoggio;

5 ) - Opportunità di valutare la creazione di un giunto sismico tra la struttura prefabbricata e l’edificio adiacente, in modo da rendere le due strutture indipendenti, verificando con tale intervento che non si verifichino fenomeni di battimento.

RISULTATI DEI CALCOLI

La modellazione e la

scheda speditiva sono

state realizzate solo per la

parte prefabbricata.

05 SCHEDA SPEDITIVA

La struttura presenta i problemi segnalati dal D.L. 74/2012 (art. 3), con mancanza di collegamenti tra elementi orizzontali e verticali (solaio – trave; trave – pilastro; tamponature)

La qualificazione secondo scheda e procedura allegata segnala problemi di capacità portante a taglio derivante da flessione sui pilastri, in particolare nella direzione delle murature a nastro esistenti.

La valutazione di base della struttura, dopo i necessari

interventi di cui al D.L. 74/2012, porge un valore di PGA

pari al 53% del valore richiesto dalla norma (ag = 0,055g)

con valori di PGA ≈ 0,029g

Dopo gli interventi che sono

illustrati in questa relazione

per la palestra si passerebbe

dalla classe V alla classe III.

06 SCELTE D’INTERVENTO

Visti i risultati della modellazione e della scheda speditiva si desume che la struttura, nella sua configurazione attuale, non sia in grado di sopportare, senza danni significativi e/o crolli parziali (ad es. perdita di appoggio degli elementi prefabbricati, cedimento della sezione di base dei pilastri ecc.), le azioni orizzontali dovute al terremoto di progetto

Viene escluso l’abbattimento e la ricostruzione, in quanto l’edificio si presenta come una struttura semplice, senza soppalchi interni, senza impianti o macchinari, di isolato e con possibilità di accesso e lavorazioni dai piazzali laterali.

Se si decide di eseguire, un adeguamento al 100% dell’azione sismica prevista per nuove costruzioni, questa potrebbe comportare una serie di interventi molto invasivi che andrebbero a incidere pesantemente sui costi.

In positivo in questo caso non vi è il grande problema che si verifica negli edifici industriali nei quali occorre garantirne la possibilità di continuare, senza significative interruzioni, la produzione e la lavorazione all’interno durante i lavori particolarmente invasivi.

6 A - ABBATTIMENTO E RICOSTRUZIONE

6 B - INTERVENTI: ( 8.4NTC)

- RIPARAZIONE LOCALE - MIGLIORAMENTO - ADEGUAMENTO

07 CRITERI E TIPI D’INTERVENTO MIGLOR / ADEGU.

Riparazione di eventuali danni

Riduzione di carenze dovute ad errori grossolani

Miglioramento della capacità deformativa (duttilità) dei singoli elementi

Riduzioni delle condizioni che determinano situazioni di forte irregolarità degli edifici, in termini di massa, resistenza rigidezza anche per elementi non strutturali

Riduzione delle masse (anche demolendo parti)

Riduzione delle tensioni degli elementi strutturali esistenti mediante inserimenti di elementi che dissipano energia.

Riduzione delle eccessive deformabilità degli orizzontamenti

Miglioramento del collegamento tra gli elementi non strutturali

Incremento della resistenza degli elementi verticali resistenti (tenendo conto della diminuzione della duttilità degli stessi)

Realizzazione dei giunti sismici

Miglioramento del sistema delle fondazioni

08 IPOTESI DI MIGLIORAMENTO SISMICO

Premesso che nel capannone in esame non vi sono danni da riparare, né vi sono errori grossolani ne ci sono condizioni di forte irregolarità si desume che:

L’intervento di miglioramento sismico della struttura si può suddividere in tre parti principali:

A ) Distacco con il fabbricato adiacente in cemento armato in opera

B ) Solidarizzazione di tutti gli elementi strutturali principali (tegoli, travi, pilastri e murature) mediante l’applicazione di collegamenti meccanici in acciaio;

C ) Progettazione degli interventi di adeguamento strutturale necessari per garantire l’assorbimento delle sollecitazioni sismiche gravanti sugli elementi portanti esistenti, non adeguatamente dimensionati per sopportare le sollecitazioni sismiche dovute ai citati collegamenti.

A) DISTACCO FABBRICATI

Martellamento tra le due

strutture (struttura

prefabbricata e struttura

gettata in opera)

Si amplierà la distanza già

esistente tra i solai gettati in

opera del piano primo,

secondo e del tetto e i pilastri

prefabbricati portandola ad un

valore minimo di 8 cm.

Si dovrà distanziare le velette

in c.a. laterali tagliando la più

bassa di circa 10 cm

B1 COLLEGAMENTO COPPELLE

Nello specifico, il collegamento orizzontale dei tegoli può essere assicurato da piastre metalliche che collegano elementi di copertura alle travature portanti: il collegamento si può configurare tramite la disposizione di una piastra metallica bullonata al piede del tegolo per permettere la rotazione (come da schema di calcolo) e a sua volta imbullonata ad una piastra ancorata alla trave.

Collegamento coppelle alla

trave

09 INTERVENTI POSSIBILI

B 2.1 INTERVENTI VOLTI A EVITARE PERDITE APPOGGIO

N.ID. TP-1 COLLEGAMENTO TRAVE-PILASTRO MEDIANTE PERNO ( SCHEDE LUIS )

Miglioramento del vincolo tra pilastro e trave, impedendo la caduta della trave dal pilastro.

− Mantenimento dello schema statico preesistente.

Prima di forare qualsiasi elemento, individuare mediante pacometro le zone prive di armatura.

Foratura della trave e del pilastro in corrispondenza dell’intersezione fra i due elementi. Nel caso sia già presente il foro prevederne un eventuale incremento di diametro Posizionamento di un profilo di supporto al perno agganciato al pilastro mediante barre di ancoraggio inghisate con resina.

Inserimento del perno di collegamento all’interno del foro e fissaggio mediante dado e controdado per consentire la libera rotazione degli elementi.

B 2 . 1 COLLEGAMENTO

TRAVE - PILASTRO

B 2.2 COLLEGAMENTO CON FUNI

Per il collegamento tra le travi principali e i

pilastri si può prevedere l’applicazione di una

coppia di angolari piegati in acciaio inox ad alta

resistenza per ciascun pilastro, fissati sia alla trave

che alla colonna con tasselli chimici

B 2.3 COLLEGAMENTO

TRAVE-PILASTRO

COLLEGAMENTO TRAVE PILASTRO

RINFORZO PILASTRO

Il rinforzo che si ritiene più opportuno è quello di incamiciare il pilastro in una struttura metallica con angolari e piatti di collegamento su tutto il pilastro.

Sezione calastrellata

C 1.1 RINFORZO STRUTTURA

PORTANTE

Il rinforzo che si ritiene più

opportuno è quello di

incamiciare il pilastro con

una struttura metallica

realizzata con angolari e

piatti di collegamento

su tutto il pilastro.

C 1.2 RINFORZO STRUTTURA PORTANTE

Vantaggi

− Si consente il confinamento passivo alla base del pilastro per la sua lunghezza critica, incrementandone la duttilità a compressione del calcestruzzo e quindi a flessione della zona critica. Non si modifica lo schema statico del progetto in termini di sezione e critica e relativa duttilità

Svantaggi

- Difficoltà di esecuzione −Necessità di spacchi locali -Discontinuità delle caratteristiche deformative in campo anelastico lungo il fusto del pilastro, tenendo conto della zona inferiore alla pavimentazione.

RINFORZO LOCALE CON INCRAVATTATURA METALLICA

CON EVENTUALE CONNESSIONE ALLA FONDAZIONE

C 1.3 CONFINAMENTO ALLA BASE DEI PILASTRI MEDIANTE ANGOLARI E CALASTRELLI METALLICI

Obiettivi

•Incremento del confinamento del calcestruzzo nella zona critica alla base del pilastro con conseguente aumento della duttilità sezione di base.

•Incremento della resistenza a taglio. Siccome i plinti sono collegati non si prevede di rinforzare i basamenti dei medesimi

CONFINAMENTO ALLA BASE PILASTRI

SCOLLEGAMENTO MURATURA

Con riferimento alle indicazioni della modellazione si deve staccare dai pilastri le tamponature in muratura in mattoni che risulta quindi libera. Il ribaltamento degli pannelli verticali può essere impedito attraverso l’utilizzo di angolari e piastre in acciaio saldati alla calastrellatura dei pilastri che trattengono i pannelli in corrispondenza di tutta l’altezza.

C 1.4 Scollegamento

pannelli in muratura

C 10.1 METODO

ALTERNATIVO

Obiettivi

•Vincolo agli spostamenti orizzontali fra le travi di copertura (a trazione). Il

vincolo è assicurato sia in direzione parallela sia in direzione perpendicolare

all’orditura delle travi.

•Mantenimento dello schema statico preesistente.

REALIZZAZIONE DI

CONTROVENTI DI FALDA

CON FUNI D’ACCIAIO

10

INTERVENTI

ALTERNATIVI

C10. 2 COLLEGAMENTI

VERTICALI

Nella campata centrale si

possono collegare i pilastri

in modo tale da

bloccare gli spostamenti

reciproci

E’ NECESSARIO

COLLEGARE TRA LORO I

TEGOLI ESTERI DI FALDA IN

MODO CHE POSSANO

FUNZIONARE DA PUNTONE

INSERIMENTO CONTROVENTI A CROCE DI SANT’ANDREA

C10.3 TIPOLOGIA DI

ATTACCO

Con il metodo alternativo si

evita il distacco dei pilastri

dalla muratura

ATTACCO TIRANTI

11 COLLEGAMENTO TRA FONDAZIONE E PAVIMENTO INDUSTRIALE E CONSOLIDAMENTO DEL TERRENO CIRCOSTANTE LA FONDAZIONE

RINFORZI FONDAZIONI

Nel caso della palestra

essendo i plinti collegati tra

di loro non è il caso di

consolidare le fondazioni

In quanto sono già collegate

tra di loro

12 COSTI

Il costo degli interventi

previsti per la palestra di

400 mq. In linea di massima

è previsto in 80 euro/mq.

per un importo complessivo

che può valere 32.000 €. al

netto delle spese per la

sicurezza, le spese tecniche

e iva

A queste somme vanno

aggiunte le spese di

riprofilatura delle murature

e finestre e del distacco tra i

due fabbricati valutabili

forfettariamente in circa

30.000 € + iva

Il costo degli interventi certamente è molto diversificato da capannone a

capannone.

Interventi di collegamento delle coppelle e bloccaggio delle travi ai pilastri

con le travi con angolari piatti e bulloni (5-8 kg./mq.) = 20 - 50 euro a mq.

Interventi di confinamento dei pilastri = 20-50 €. a mq.

Intervento sulle fondazioni con bloccaggio dei plinti prefabbricati = 20 - 40

€./mq.

Il costo TOTALE variabili da 60 a 140 €./mq.

Il costo però risulta molto variabile in funzione degli altri interventi (

aumento del distacco tra i due fabbricati, demolire, tagliare dei solai e

ricucire, dalle opere di rifilatura dei muri in mattoni e della modifica delle

finestre).

Pertanto per poter effettuare un preventivo reale occorre redigere un

progetto esecutivo.

13 VERIFICA SISMICA

A seguito delle analisi svolte, e delle soluzioni previste , occorre rieseguire le verifiche dalle quali risulterà che gli elementi strutturali con gli interventi di rinforzo sismico descritti negli elaborati progettuali sono in grado di sopportare il ….% della azione sismica prevista dalle Norme NTC 2008.

13 CONSIDERAZIONI

Fa specie di come

quest’edificio che

apparentemente (da

profano) da una sensazione

di solidità, poi a conti fatti

non sia in grado di

sopportare un sisma

modesto (di zona 4)

GRAZIE

PER

L’ATTENZIONE

GRAZIE