ASHE12~1.PDF

U.S. AIR FORCE

31ST FIGHTER WING

31ST CES/CEPM

AVIANO AIR BASE, ITALY

33100 UDINE (I) – VIA DEL PARTIDOR,7

tel. 0432/601860, fax 0432/601822 mailto:studio@contiassociati.it

PROGETTO: ASHE 12-1039

Relazione tecnica strutturale

Progetto: INTERVENTO DI RESTAURO E RISANAMENTO

CONSERVATIVO DELL’EDIFICIO N.20 DI P.G. (EDIFICIO

1469 USAF - EX PALAZZINA SOTTUFFICIALI)

Sito:

EDIFICIO 1469, AREA F, BASE MILITARE DI AVIANO,

AVIANO (PN), ITALIA

Data:

MAGGIO 2014

Progetto:

Ing. Marcello Conti

Ing. Carlo Conti

Ing. Livio Fantoni

Arch. Raffaella Macagno

Sommario:

A. DESCRIZIONE DELLE OPERE

B. RIFERIMENTI NORMATIVI

C. QUALITA’ DEI MATERIALI

D. STATO DI FATTO

E. PROGETTO – CORPO A

F. PROGETTO – CORPO B

G. PROGETTO – CORPO C

H. VALUTAZIONE DEI RISULTATI FINALI

A. DESCRIZIONE DELLE OPERE

Scopo delle opere è il rinnovamento di un edificio esistente, risalente agli anni ’30 del secolo scorso, usato come circolo ufficiali e alloggi per militari della Regia Aeronautica prima e dell’Esercito Italiano poi, per trasformarlo in un centro educativo per il personale della base USAF di Aviano.

La struttura dell’edificio esistente è composta da una scatola in muratura portante in mattoni, travi e colonne

– spesso contenute nello spessore delle murature perimetrali – in calcestruzzo armato. Le fondazioni sono superficiali, isolate sotto le colonne e continue alla base delle murature portanti.

Le opere di recupero consistono essenzialmente nel rinforzo del sistema costruttivo esistente, dividendolo però in tre parti sismicamente isolate. I tre corpi saranno individuati con le lettere A, B, C.

Il corpo A è situato a ovest dell’edificio e ha due piani fuori terra e la copertura piana. Il corpo B, situato a est, comprende il vano scale e ha tre piani fuori terra e copertura piana. Il corpo C situato a sud – est ha solamente piano terra e copertura piana.

Le opere inerenti al corpo A prevedono:

- allargamento delle aperture in alcuni muri trasversali con recupero della rigidezza mediante l’inserimento di telai in c.a.;

- demolizione del muro di separazione tra i corpi A e B al fine di creare il giunto sismico da 10 cm e sua sostituzione con un nuovo setto in c.a.;

- rinforzo di tutta la scatola muraria con applicazione di rete e betoncino sui due lati;

- rinforzo ed adeguamento dei solai di piano con integrazione delle armature dei travetti operando dall’intradosso, evitando la demolizione dei pavimenti;

- costruzione di una nuova scala metallica di sicurezza sul lato ovest dell’edificio.

Le opere relative al corpo B prevedono:

- demolizione e rifacimento delle rampe in c.a. della scala esistente al fine di adeguarla ai carichi da norma e rinforzo delle pareti in muratura del vano scale con rete e betoncino solo sul lato interno;

- rinforzo della scatola muraria esistente con applicazione di rete e betoncino solo sulla faccia interna al fine di preservare i rivestimenti esterni esistenti;

- rinforzo delle colonne principali tra piano terra e primo piano con aggiunta di armature e rinforzo delle travi porta facciata a intradosso del primo piano con aggiunta di armature in acciaio o fibre di carbonio;

- creazione di un giunto sismico tra il corpo B e corpo C con due nuovi telai in c.a.;

- rinforzo dei solai esistenti operando all’intradosso con aggiunta di armature in acciaio o barre di carbonio ad eccezione delle parti di copertura già oggetto di intervento di ricostruzione.

Le opere relative al corpo C prevedono:

- creazione di due nuovi setti di irrigidimento in mattoni;

- rinforzo di tutte le murature esistenti con applicazione di rete e betoncino sulle due facce;

- rinforzo del solaio di copertura con integrazione delle armature.

Nell’analisi di progetto i tre corpi A, B, C sono stati considerati indipendenti, mentre nella valutazione dello stato di fatto essi sono stati considerati assieme.

B. RIFERIMENTI NORMATIVI

D.P.R. 06.06.2001 n. 380: “Testo unico delle disposizioni legislative e regolamentari in materia edilizia”

D.M. 14.01.2008: “Norme tecniche per le costruzioni“

C. QUALITA’ DEI MATERIALI

PART I - Mattoni laterizi con malta di cemento

PART II - Nuovi getti c.a.

D.P.R. 380/2001 ART. 65 - LEGGE 5/11/1971 n. 1086 ART.4

D.M. 14.01.2008, UNI EN 206 – 1, UNI EN 197 - 1

CEM I = Portland cement

Elemento strutturale Tipo Classe CL Rck

Cl.

esposizione

D. max

Consistenze

Getti in opera CEM II 32,5 C25/30 XC 2 D15 S4

Resist. Carat.

cilidrica

Resistenza carat. cubica

Resistenza carat.

Media

Modulo elastic medio

Resistenza carat. A trazione

[ N/mm2 ] [ N/mm2 ] [ N/mm2 ] [ N/mm2 ] Tensione [ N/mm2 ] Tensione e flesione [ N/mm2 ] fck Rck fcm Ecm fctm fcfm 25 30 33 31476 2.56 3.08

Fattore di riduzione per il materiale c = 1.5

PART III - Nuove armature in acciaio

ELEM. tipo All. % Tensione di snervamento fyk [N/mm2]

Tens. Cart. rottura ftk [ N/mm2]

Tensione ammissibile amm [N/mm2]

Barre e reti B450C > 7.5 > 450 > 540 255 Fattore di riduzione per il materiale s = 1.15

PART IV - Calcestruzzo esistente

Fattore di riduzione per il amteriale s = 1.15

PART V - Armature in acciaio esistenti

PART VI - Rinforzo in fibre di carbonio

PART VII - Acciaio da carpenteria

Profili laminati a sezione aperta

Tipo

Spesssore nominale t ≤ 40 mm 40 mm < t ≤ 80 mm fyk [N/mm2] ftk [ N/mm2] fyk [N/mm2] ftk [ N/mm2]

S235 235 360 215 360

Fattore di riduzione caratteristiche del materiale M0 = M1 = 1.05

Modulo elastico: E = 210000 N/mm2;

Modulo elastico trasversale: G = E / [2 (1+ν)] = 80769 N/mm2;

Coefficiente di Poisson: ν = 0.3;

Coeff. Di espansione termica: α = 12 x 10-6 °C-1;

Densità: ρ = 7850 kg/m3.

D. STATO DI FATTO

E’ stato creato un modello dell’intero edificio allo stato attuale al fine di verificarne in comportamento sotto carichi verticali e in condizioni sismiche. Si è usato il software Sismicad 12.

I colori differenti indicano i diversi valori dei carichi applicati alla struttura.

PART I - PARAMETRI SISMICI – VALGONO ANCHE PER LO STATO DI PROGETTO

Costruzione tipo 2 – struttura ordinaria con vita nominale – Vn ≥ 50 anni

Classe d’uso III – Edificio nel quale siano previsti affollamenti significativi

Terreno classe B

Classe di duttilità bassa: CD “B”

Analisi di tipo lineare dinamica

Edificio in muratura ordinaria a due o più piani

Fattore di struttura q = 2.25

Struttura non regolare in pianta nè in elevazione

PART II - CARICHI E COMBINAZIONI DI CARICO

a) Carico da neve distribuito su su superfici piane: qs = 1.2 kN/m2 .

b) Carichi superficiali – [kN/m2]

c) Condizioni elementari di carico e combinazione dei carichi

Nel calcolo sono state considerate tutte le condizioni e combinazioni dei carichi verticali e sismici previsti dalle NTC 2008.

PART III - VERIFICA DELLA STRUTTURA NELLO STATO DI FATTO

L’intera struttura è stata calcolata con i carichi definiti sopra, corrispondenti a quelli prescritti dalla normativa odierna per la nuova destinazione d’uso educativa / scolastica, combinati opportunamente agli stati limite ultimi SLU e di esercizio SLE per i carichi verticali e di salvaguardia della vita SLV per quelli sismici. Nello schema seguente sono indicati gli allineamenti significativi lungo i quali è stata eseguita la valutazione del comportamento sismico.

Elementi valutati allo stato esistente:

- Solaio I piano – Corpo A

- Solaio I piano zona scale– Corpo B

- Solaio di copertura – campata lunga – Corpo C

- Allineamento 1 (muratura): AL 1

- Allineamento 2 (muratura): AL 2

- Allineamento 3 (muratura): AL 3

- Allineamento 4 (muratura): AL 4

- Trave B1 (trave esistente valutata con progetto simulato secondo il R.D. 2229 of 1939)

- Colonna C1 (colonna esistente valutata con progetto simulato secondo il R.D. 2229 of 1939)

Part IIIa - Solai esistenti

E’ stato possibile mettere a nudo le armature dei travetti di alcuni solai in latero cemento per rilevarne tipo e quantità di armature ai fini della verifica con I nuovi carichi di esercizio. Il risultato non è stato soddisfacente

Solaio primo piano – Corpo A

Luce L = 4.66m Interasse i = 0.50m

Carichi (Solaio tipo 1):

Permanente g = 5.30 kN/m2 Variabile q = 3.00 kN/m2

Analisi riferita a una fascia di 1 m.

Carico SLU qtot = (1.3 g + 1.5 q) (1m) = 11.39 kN/m Momento di progetto Mmax = 30.92 kNm

Su un travetto singolo: Med = Mmax i = 15.46 kNm

Armature e cls.

As = 112 + 110 AQ42 LC1

C20/25 LC1

Momento restiente |Mrd| = 8.16 kNm

|Med| = 15.46 kNm > |Mrd| = 8.16 kNm NO!!

Solaio primo piano – zona vano scale corpo B

Luce L = 4.69m Interasse i = 0.50m

Carichi (Solaio tipo 2):

Permanete g = 5.70 kN/m2 Variabile q = 3.00 kN/m2

Analisi riferita a una fascia di 1m:

Carico SLU qtot = (1.3 g + 1.5 q) (1m) = 11.91 kN/m Momento di progetto Mmax = 32.75 kNm

Su un travetto singolo: Med = Mmax i = 16.38 kNm

Armature e cls As = 112 + 110 AQ42 LC1

C20/25 LC1

Momento resistente |Mrd| = 11.84 kNm

|Med| = 16.38 kNm > |Mrd| = 11.84 kNm NO!!

Solaio di copertura – Campata lunga – Corpo C

Luce L = 9.00m Interasse i = 0.55m

Carichi (Solaio tipo 3):

Permanenti g = 5.60 kN/m2 Variabili q = 1.20 kN/m2

Analisi riferita a una fascia di 1m:

Carico SLU qtot = (1.3 g + 1.5 q) (1m) = 9.08 kN/m Momento di progetto Mmax = 91.94 kNm

Su un travetto singolo: Med = Mmax i = 50.56 kNm

Armature e cls As = 212 AQ42 LC1

C20/25 LC1

Momento resistente |Mrd| = 20.10 kNm

|Med| = 50.56 kNm > |Mrd| = 20.10 kNm NO!!

In tutte le verifiche è emersa la grave carenza di resistenza dei solai esistenti.

Part IIIb - Verifica di resistenza a taglio degli allineamenti in muratura

AL 1 – dir Y

Parete nell’allineamento: 21 Livello di verifica (+1,09m) Verifica al taglio per fessurazione diagonale

Pareti Comb. Resistenza [kN] Taglio [kN] Res./Taglio

21 SLV 2 1744,77 2094,54

TOT SLV 2 1744,77 2094,54 0,83 NO!!

AL 2 – dir Y

Pareti componenti l’allineamento: 272, 273, 274, 275 Verifica a livelo (+4,30m) Verifica a taglio per fessurazione diagonale

Pareti Comb. Resistenza [kN] Taglio [kN] Res./Taglio

272 SLV 10 225,77 627,82

273 SLV 10 3,33 121,30

274 SLV 10 32,51 18,65

275 SLV 10 30,13 219,26

TOT SLV 10 291,74 987,03 0,30 NO!!

AL 3 – dir X

Parete nell’allineamento: 107 Livello piano terra (+0,49m) Verifica a taglio per fessurazione diagonale

Parete Comb. Resisenza [kN] Taglio[kN] Res./Taglio

107 SLV 14 292,26 1047,20

TOT SLV 14 292,26 1047,20 0,28 NO!!

AL 4 – dir Y

Parete nell’allineamento: 41 Livello piano terra (+0,49m) Verifica a taglio per fessurazione diagonale

Pareti Comb. Resistenza [kN] Taglio [kN] Res./Taglio

41 SLV 10 972,33 1302,87

TOT SLV 10 972,33 1302,87 0,75 NO!!

Part IIIc - Trave in c.a. B1

La verifica è stata condotta ipotizzando un corretto dimensionamento ai soli carichi verticali eseguito all’epoca della progettazione originale. Con i carichi previsti dall’odierna normativa le verifiche non sono soddisfatte.

Part IIId - Colonna C1

La verifica è stata condotta ipotizzando un corretto dimensionamento ai soli carichi verticali eseguito all’epoca della progettazione originale. Con i carichi previsti dall’odierna normativa le verifiche non sono soddisfatte a livello del piano terra.

E. PROGETTO – CORPO A

Si è modellata la struttura prevedendo il giunto tra corpo A e corpo B

PART I - PARAMETRI SISMICI

Gli stessi considerati precedentemente

PART II - CARICHI, CONDIZIONI E COMBINAZIONI – STATO DI PROGETTO

Carichi superficiali:

[kN/m2]

Coefficienti di combinazione come nel caso dello stato di fatto

PART III - VERIFICA DELLA STRUTTURA – CORPO A

La struttura è stata calcolata con i carichi definiti sopra, corrispondenti a quelli prescritti dalla normativa odierna per la nuova destinazione d’uso educativa / scolastica, combinati opportunamente agli stati limite ultimi SLU e di esercizio SLE per i carichi verticali e di salvaguardia della vita SLV per quelli sismici.

Elementi verificati:

- Solaio tipico di piano rinforzato

- Allineamento 1 (Muratura parete longitudinale rinforzata con reti e betoncino): AL 1

Part IIIa - Solaio tipico

Luci L1=4.66m, L2=4.60m, L3=4.62m, L4=4.60m, L5=4.56m, L6=4.94m

Interasse travetti i = 0.50m

Momento dovuto ai carichi esistenti prima del rinforzo Mo = 4.36 kNm

Momento dovuto ai carichi portati Msd= 11.49 kNm

Momento resistente dopo il rinforzo Mrd = 19,36 > 15.85 kNm

Part IIIb - Resistenza dell’allineamento 1 (muratura rinforzata con rete e betoncino su entrambi i lati): AL 1

AL 1 - dir X Pareti dell’allineamento: 4, 6, 8, 10, 12, 14 Livello piano terra (+0,64m) Verifica al taglio per rottura diegonale

Parete Comb

Resistenza muratura [kN] Resistenza acciaio [kN]

Resistenza globale) [kN]

Taglio [kN]

Resistenz a /taglio

4 SLV4 193,02 516,31 709,33 420,72

6 SLV4 66,34 172,41 238,75 140,14

8 SLV4 62,60 164,11 226,71 136,97

10 SLV4 58,59 158,58 217,17 126,40

12 SLV4 54,25 152,13 206,38 101,55

14 SLV4 36,26 98,65 134,91 51,93

TOT SLV 4 471,06 1262,19 1733,25 977,71 1,77 OK

Part IIIc - Altri elementi

Gli altri elementi strutturali travi, colonne e setto in c.a. in delimitazione del giunto risultano verificati.

F. PROGETTO – CORPO B

PART I - COEFFICIENTI SISMICI, CARICHI, CONDIZIONI E COMBINAZIONI DI CARICO

Come corpo A

PART II - VERIFICA DELLA STRUTTURA – CORPO B

L’intera struttura è stata calcolata con i carichi definiti sopra, corrispondenti a quelli prescritti dalla normativa odierna per la nuova destinazione d’uso educativa / scolastica, combinati opportunamente agli stati limite ultimi SLU e di esercizio SLE per i carichi verticali e di salvaguardia della vita SLV per quelli sismici. Nello schema seguente sono indicati gli allineamenti significativi lungo i quali è stata eseguita la valutazione del comportamento sismico.

- Solai

- Allineamento 2 (muratura con rete e betoncino): AL 2

- Travi in c.a.

- Colonne in c.a.

- Setti in c.a. S1and S2

Part IIa - Solaio I piano

Luci L1=4.46m, L2=7.02m, L3=2.02m

Interasse travetti i = 0,50 cm

Il solaio rinforzato con fibre di carbonio è adeguato alle nuove condizioni di carico.

Part IIb - Resistenza al tagli allineamento 2 (muratura rinforzata con rete e betoncino): AL 2

AL 2 - dir Y Pareti nell’allineamento: 89, 90, 91

Verifica a primo piano (+4,30m) Verifica a taglio per Rottura diagonale

Pareti Comb.

Resist.

muratura [kN] Resistenza acciaio [kN]

Resitenza globale) [kN] Taglio[kN] Res./Taglio

89 SLV5 134,29 251,01 385,30 398,30

90 SLV5 7,93 26,28 34,21 109,13

91 SLV5 44,08 101,42 145,50 82,93

R.C. Wall SLV5 0,00 998,89 998,89 637,66

TOT SLV5 186,30 1377,60 1563,90 1228,02 1,27 OK

Part IIc - Travi e colonne in c.a.

Travi e colonne rinforzate con armature aggiuntive e barre di carbonio sono adeguate ai nuovi carichi.

Part IId - Setti in c.a. S1 e S2

Le verifiche sono ampiamente soddisfatte

G. PROGETTO – CORPO C

PART I - PARAMETRI SISMICI

Uguali a quelli dei corpi A e B

PART II - CARICHI, CONDIZIONI E COMBINAZIONI DI CARICO

I carichi corrispondono alla seguente tabella, le condizioni e combinazioni di carico sono le stesse dei corpi

A e B

PART III - VERIFICA DELLA STRUTTURA – CORPO C

L’intera struttura è stata calcolata con i carichi definiti sopra, corrispondenti a quelli prescritti dalla normativa odierna per la nuova destinazione d’uso educativa / scolastica combinati opportunamente agli stati limite ultimi SLU e di esercizio SLE per i carichi verticali e di salvaguardia della vita SLV per quelli sismici.

Nello schema seguente sono indicati gli allineamenti significativi lungo i quali è stata eseguita la valutazione del comportamento sismico.

- Solaio copertura (luce maggiore)

- Allineamento 4 (Muratura rinforzata con rete e betoncino): AL 4

- Trave: B1

- Colonna : C1

Part IIIa - Solaio di copertura (Luce maggiore)

Luce L = 9.00m

Interasse i = 1.10m

Carichi (Slab Type 3):

Permanente g = 10.85 kN/m2

Variabile q = 1.20 kN/m2

Il soalio è rinforzato con fibre di carbonio per ogni travetto. Le verifiche sono soddisfatte

Part IIIb - Resistenza al taglio allineamento AL 4

AL 4 - dir X Parete nell’allineamento: 107 Piano terra (+0,64m) Verifica a taglio per rottura diagonale

Parete Comb.

Resistenza muratura [kN] Resistenza acciaio [kN]

Resistenza globale [kN] Taglio[kN] Res./Taglio

6 SLV7 585,65 1743,94 2329,59 695,65

TOT SLV7 585,65 1743,94 2329,59 695,65 3,35 OK

Part IIIc - Resistenza trave B1

La verifica è soddisfatta nelle condizioni di progetto.

Part IIId - Resistenza colonna: C1

La verifica è soddisfatta nelle condizioni di progetto.

H. VALUTAZIONE DEI RISULTATI FINALI

Le verifiche sopra riportate, anche se limitate ai fini della presente relazione agli elementi più significativi, hanno dimostrato l’insufficienza della struttura esistente a sopportare i carichi oggi previsti dalla normativa, in special modo per quanto riguarda i solai che dovranno tutti essere rinforzati con fibre di carbonio all’intradosso dei travetti in c.a.

Le murature perimetrali potranno raggiungere un soddisfacente grado di sicurezza mediante l’applicazione di rete e betoncino sui due lati nei corpi A e C e solo sul lato interno per il corpo B. La situazione statica generale è poi migliorata dall’esecuzione dei giunti sismici di separazione tra i corpi di fabbrica.

Nel complesso si può quindi dire di aver raggiunto un grado di sicurezza adeguato alla nuova destinazione d’uso del fabbricato.