i nStud io ingegner i associa t i s tud io associa to t ra g l i i ngegner i C laudio S i l l a to e Danie le Cangin i V . le de l la L i r i ca n°49 Ravenna te l / f ax 0544-408035 instud io@instud ioassocia t i . i t

COMMESSA: LAVORI DI RIFACIMENTO DELLA COPERTURA DELLA PALESTRA IN VIA VALMOLINO IN PORTOMAGGIORE

SCHEDA C.1 PROGETTO PER LA RIMOZIONE DELLA COPERTURA ESISTENTE – STUDIO DI FATTIBILITA’ NUOVA COPERTURA

LAVORI DI RIFACIMENTO DELLA COPERTURA DELLA PALESTRA IN

VIA VALMOLINO IN PORTOMAGGIORE

– PROGETTO PER LA RIMOZIONE DELLA COPERTURA ESISTENTE –

– STUDIO DI FATTIBILITA’ NUOVA COPERTURA –

Dott. Ing. Claudio Sillato Dott. Ing. Tommaso Pavani

Ravenna, Gennaio 2011

inStudio ingegneri associati – Viale della Lirica n°49 – Ravenna

Committente: Comune di Portomaggiore (Ferrara)

Incarico: Coordinamento della sicurezza in fase di progettazione, e di esecuzione dei lavori di rimozione della copertura esistente e progettazione preliminare relativa a due possibili soluzioni per la nuova copertura.

Caratteristiche dell’incarico

La mattina del 10 Marzo 2010 la copertura reticolare metallica del corpo centrale, in seguito ad un cedimento strutturale, è collassata crollando sul pavimento sottostante. Le cause che hanno determinato questo evento saranno accertate dall’inchiesta in corso. L’incarico riguarda la progettazione esecutiva, la coordinazione della sicurezza in fase di progettazione ed esecuzione dei lavori di rimozione della copertura esistente e la redazione di una progettazione preliminare relativa a due possibili soluzioni per la nuova copertura.

Caratteristiche dell’edificio

Il fabbricato in oggetto dal punto di vista delle strutture è costituito da un corpo centrale di forma rettangolare costituito da una trave di coronamento perimetrale in c.a. 50x85 cm, da una trave intermedia in c.a. 30x70 e da file di pilastri in c.a. 50x60 disposti perimetralmente atti al sostegno della copertura, due corpi laterali in muratura adiacenti al lato maggiore e al lato minore che presentano solai di copertura del tipo a lastre Predalles. Il corpo laterale a est del fabbricato è caratterizzato da una struttura portante in muratura ed è separato dal fabbricato centrale da un giunto. Il corpo laterale a sud è caratterizzato da struttura in muratura collegato al corpo centrale da giunti a spinotto che trasmettono il carico del solaio direttamente alla trave intermedia appartenente alla struttura centrale.

Caratteristiche del tipo di demolizione

Le difficoltà incontrate nella redazione del progetto erano legate al fatto che esistevano parti della copertura reticolare metallica pericolanti, era pertanto necessario definire una strategia di intervento che prevedesse una messa in sicurezza delle aree a rischio e che rispondesse alle richieste del CTU di poter conservare una serie di nodi della reticolare spaziale. Per poter soddisfare le richieste del CTU garantendo comunque un adeguato livello di sicurezza è stato redatto un piano di demolizione ad hoc e sono state progettate una serie di strutture provvisionali con tubi innocenti per la messa in sicurezza delle zone pericolanti.

Fase1: Progetto per la rimozione delle macerie della copertura esistente e Coordinazione della sicurezza in fase di esecuzione dei lavori

Stato di fatto - Livello pericolosità e disposizione

delle macerie Stato di Progetto - Studio fasist ica rimozione

delle macerie

Stato di Progetto - Studio fasist ica rimozione

delle macerie Stato di Progetto- Studio fasistica rimozione

delle macerie

Fase2: Analisi Stato di conservazione struttura esistente e Coordinazione della sicurezza in fase di esecuzione dei lavori

Stato di conservazione copriferri travi di coronamento in c.a.

Operazioni di demolizione delle macerie con miniescavtore con cesoia idraulica

Durante le operazioni di rimozione della copertura metallica si è potuto osservare come il crollo della copertura metallica non abbia compromesso in maniera evidente la struttura portante in cemento armato del corpo centrale. Sono state riscontrate problematiche localizzate in particolare in prossimità degli appoggi della struttura metallica caratterizzate da stacchi di piccole porzioni di calcestruzzo dalle travi di coronamento in seguito allo sfilamento dei tirafondi delle piastre di ancoraggio. Le operazioni di demolizione sono state eseguite nei tempi previsti senza particolari problemi da una ditta specializzata con un miniescavatore con cesoia idraulica. Tale macchinario consente di agire sulle macerie pur mantenendo una distanza di sicurezza dalle stesse adeguata.

Fase3: Progettazione preliminare relativa a due possibili soluzioni per la nuova copertura

Soluzione 1- Travi in legno lamellare Soluzione 2- Travi reticolari in acciaio

Soluzione 1: Sistema di travi principali in legno lamellare ordite nella direzione del lato corto della palestra e disposte in prossimità di ogni pilastro per interassi di circa 7 metri. L’orditura secondaria è caratterizzata da arcarecci in legno lamellare disposti con interasse pari a 1,64 m. Oltre agli elementi che costituiscono l’orditura principale e secondaria si dispongono delle travi perimetrali di irrigidimento e una serie di controventi in legno lamellare.

Soluzione 2: Sistema di travi reticolari in acciaio ordite nella direzione del lato corto della palestra e disposte in prossimità di ogni pilastro per interassi di circa 7 metri. L’orditura secondaria è caratterizzata da arcarecci tubolari in acciaio disposti con interasse pari a 1,64 m. Oltre agli elementi che costituiscono l’orditura principale e secondaria si dispone una trave reticolare di irrigidimento in prossimità del colmo del tetto e una serie di controventi di falda incrociati. Entrambe le soluzioni consentono di scaricare il peso della copertura direttamente sui pilastri non andando a gravare sulla travata di coronamento esistente.

Sol.1 - Risultati Analisi agli elementi finiti Sol.2 - Risultati Analisi agli elementi finiti

Sono state effettuate analisi statiche e dinamiche lineari per il dimensionamento di entrambe coperture con il codice di calcolo ad elementi finiti MIDAS GEN 2011 (v.2.1)

Sol.1 – Progetto preliminare - Piante Sol.2 – Progetto preliminare - Piante

In seguito alla redazione del quadro economico è emerso che la soluzione 1 risulta più competitiva sia dal punto di vista economico che dal punto di vista realizzativo. In base alle considerazioni presenti nel progetto l’Amministrazione ha deciso di adottare per la nuova copertura della Palestra la soluzione in legno lamellare.

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COMMESSA: LAVORI DI RIFACIMENTO DELLA COPERTURA DELLA PALESTRA IN VIA VALMOLINO IN PORTOMAGGIORE

SCHEDA C.1.2 VALUTAZIONE DELLA VULNERABILITA’ SISMICA AI SENSI DEL DM 14 GENNAIO 2008

LAVORI DI RIFACIMENTO DELLA COPERTURA DELLA PALESTRA IN

VIA VALMOLINO IN PORTOMAGGIORE

– VALUTAZIONE DELLA VULNERABILITA’ SISMICA AI SENSI

DEL DM 14 GENNAIO 2008 –

Dott. Ing. Claudio Sillato Dott. Ing. Tommaso Pavani

Ravenna, Luglio 2011

inStudio ingegneri associati – Viale della Lirica n°49 – Ravenna

Committente: Comune di Portomaggiore (Ferrara)

Incarico: Valutazione della Vulnerabilità sismica ai sensi del D.M. 14 Gennaio 2008 sotto l’ipotesi di nuova copertura in legno lamellare.

Caratteristiche dell’incarico Il presente incarico riguarda la valutazione della sicurezza e le prestazioni attese della struttura esistente nell’ipotesi di realizzazione di una nuova copertura nel rispetto delle “Nuove Norme Tecniche per le Costruzioni” (D.M. 14/01/2008).La Palestra, realizzata tra il 2007 e il 2008, è stata progettata considerando l’azione sismica di progetto definita nella Normativa Tecnica dell’epoca. La mattina del 10 Marzo 2010 la copertura metallica del corpo centrale, in seguito ad un cedimento strutturale, è collassata crollando sul pavimento sottostante.

Caratteristiche dell’edificio Il fabbricato in oggetto dal punto di vista delle strutture è costituito da un corpo centrale di forma rettangolare costituito da una trave di coronamento perimetrale in c.a. 50x85 cm, da una trave intermedia in c.a. 30x70 e da file di pilastri in c.a. 50x60 disposti perimetralmente atti al sostegno della copertura, due corpi laterali in muratura adiacenti al lato maggiore e al lato minore che presentano solai di copertura del tipo a lastre Predalles. Il corpo laterale a est del fabbricato è caratterizzato da una struttura portante in muratura ed è separato dal fabbricato centrale da un giunto. Il corpo laterale a sud è caratterizzato da struttura in muratura collegato al corpo centrale da giunti a spinotto che trasmettono il carico del solaio direttamente alla trave intermedia appartenente alla struttura centrale. L’ipotesi per la nuova copertura prevede un sistema di travi principali in legno lamellare ordite nella direzione del lato corto della palestra e disposte in prossimità di ogni pilastro per interassi di circa 7 metri. Essendo una costruzione che prevede significativi (D.M. 14/01/2008) l’amministrazione ha richiesto una Classe d’Uso III, con coefficiente d’uso CU= 0,5, Vita Nominale Vn=50 anni e conseguente periodo di riferimento VR = 75 anni. Per quel che riguarda le caratteristiche del terreno, esso risponde alle caratteristiche della categoria D (DM 14.01.2008).

Caratteristiche dei materiali e Livello di Conoscenza

Per l’edificio in questione non è stato possibile effettuare indagini in sito ma per riprodurre la struttura ci si è basati unicamente sugli elaborati esecutivi e costruttivi di carpenteria certificati di prova risalenti alla realizzazione dell’opera. Facendo ri ferimento alla Tabella C8A.1.2 dell’NTC 2008 si assume un livello di conoscenza LC2 al quale corrisponde un fattore di confidenza pari a 1,2.

Stato di conservazione struttura esistente Sono state riscontrate problematiche localizzate in particolare in prossimità degli appoggi della struttura metall ica caratterizzate da stacchi di piccole porzioni di calcestruzzo dalle travi di coronamento in seguito allo sfilamento dei tirafondi delle piastre di ancoraggio.

Schematizzazione del modello di calcolo Dal punto dei vista delle azioni orizzontali il corpo centrale, isolato rispetto ai corpo laterale a est, non può essere considerato tale rispetto al corpo laterale a sud . In particolare si osserva come lungo la trave intermedia TT2 siano stati posati dei giunti a doppio spinotto in grado di trasmettere esclusivamente azioni tagliantie in grado di garantire movimenti unidirezionali grazie alla presenza di un manicotto.

Spinotti di collegamento tra corpo centrale in c.a. e corpo laterale in muratura

Pianta della palestra (in rosso si osserva i l corpo laterale in mratura collegato al corpo centrale)

La soluzione adottata con questo tipo di giunto tra il corpo centrale e il corpo laterale se da un punto di vista statico e architettonico risulta essere molto efficace da un punto di vista sismico (in particolare dell’N.T.C. 2008) fa si che il fabbricato ricada nella tipologia di edifici misti. E’ stata eseguita un’analisi dinamica lineare con spettro di risposta schematizzando i pilastri in c.a. e travi in c.a., le travi in legno lamellare e le pareti in muratura e i cordoli sono stati modellati come elementi a 2 nodi 2D (beam). Il comportamento degli spinotti è stato simulato inserendo elementi a 2 nodi (beam) in grado di trasmettere le azioni taglianti ma non lo sforzo normale. La determinazione del fattore di struttura è stata effettuata ipotizzando come tipologia strutturale prevalente quella del corpo centrale in cemento armato.

Analisi Numeriche Per i calcoli strutturali si è utilizzato Il programma agli elementi MIDAS GEN 2011 (2.1).

Analisi dinamica lineare: 1°Modo di Vibrare Modello per analisi statica non lineare

Dall’analisi dinamica lineare e dallo studio dei modi di vibrare si osserva come il corpo centrale, costituito da una struttura a telaio in cemento armato, è caratterizzato da modi di vibrare tipici di una struttura flessibile mentre il corpo spogliatoi, costituito da una struttura in muratura di un piano è caratterizzato da un comportamento rigido. Dalle verifiche successive è emerso che la struttura (in particolare i setti in muratura) non fosse verificata nei confronti del sisma di progetto, per questo motivo si è proceduto alla determinazione del coefficiente di vulnerabilità della stessa attraverso analisi statiche non lineari. L’analisi pushover consiste nell’applicare incrementalmente, ad un modello della struttura soggetto a carichi gravitazionali e con comportamento del materiale non lineare, una distribuzione di forze statiche orizzontali che agiscono sulla struttura fino a portarla al collasso. Tali forze orizzontali durante l’analisi vengono tutte scalate, mantenendo invariati i rapporti tra le stesse, in modo da far crescere monotonamente lo spostamento di un punto detto punto di controllo fino a raggiungere il collasso strutturale. Dall’analisi si ottiene la curva di capacità che mette in relazione il taglio totale alla base con lo spostamento ritenuto rappresentativo del comportamento globale; questa curva viene poi linearizzata e confrontata con una domanda rappresentata a sua volta dallo spettro elastico in spostamento (formato ADRS).

Calcolo del coefficiente di vulnerabilità sismica Gli elementi in acciaio o in cemento armato sono caratterizzati da meccanismi di rottura duttili e fragili. La verifica degli elementi duttili viene eseguita confrontando gli effetti indotti dalle azioni sismiche in termini di deformazioni con i rispettivi limiti di deformazione. La verifica degli elementi fragili viene eseguita confrontando gli effetti indotti dalle azioni sismiche in termini di forze con le rispettive resistenze. L’analisi Pushover viene interrotta in corrispondenza del collasso strutturale che può avvenire generalmente per la rottura fragile di un pilastro o per una serie di rotture che determinano la labilità della struttura. Per studiare il comportamento non lineare degli elementi in c.a. si utilizzano cerniere a plasticità concentrata tipo EC8 assegnate automaticamente dal programma in funzione delle caratteristiche dei materiali e delle armature presenti in sezione. Alle pareti in muratura sono associate cerniere fenomenogiche tipo FEMA mentre aglispinotti acciaio sono state associate cerniere EC8 per cogliere eventuali fenomeni fragili di rottura a taglio. Per simulare il comportamento degli spinotti sono state introdotte molle di tipo non lineare caratterizzate da un legame costitutivo in cui la resistenza dell’elemento comincia ad esplicarsi per spostamenti superiori ai 2 cm.

Distr. 1: Formazione cerniere plastiche per rottura fragile (Dy) degli spinott i in direzione x

Distr. 1: Formazione cerniere plastiche per rottura fragile (Dy) degli spinott i in direzione y

Il Coefficiente di vulnerabilità sismica consiste nel rapporto lo spettro di domanda e lo spettro di capacità per lo stato l imite di riferimento. Qualora la domanda di spostamento fosse maggiore della capacità si cercherà lo spettro di domanda di riferimento che verifichi la suddetta condizione.

Verifica Metodo N Distr.1(pro. Masse dir.x) Verifica Metodo N Distr.1(pro. Masse dir.y)

Carenze strutturali emerse e proposte di intervento La struttura risulta essere vulnerabile in entrambe le direzioni. Il tipo di spinotto utilizzato comporta una differenza di comportamento del fabbricato in direzione longitudinale e trasversale in particolare si osserva come in direzione trasversale (dir. X) i due corpi di fabbrica risultino scollegati per spostamenti relativi fino a due centimetri . In direzione longitudinale la struttura presenta un comportamento meno duttile in quanto gli spinotti non potendo garantire movimenti in direzione Y diventano l’elemento di collegamento tra due corpi che tendono a rispondere in maniera differente alle azioni orizzontali.I risultati ottenuti sembrano evidenziare in maniera piuttosto chiara che il collegamento tra i corpi di fabbrica a comportamento sismico differente rappresenta il principale punto di debolezza della struttura. Le proposte di intervento consistono nella separazione dei due corpi di fabbrica introducendo, in prossimità del corpo centrale, un nuovo muro perimetrale del corpo spogliatoi e nel consolidamento delle travi di coronamento in c.a. degradate.

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COMMESSA: LAVORI DI RIFACIMENTO DELLA COPERTURA DELLA PALESTRA IN VIA VALMOLINO IN PORTOMAGGIORE

SCHEDA C.1.3 INTERVENTI DI ADEGUAMENTO SISMICO AI SENSI DEL CAPITOLO 8.4.1 NTC 2008 DELLA PALESTRA IN VIA VALMOLINO IN PORTOMAGGIORE

LAVORI DI MANUTENZIONE STRAORDINARIA DELLA PALESTRA IN

VIA VALMOLINO IN PORTOMAGGIORE

– PROGETTO ESECUTIVO DI ADEGUAMENTO STRUTTURALE AI

SENSI DEL. CAP. 8.4.1 NTC 2008 –

Dott. Ing. Claudio Sillato Dott. Ing. Tommaso Pavani

Ravenna, Gennaio 2012/Ottobre 2013

inStudio ingegneri associati – Viale della Lirica n°49 – Ravenna

Committente: Comune di Portomaggiore/Provincia di Ferrara

Incarico: Progetto esecutivo di adeguamento sismico ai sensi del D.M. 14 Gennaio 2008.

Caratteristiche dell’incarico Il presente incarico riguarda la redazione del progetto esecutivo strutturale di adeguamento sismico legato ai lavori di manutenzione straordinaria della Palestra di Portomaggiore. Le scelte progettuali determinate partono dalle considerazioni emerse nell’elaborato ”Valutazione della Vulnerabilità sismica” da noi redatto e consegnato nell’Agosto 2011. Il progetto esecutivo strutturale risulta autorizzato con determinazione della RER-Servizio Tecnico di Bacino di Po di Volano e della costa n°5737 del 03/05/2012. Il fabbricato in oggetto dal punto di vista delle strutture è costituito da un corpo centrale in c.a. con struttura a telaio e due corpi laterali in muratura adiacenti al lato maggiore e al lato minore che presentano solai di copertura del tipo a lastre Predalles. Il corpo laterale a est del fabbricato è caratterizzato da una struttura portante in muratura ed è separato dal fabbricato centrale da un giunto. Il corpo laterale a sud è caratterizzato da struttura in muratura collegato al corpo centrale da giunti a spinotto che trasmettono il carico del solaio direttamente alla trave intermedia appartenente alla struttura centrale. L’ipotesi per la nuova copertura prevede un sistema di travi principali in legno lamellare ordite nella direzione del lato corto della palestra e disposte in prossimità di ogni pilastro per interassi di circa 7 metri.

Inerventi consoldidamento travi in c.a. Pianta del la nuova copertura in legno lamellare

Le proposte di intervento consistono nella separazione dei due corpi di fabbrica introducendo, in prossimità del corpo centrale, un nuovo muro perimetrale del corpo spogliatoi e nel consolidamento delle travi di coronamento in c.a. degradate. Essendo una costruzione che prevede significativi (D.M. 14/01/2008) l’amministrazione ha richiesto una Classe d’Uso III, con coefficiente d’uso CU= 0,5, Vita Nominale Vn=50 anni e conseguente periodo di riferimento VR = 75 anni. Per quel che riguarda le caratteristiche del terreno, esso risponde alle caratteristiche della categoria D (DM 14.01.2008).

Spinotti di col legamento tra corpo centrale in c .a. e corpo laterale in muratura

Particolare interventi real izzazione giunto sismico corpo Palestra corpo spogl iatoi

Schematizzazione del modello di calcolo Analisi numeriche La realizzazione del giunto consente di poter realizzare due modelli di calcolo separati.

Modello Corpo Palestra Modello Corpo Spogliatoi

Per la valutazione della sicurezza del fabbricato palestra si segue la seguente procedura:

• Esecuzione di un analisi dinamica lineare, individuazioni dei modi di vibrare (analisi modale) e delle sollecitazioni relative al sisma di progetto ricavate dalla combinazione degli effetti attraverso una combinazione quadratica come indicato al 7.3.3.1 del D.M.2008. Nel caso in cui la struttura risultasse verificata l’analisi si conclude con il risultato che la struttura esistente è verificata per le azioni di progetto. La valutazione della sicurezza è finalizzata a stabilire se la struttura, a seguito dell’intervento, è in grado di resistere alle combinazioni di progetto contenute nelle NTC, con il grado di sicurezza delle stesse. Nel caso in cui la struttura non risultasse verificata si procederà a determinare il coefficiente di sicurezza della stessa attraverso analisi statiche non lineari (Push Over).

Per la valutazione della sicurezza del fabbricato spogliatoio si segue la seguente procedura:

• Esecuzione di una analisi statica non lineare. Le verifiche richieste si concretizzano nel confronto tra la curva di capacità per le diverse condizioni previste e la domanda di spostamento prevista dalla normativa.

Per i calcoli strutturali sul corpo palestra si è utilizzato Il programma agli elementi finiti SISMICAD prodotto dalla CONCRETE s.r.l..

Inviluppo Momenti flettenti Pilastri in c.a. Inviluppo Momenti flettenti travi in c.a.

Gli elementi in cemento armato esistenti, facendo ri ferimento agli estratti delle verifiche sopra riportate risultano verificati per le sollecitazioni di progetto. Non risultano necessari interventi di adeguamento alla struttura in c.a. oltre a quelli indicati precedentemente e a quelli necessari per ripristinare la sezione oroginale.

Verifica travi di coronamento

Il progetto della copertura in Legno Lamellare è stata effettuata facendo riferimento alle seguenti ipotesi :

• Le travi principali essendo a doppia rastremazione sono state verificate facendo riferimento alle formule indicate al capitolo 6.4 dell’Eurocodice 5;

• Le sollecitazioni sono state direttamente dal modello agli elementi finiti completo.

• La copertura della palestra viene considerata come solaio deformabile. Lo schema statico delle travi principali (trave tipo 1) è quello della trave isostatica; ad un’estremità è stato modellato un vincolo che schematizzasse una cerniera all’altra un vincolo che schematizzasse un appoggio scorrevole. I controventi in legno lamellare sono stati schematizzati come elementi aste;

• La resistenza al fuoco di progetto per gli elementi strutturali e per il manto di copertura risulta R 60.

Particolare travi in Legno lamellare

Per i calcoli strutturali sul corpo spogliatoi si è utilizzato il codice di calcolo “3 Muri” prodotto dalla S.T.A. DATA s.r.l. Il modello di riferimento è quello a telaio equivalente tridimensionale, in cui le pareti sono interconnesse da diaframmi orizzontali di piano (solai). Riassumendo i risultati delle analisi si osserva come le combinazioni più gravose per il corpo spogliatoi siano quelle con il sisma nella direzione del lato corto e che il collasso si manifesta per rottura a pressoflessione dei maschi orditi in questa direzione

Rottura pareti in direzione y Rottura pareti in direzione x

Rottura Parete 3 Rottura Parete 2

I risultati mostrano come le verifiche siano rispettate ovvero che per ogni stato limite calcolato la capacità della struttura (intesa come capacità di spostamento) sia superiore alla domanda di spostamento relativa al sisma di progetto.