Valutazione di sicurezza e riqualificazione con soluzioni di adeguamento sismico per un fabbricato ferroviario

PREMESSA
La presente relazione viene redatta allo scopo di sintetizzare le risultanze ottenute a seguito di una valutazione di sicurezza strutturale condotta su manufatto edilizio, di proprietà delle RFI, oggetto di lavori di manutenzione.
Su tale manufatto, collocato presso la stazione ferroviaria di FANO (PU), si prevede un intervento di manutenzione volto anche ad una riqualificazione da fabbricato ex magazzino ad uso uffici, spogliatoi e magazzini.
Il presente studio ha verificato lo stato progettuale ANTE OPERAM e, successivamente, le soluzioni strutturali più idonee per l’adeguamento dello stesso alle nuove funzioni ma anche alle norme tecniche delle costruzioni attualmente in vigore (NTC2008).

RIFERIMENTI NORMATIVI E TECNICI
La valutazione sismica e la progettazione degli interventi vengono eseguite in conformità alle norme tecniche vigenti. In particolare la normativa italiana a cui si è fatto riferimento è la seguente:
- Decreto Ministeriale 14 Gennaio 2008, Testo unico sulle costruzioni;
- Circolare 2 febbraio 2009, n. 617, Istruzioni per l’applicazione delle “Nuove norme tecniche per le costruzioni” di cui al D.M. 14 gennaio 2008;
- Ottobre 2010, ReLuis, versione 3, Linee guida per il rilievo, l’analisi ed il progetto di interventi di riparazione e consolidamento sismico di edifici in muratura in aggregato;
- Dicembre 2011, ReLUIS, Linee guida per la riparazione ed il rafforzamento di elementi strutturali, tamponature e partizioni;
- CNR DT 206/2007, Istruzioni per la progettazione, l’esecuzione ed il controllo delle strutture il legno;
- Eurocode 3, Design of steel structures - Part 1-8: General rules and rules for buildings;
- Eurocode 3, Design of steel structures - Part 1-8: Design of joints.

LIVELLO DI CONSOCENZA ACQUISITO E FATTORE DI CONFIDENZA
Sulla base dell’appendice C8A riportata nella circolare n.617 del 2.2.09, è possibile procedere alla stima del livello di conoscenza e del relativo fattore di confidenza valutando i seguenti aspetti:
- la geometria: si è proceduti ad acquisire la conoscenza della geometria strutturale nonché dell’eventuale quadro fessurativo e/o deformativo;
- i dettagli costruttuvi: si è proceduti al riconosciento delle tipologie di muratura e relative caratteristiche costruttive, all’esame qualitativo dei collegamenti tra le pareti verticali e tra queste e la copertua ligneaSu tale base è possibile affermare che si sono conseguite verifiche in-situ limitate;
- le proprietà dei materiali: in tal caso si è valutata la qualità muraria con riferimento agli aspetti legati alla “regola dell’arte”, alla forma, dimensione e tipologia degli elementi che compongono la tessitura oltre che l’orizzontalità delle giaciture, del regolare sfalsamento dei giunti e della qualità e consistenza della malta. Non essendo state eseguite prove dirette e/o sperimentali volte a caratterizzare sia le malte che i mattoni, è possibile asserire che si sono conseguite indagini in-situ limitate.

Con riferimento al paragrafo C8A.1.A4 della circolare, il livello di conoscenza LC1 si intende raggiunto quando siano stati effettuati il rilievo geometrico, verifiche in situ limitate sui dettagli costruttivi ed indagini in situ limitate sulle proprietà dei materiali.
Il corrispondente fattore di confidenza è FC = 1,35.

CLASSIFICAZIONE SISMICA E FATTORE DI STRUTTURA ADOTTATO
Per la determinazione della pericolosità sismica del sito oggetto della presente progettazione si fa riferimento a quanto previsto dal D.M. 14 gennaio 2008 per la zona di FANO, relativamente al punto geografico avente le seguenti coordinate nel WGS84:
longitudine = 13.018;
latitudine = 43.844002.

Per poter definire lo spettro di risposta relativo allo stato limite ultimo (SLV), con probabilità di superamento del 10% e tempo di ritorno del sisma di 475 anni, si definiscono i parametri necessari:
Vita Nominale (2.4.1 NTC2008) = 50 anni;
Classe d’uso (2.4.2 NTC2008) = II;
Coefficiente d’uso (2.4.3 NTC2008)= 1;
Coefficiente di struttura per la verifica di edifici esistenti in muratura, mediante l’impiego di analisi lineare (C8.7.1.2 NTC2008):
q = 2 au/a1 per i manufatti (considerati regolari in elevazione), dove au/a1 viene fissato pari ad 1,4 per edifici monopiano in muratura ((7.8.1.3 NTC2008)), ne consegue quindi q = 2,8;
Categoria del suolo (3.2.2 NTC2008) = C

Per la valutazione globale ai fini sismici del manufatto si utilizzerà un’analisi statica equivalente che, essendo di tipo lineare, richiede l’adozione del coeff. di partecipazione l= 0.85 (7.8.1.5.2 NTC2008).

Lo spettro di progetto definito dai parametri specificati vale pertanto:

Tale spettro è automaticamente definito noti i seguenti parametri indipendenti:
ag/g = 0,181;
F0 = 2,47;
Tc = 0,30;
Categoria di suolo: C;
Fattore d’importanza: 1;
Fattore topografico: 1.

METODOLOGIE DI ANALISI ADOTTATE
La valutazione della sicurezza nelle costruzioni esistenti in muratura soggette alle azioni sismiche deve tener conto della possibilità che si manifestino meccanismi di collasso definiti locali ma anche meccanismi d’insieme o globali. Mentre i meccanismi locali interessano singoli pannelli murari o porzioni della costruzione, e risultano favoriti dall’assenza o scarsa efficacia dei collegamenti tra pareti e orizzontamenti e negli incroci murari, i meccanismi globali interessano l’intera costruzione ed impegnano i pannelli murari prevalentemente nel loro piano.

Per la valutazione della vulnerabilità del manufatto nei confronti dei meccanismi di tipo locale, e quindi l’analisi del collasso fuori piano dei singoli pannelli murari o porzioni del manufatto, si è fatto riferimento all’analisi limite dell’equilibrio. Tale metodologia, che assume significato se è garantita una certa monoliticità delle pareti, considera le strutture murarie come corpi rigidi non resistenti a trazione ed il cui collasso si raggiunge per la perdita di equilibrio. In tale ipotesi la valutazione dipende in modo significativo dalla geometria, dai vincoli della struttura oltre che dalle azioni considerate agenti.

I meccanismi locali si verificano nelle pareti murarie prevalentemente per azioni perpendicolari al loro piano. Le verifiche che ne derivano applicando l’analisi limite dell’equilibrio seguono l’approccio cinematico, si basano cioè sulla scelta di potenziali meccanismi di collasso e sulla valutazione dell’azione orizzontale che attiva tali cinematismi. L’applicazione di questo metodo di verifica presuppone l’analisi di meccanismi locali ritenuti significativi per la costruzione in esame. Tali meccanismi vengono ipotizzati sulla base della conoscenza del comportamento sismico di strutture analoghe , gia danneggiate dal terremoto, o individuati considerando la presenza di stati fessurativi, e della qualità della connessione tra le pareti murarie, la tessitura muraria, la presenza di catene o particolari vincoli, l’interazione con altri elementi della costruzione.

L’approccio cinematico permette di determinare il moltiplicatore dei carichi a0 che comporta l’attivazione del meccanismo di collasso ipotizzato. Sui blocchi murari considerati rigidi e che compongono la catena cinematica si considerano i pesi propri applicati nei rispettivi baricentri, i carichi verticali da loro portati (solai, coperture), forze orizzontali proporzionali ai carichi verticali portati, eventuali forze esterne (tiro di catene) o interne. Il moltiplicatore dei carichi a0 si ottiene applicando il principio dei lavori virtuali in termini di spostamenti. La verifica allo Stato limite di salvaguardia della vita dei meccanismi locali viene svolta secondo quanto previsto dalla circolare al C8A.4.2.3, cioè calcolando l’accelerazione spettrale a0 che attiva i singoli meccanismi di collasso analizzati. 

Per tale valutazione il fattore di struttura utilizzato è fissato in q = 2.

Dal confronto dell’accelerazione spettrale così determinata con accelerazione di picco al suolo riferita al sito di interesse, si ottiene un indice di rischio IR.
Per la verifica dei meccanismi locali si è utilizzato il foglio di calcolo C.I.N.E. (Condizioni d’Instabilità Negli Edifici) vers. 1.04 Settembre 2009, realizzato dal consorzio ReLUIS.

Per la valutazione della risposta sismica del manufatto nei confronti dei meccanismi di tipo globale, così come previsto anche dalla normativa al 7.3 ed applicando le precisazione indicate al 7.8.1.5, si adotta un’analisi di tipo lineare ed elastica, e più precisamente un’analisi statica equivalente su un modello agli elementi finiti dell’intero manufatto, in cui per gli elementi murari le rigidezze si valutano considerando sia il contributo flessionale che quello tagliante, ma dimezzate per tener conto della fessurazione.

Tale metodo si può ritenere alla stregua di un’analisi modale semplificata, dove la semplificazione consiste nel far riferimento solo al primo modo, assumendo una forma modale semplificata (rettilinea) e considerando una massa partecipante del 100% (l=1) della massa totale. Le forze orizzontali equivalenti si ottengono dall’equazione 7.3.6 delle NTC2008, mentre l’ordinata dello spettro di progetto si assume in funzione del periodo T1 convenzionalmente calcolato come:
T1 = 0,050 H3/4 = 0,05 x (6,98) 3/4 = 0.259 sec, con H altezza totale rispetto alla fondazione.

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