L’utilizzo di dispositivi fluido-viscosi per il miglioramento sismico di un edificio prefabbricato in c.a.

L’articolo descrive l’intervento di miglioramento sismico realizzato su una struttura prefabbricata tramite l’utilizzo di dispositivi di dissipazione fluido-viscosi. Vengono brevemente descritte le caratteristiche del fabbricato esistente ed i vincoli progettuali che hanno portato alla scelta della tipologia di intervento, i principali step di progettazione e, in conclusione, si riporta una valutazione sui costi.

L’obbiettivo degli autori è quello di fornire, tramite un esempio pratico, gli elementi per valutare una soluzione progettuale alternativa al “classico” intervento di miglioramento.

Migliorare sismicamente un edificio prefabbricato mediante una soluzione alternativa

L’edificio oggetto di intervento è situato nel comune di Campagnola Emilia (RE) con destinazione d’uso Commerciale. All’interno si trovano un supermercato, un bar e alcuni uffici.

Figura 1 - Vista dell’edificio oggetto di intervento; immagine presa da Google Earth.

A seguito del sisma 2012 dell’Emilia, l’edificio è stato oggetto di un intervento di Valutazione della Sicurezza Sismica e Risoluzione Carenze (FASE 1), durante la quale è stata svolta una campagna di indagini per la caratterizzazione geotecnica e sismica del terreno di fondazione.

Descrizione generale della struttura prefabbricata oggetto di intervento di miglioramento sismico

Il fabbricato presenta forti irregolarità sia in pianta che in elevazione, essendo costituito da due blocchi distinti realizzati in epoche diverse con tecniche diverse, collegati successivamente fra loro (Figura 2, Figura 3). Le due porzioni costituiscono pertanto un’unica unità strutturale con superficie utile totale di circa 1.400,0 m²

Figura 2 – Sezione del fabbricato: individuazione delle porzioni A e B.

Figura 3 - Pianta del fabbricato: individuazione delle porzioni A e B.

Porzione A

Porzione anteriore del fabbricato risalente a fine anni ’80. Si tratta di una struttura prefabbricata in ca e cap a due piani, con dimensioni in pianta di 13,0 x 32,0 m e un’altezza massima di 8,7 m, con veletta in copertura. Nel dettaglio la struttura si compone di:

• Pilastri in ca 50x50 cm continui a tutta altezza, con mensole d’appoggio per le travi del primo piano e mensole di lunghezza 3,00 m a sostegno delle pensiline.
• Pensiline realizzate con solai latero-cemento sp. 20 cm.
• Pilastri rompitratta 40x40 cm a sostegno delle velette prefabbricate in ca.
• Travi a L B40xH80 cm a sostegno del solaio del primo piano.
• Tegoli in cap TT H60 cm a formazione del solaio de primo piano, con soletta in ca non collaborante realizzata in opera di spessore 10 cm.
• Travi a L B40xH74 cm a sostegno del solaio di copertura.
• Tegoli in cap TT H54 cm a formazione del solaio di copertura.
• Velette prefabbricate in ca alleggerite con intercapedine in polistirolo, B18xH150 cm.
• Muri del vano scala in muratura di mattoni semi-pieni e passanti nell’impalcato del piano primo.
• Rampa scale realizzata in opera con soletta in ca di sp. 12 – 15 cm.
• Muri di tamponamento esterni in muratura di mattoni semi-pieni.
• Plinti isolati in ca di dimensione B3,50x3,50 m e altezza H60 cm.
• Plinti isolati in ca di dimensione B2,40x2,40 m e altezza H60 cm in corrispondenza dei pilastri rompitratta.
• Trave rovescia in ca di dimensioni B2,60x34,85 m e altezza H60 cm.

Porzione B

Porzione posteriore del fabbricato risalente ad inizio anni ’60. Si tratta di una struttura parzialmente prefabbricata con pilastri e travi monolitiche a doppia pendenza in ca; con una piccola porzione interna su due livelli realizzata con un telaio in ca realizzato in opera. Questa ha dimensioni in pianta di 14,0x32,0 m e una altezza di colmo di 6,8 m. Nel dettaglio la struttura si compone di:

• Pilastri 30x40 cm prefabbricati in ca, con mensola carro-ponte.
• Pilastri 30x30 cm prefabbricati in ca.
• Pilastri 30x30 cm in ca realizzati in opera all’interno della struttura, a sostegno del solaio intermedio.
• Travi B30x50 cm in ca realizzate in opera a sostegno del solaio intermedio.
• Solaio intermedio H20 cm in latero-cemento, con soletta collaborante
• Travi di copertura monolitiche a doppia pendenza in ca con base B30 e altezza massima di circa 130 cm.
• Solaio di copertura H20 cm in latero cemento, rasato.
• Muri di tamponamento in mattoni semi-pieni su fondazioni continue.
• Plinti isolati in ca di dimensioni B1,00x1,80 m e altezza H55 cm in corrispondenza dei pilastri 30x40 cm.
• Plinti isolati in ca di dimensioni B1,00x1,20 m e altezzaH55 cm in corrispondenza dei pilastri 30x30 cm.

La scelta dell’intervento di miglioramento sismico

Stanti le caratteristiche costruttive descritte, è stato scelto un intervento di miglioramento sismico basato sull’inserimento di 6 dispositivi FVD di dissipazione fluido-viscosi collocati all’esterno del fabbricato, con relative strutture di collegamento e nuove fondazioni. Questa scelta progettuale ha permesso di ottemperare alle principali esigenze della committenza:

• Realizzazione degli interventi strutturali solamente all’esterno dell’immobile;
• Garantire il normale svolgimento delle attività commerciali senza interruzioni.

Inoltre, l’utilizzo di dispositivi di dissipazione consente di mantenere la struttura in ca in campo elastico, o comunque di evitare forti escursioni in campo plastico. In Figura 4 si riporta la disposizione dei dispositivi di dissipazione in pianta. In particolare, è stato necessario posizionare i dispositivi 1 e 2 sul lato NORD ed i restanti 3-4-5-6 sul lato OVEST della Porzione A. 

Figura 4 – Diposizione in pianta dei dispositivi FVD.

Caratteristiche dei dispositivi FVD

• Forza massima F: 291 kN
• Coeff. di smorzamento C: 370 kN/(m/s)0,2
• Esponente di smorzamento α: 0,20
• Velocità massima: 300 cm/s
• Escursione massima dispositivo: ± 50 mm

I dispositivi sono stati ancorati rigidamente al terreno mediante nuove fondazioni isolate in ca (Figura 5) e alla struttura esistente mediante nuove strutture metalliche. Sono state inoltre inserite:

• nuove strutture metalliche tra le due Porzioni A e B con la funzione di migliorare il trasferimento degli sforzi in direzione Y;
• nuove strutture metalliche di controventamento sotto al porticato d’ingresso della Porzione A con la funzione di ripartire gli sforzi fra i dispositivi in direzione Y;
• profili metallici sulle murature della Porzione B per evitare meccanismi locali di ribaltamento fuori piano.

Figura 5 – Dettagli della struttura di contrasto al dispositivo 1.

Metodo di analisi

Il progetto è stato condotto tramite analisi dinamica non lineare time history, selezionando 7 coppie di accelerogrammi registrati nelle componenti X e Y e trascurando in questo caso la componente Z (§7.3.5 NTC2018).

Figura 6 – Selezione delle 7 coppie di accelerogrammi a media spettro-compatibile.
 

Preliminarmente è stata necessaria la definizione dello spettro elastico di riferimento SLV per le analisi sismiche globali ed SLC per la verifica dei soli dispositivi. Avendo caratterizzato il suolo dal punto di vista sismico tramite Vs,30, si è stabilito di utilizzare la categoria di sottosuolo “C”; tale dato è stato confermato anche con analisi di risposta sismica locale 1D.

Le 7 coppie di accelerogrammi naturali nelle componenti X e Y sono state selezionate mediante il programma gratuito REXELite (Figura 6), in modo tale che i relativi spettri di risposta risultassero a media spettro compatibile rispetto allo spettro elastico di riferimento, come previsto dalla normativa vigente (§3.2.3.6 NTC2018).

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