Intervento di miglioramento sismico di un capannone in carpenteria metallica

L’edificio oggetto di indagine, realizzato a fine anni ’80 con funzioni di hangar per elicotteri, è caratterizzato da una copertura di grande luce ( n.2 campi 42mx50m) realizzata con una struttura in carpenteria metallica costituita da travi reticolari nelle due direzioni principali. Ai fini di una riqualificazione dell’edificio è stato necessario prevedere un intervento di miglioramento per garantire livelli minimi di sicurezza sia nei confronti dei carichi previsti dalle nuove normative tecniche (N.T.C. D.M. 2008) che della riclassificazione sismica del territorio, avvenuta nel frattempo, (Deliberazione di GR Campania n°5447 del 7/11/2002) che ha definito il Comune di Fisciano sismico di 2a Categoria.

Il progetto di miglioramento dell’edificio industriale, realizzato interamente in carpenteria metallica, è avvenuto sulla base di un’analisi di dettaglio del comportamento statico e sismico ed ha permesso il raggiungimento di un grado della sicurezza complessiva  con interventi limitati e puntuali. Particolare attenzione è stata data alla progettazione delle tecniche esecutive e delle procedure di messa in opera degli interventi.

Obiettivo del progetto di miglioramento è quello di pervenire ad un livello di sicurezza almeno pari al 60% di quello richiesto per i nuovi edifici. La procedura alla base della progettazione dell’intervento di miglioramento sismico è descritta nel seguente schema.

Identificazione delle Strutture

L’edificio presenta in pianta una forma rettangolare con superficie pari a circa 4200mq ed altezza libera interna pari a circa 8,25m. La particolare conformazione strutturale consente due superfici completamente libere in pianta di dimensioni pari a circa 40,00m x 50,00m. Sono presenti lungo il lato maggiore posto ad Ovest due accessi che consentono la completa apertura verso l’esterno delle suddette aree interne.
Lungo il lato Sud, il capannone presenta un piccolo box adibito a direzione con annessi servizi igienici. Il pavimento è realizzato in calcestruzzo del tipo industriale.

 

Scelta del livello di conoscenza

Considerate le informazioni progettuali disponibili, al fine di contenere i costi delle indagini e delle prove, è stato ritenuto opportuno raggiungere un livello di conoscenza LC2.

Dettagli Costruttivi

Caratterizzazione meccanica dei materiali
Le prove e le indagini condotte sono quelle elencate nel seguito:

Struttura di fondazione
n°6 campioni di calcestruzzo
n°1 campione di acciaio
Struttura in elevazione in carpenteria metallica
n°10 prelievi di campioni dai profilati metallici
n° 22 bulloni

Indagine sulle fondazioni

La geometria delle fondazioni è stata rilevata mediante saggi diretti.

Modellazione numerica

Ai fini delle verifiche dello stato di fatto e di quello di progetto sono stati costruiti modelli lineare agli elementi finiti in ambiente SAP2000. Gli elementi portanti, sono stati modellati per mezzo di elementi Frame descritti dalla geometria delle rispettive sezioni. La modellazione non comprende il piano di fondazione in quanto quest’ultima è stata ritenuta infinitamente rigida rispetto alla struttura in elevazione. Gli elementi verticali in elevazione sono, pertanto, considerati vincolati alla base mediante incastri.
Considerato che l’edificio è costituito da due corpi strutturali simmetrici ed identici, l’analisi è stata condotta su di un modello rappresentativo di ciascuno dei due corpi strutturali.

Verifiche dello stato di fatto
Per lo stato di fatto sono state condotte verifiche agli stati limite ultimi (SLU):

• Verifiche delle aste a trazione e compressione;
• Verifiche a presso e tenso flessione biassiale e verifica alla instabilità flesso torsionale dei pilastri;
• Verifiche alla instabilità a carico di punta delle aste;
• Verifica dei nodi.

A tal proposito, considerata la complessità di alcuni nodi, sono stati realizzati modelli 3D per comprendere nel dettaglio le interazioni tra i singoli elementi strutturali.

Scelta degli interventi di miglioramento

La scelta degli interventi, considerato l’obiettivo di raggiungere almeno il 60% della sicurezza prevista per una nuova costruzione, è stata condotta considerando:

• classificazione degli elementi e dei nodi non verificati in ordine al grado di sicurezza riscontrato nello stato di fatto;
• scelta delle metodologie e delle tecnologie di intervento;
• studio di fattibilità delle possibili scelte progettuali con simulazione tridimensionale delle fasi costruttive.

Dai risultati delle indagini effettuate e delle analisi condotte è necessario provvedere sostanzialmente interventi finalizzati ad innalzare la resistenza di alcune aste compresse nei confronti dei fenomeni di instabilità e procedere al serraggio dei bulloni in corrispondenza di tutti i nodi. Inoltre, avendo accertato sporadicamente la presenza di bulloni di classe di resistenza minore di 8.8 sarà necessario procedere alla loro sostituzione.
Di seguito, si evidenziano graficamente le travi con le aste su cui è necessario intervenire con elementi di controvento locale per diminuirne la lunghezza libera di inflessione e, pertanto, aumentarne la resistenza nei confronti dell’instabilità.

Pianta interventi con dettagli

Dalle verifiche eseguite si rende necessario intervenire in corrispondenza di alcune aste delle travi 2, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f e 3g, e nelle in corrispondenza di alcune aste delle travi 1b e 1c riducendone la lunghezza libera di inflessione per aumentarne la resistenza nei confronti dell’instabilità nel piano delle travi stesse. L’intervento in progetto consiste nel dimezzare la lunghezza libera di inflessione mediante un apposito collegamento, realizzato con una coppia di profili, dell’asta al nodo adiacente come di seguito rappresentato.

NORME RIFERIMENTO

La verifica della sicurezza della struttura ed il progetto degli interventi sono stati condotti in riferimento alle seguenti norme tecniche:

• Legge 5 novembre 1971 n. 1086 (G. U. 21 dicembre 1971 n. 321), “Norme per la disciplina delle opere di conglomerato cementizio armato, normale e precompresso ed a struttura metallica”
• Legge 2 febbraio 1974 n. 64 (G. U. 21 marzo 1974 n. 76) “Provvedimenti per le costruzioni con particolari prescrizioni per le zone sismiche” Indicazioni progettuali per le nuove costruzioni in zone sismiche a cura del Ministero per la Ricerca scientifica – Roma 1981.
• D. M. Infrastrutture Trasporti 14 gennaio 2008 (G.U. 4 febbraio 2008 n. 29 – Suppl. Ord.) “Norme tecniche per le Costruzioni”
• Circolare 2 febbraio 2009 n. 617 del Ministero delle Infrastrutture e dei Trasporti (G.U. 26 febbraio 2009 n. 27 – Suppl. Ord.) “Istruzioni per l’applicazione delle ‘Norme Tecniche per le Costruzioni’ di cui al D.M. 14 gennaio 2008” per gli aspetti inerenti l’identificazione delle strutture e l’analisi del comportamento statico e sismico
• Eurocodice 3 – Progettazione delle strutture in acciaio
• art.3, commi da 7 a 10 del D.L. n. 74 del 06/06/2012, convertito in Legge n.122 del 01/08/2012
• Circolare Esplicativa CR.2012.0000002 del 12/06/2012 della Regione Emilia Romagna.