1 scuola secondaria g. cavani prove di carico a corredo del progetto

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COMUNE DI SERRAMAZZONI
Provincia di MODENA
SCUOLA SECONDARIA G. CAVANI
PROVE DI CARICO A CORREDO DEL PROGETTO ESECUTIVO
PER IL CONSOLIDAMENTO STATICO DI ALCUNI SOLAI
INTERPRETAZIONE INGEGNERISTICA DELLE PROVE DI CARICO
Committente:
Amministrazione Comunale di Serramazzoni
Ragguppamento Temporaneo di Professionisti
ing. Emanuel Perani,
ing. Massimo Pilati,
ing. Giacomo Profeta
via Doneghe, 3 - 25085 Gavardo (BS)
Tel. e Fax 036532845
e-mail: [email protected]
1
A.
PREMESSA
Attraverso l’esecuzione di tre prove di carico si intede stabilire l’effettiva portata dei solai più
rappresentativi all’interno dell’edificio scolatico ‘G. Cavani’, sede delle scuole medie comunali.
I risultati ottenuti saranno utilizzati al fine di ottimizzare, per quanto possibile, il progetto di
consolidamento e rinforzo che l’amministrazione intende eseguire.
In particolare una prova è stata eseguita nella porzione originaria del fabbricato (più precisamente a
livello del pavimento del piano primo), mentre due prove sono state collocate nella porzione
realizzata in ampliamento.
In quest’ultima porzione sono stati indagati sia il primo orizzontamento (pavimento piano terra), sia
il secondo impalcato (pavimento piano primo). Infatti qui si erano registrati i valori più critici in
termini di portanza dei solai1 e di concerto con la committenza si è optato per indagare, a maggiore
tutela dell’utenza, entrambi gli impalcati.
Nelle figure seguenti sono riportate le impronte di carico e la posizione dei trasduttori per il rilievo
degli abbasamenti di ciascuna prova di carico.
(Per semplicità di lettura la numerazione delle prove segue la numerazione riportata nella
‘RELAZIONE TECNICA EDI 530/13’ a firma del dott. prof. Giancarlo Maselli, Amm. Unico della
ditta GIANCARLO MASELLI SRL, cui chi scrive ha affidato l’esecuzione delle prove)
Pianta Piano Secondo Sottostrada
prova di carico su primo impalcato (PC.02)
punti di misura per rilievo abbassamenti
4040
430
632
952
Figura 1 – Scuola
media cavani.
Collocazione dei punti
di misura per la prova
di carico su primo
impalcato (piano
terra) nella porzione
dell’ampliamento.
1050
30
159
120 120
290
25
318
705
159
1810
318
2230
1
A tal proposito vedasi lo studio di vulnerabilità sismica condotto dall’ing. Giancarlo Boschetti ed il progetto di
consolidamento redatto dagli scriventi
ing. Emanuel Perani, ing. Massimo Pilati, ing. Giacomo Profeta
via Doneghe 3, 25085 Gavardo (BS )tel e fax 0365-32845; e-mail: [email protected]
2
Pianta Piano Terra
4040
159
120 120
364
350
445
255
300
635
27
290
27
318
405
700
318
318
159
120 120
364
159
1810
159
2230
318
Figura 2– Scuola
media cavani.
Collocazione dei punti
di misura per le prove
di carico su secondo
impalcato (piano
piano primo) nella
porzione
dell’ampliamento e del
volume originario.
A sfondo rosso
l’impronta di carico
sul solaio del piano
terra.
prova di carico su primo impalcato (PC.02)
impronta area di carico
prova di carico
prova di carico
su secondo impalcato (PC.03)
punti di misura per rilievo abbassamenti punti di misura per rilievo abbassamenti
Pianta Piano Primo
4040
2230
1810
405
300
364
356
635
705
Figura 3- Scuola
media cavani.
A sfondo rosso le
impronte di carico sui
solai del piano primo.
635
27
290
1615
27
720
prova di carico
prova di carico
3
B.
METODOLOGIA OPERATIVA
Il carico viene applicato per mezzo di serbatoi in PVC, adagiati sul pavimento sovrastante
l’estradosso della struttura da esaminare, che vengono riempiti d’acqua gradualmente e secondo
step di carico preventivamente stabiliti sino al raggiungimento del carico limite o di progetto.
Al fine di misurare le deformazioni indotte nella struttura in rapporto ai successivi step di carico
vengono posizionati, all’intradosso della struttura, dei flessimetri elettrici con precisione
centesimale, resi solidali al calpestio del piano sottostante. Tali sensori sono collegati ad un sistema
d’acquisizione dati elettronico, che consente la lettura in tempo reale e la memorizzazione per la
successiva elaborazione.
Per il riempimento del serbatoio in PVC delle prove di carico è stata utilizzata l’acqua dell’impianto
antincendio dell’edificio scolastico.
Limitatamente alla prova PC.01 le frecce residue sono state calcolate la mattina seguente la prova
(avendo cura di depurare il valore ottenuto dalle deformazioni termiche mediante inpiego di
trasduttore di comparazione). Nei rimanenti casi la freccia residua è stata valutata a circa un’ora
dallo scarico completo.
4
C.
STRUMENTAZIONE UTILIZZATA
Si rimanda alla ‘RELAZIONE TECNICA EDI 530/13’ a firma del dott. prof. Giancarlo Maselli.
5
D.
CALCOLI PRELIMINARI
Preliminarmente all’esecuzione delle prove di carico si è analizzato il comportamento teorico degli
impalcati.
Per tutte le prove lo scema di calcolo è il medesimo, ovvero trave a tre campate su quattro appoggi
(con o senza incastri alle estremità), la luce di calcolo è rispettivamente di 6,65m nelle campate
laterali e di 3,20m nella campata centrale.
Nella porzione in ampliamento, ove sono state eseguite le prove PC.01 e PC.02, il travetto ha
sezione:
binf
18,5
cm
55
cm
bsup
htot
21,5
cm
hcappa
1,5
cm
Nella porzione originaria, ove è stata eseguita la prova PC.03, il travetto ha sezione:
binf
12
cm
bsup
50
cm
21,5
cm
htot
hcappa
1,5
cm
Il calcolo delle frecce è effettuato considerando la rigidezza2 della sola sezione in calcestruzzo non
fessurata e l’applicazione del carico di progetto (3,00kN/m2).
In tali condizioni gli abbassamenti teorici sono riportati nelle tabelle seguenti:
2
Il mpodulo elastico del calcestruzzo è stato valutato in 29.000Mpa
6
prove PC.01 e PC.02
Trave a tre campate e semplici appoggi alle estremità
4,20mm
3,19mm
Trave a tre campate e incastri perfetti alle estremità
1,96mm
0,97mm
Precisando che le deformate nella condizione di incastro alle estremità è disegnata in scala doppia
rispetto alla deformata valutata nella condizione di semplice appoggio si osserva che il rapporto
freccia/luce per i soli carichi accidentali è pari a:
appoggio estremità
incastro perfetto estremità
4,20mm/6,65m
1,96mm/6,65m
= 1/1580
= 1/3400
mentre il rapporto tra la freccia valutata ai quarti e quella valutata in mezzeria è pari a:
appoggio estremità
3,19/4,20
0,97/1,96
=
=
76%
50%
7
prova PC.03
Trave a tre campate e semplici appoggi alle estremità
5,25mm
4,00mm
Trave a tre campate e incastri perfetti alle estremità
2,44mm
1,22mm
Si osserva che il rapporto freccia/luce per i soli carichi accidentali è pari a:
appoggio estremità
5,25mm/6,65m
2,44mm/6,65m
= 1/1266
= 1/2725
mentre il rapporto tra la freccia valutata ai quarti e quella valutata in mezzeria è pari a:
appoggio estremità
4,00/5,25
1.22/2.44
=
=
76%
50%
8
E.
ESITI DELLE PROVE DI CARICO
prova PC.01
Nella seguente Tabella, sintesi dei risultati riportati nella ‘RELAZIONE TECNICA EDI 530/13’ a
firma del dott. prof. Giancarlo Maselli, si restituiscono i valori delle deformazioni massime e di
quelle residue registrati durante la prova di carico:
Fless.01
-0,7
Fless.01
-0,12
Deformazioni massime (mm.)
Fless.02
Fless.03
Fless.04
Fless.05
-2,45
-3,37
-2,96
-1,8
Deformazioni residue (mm.)
Fless.02
Fless.03
Fless.04
Fless.05
-0,24
-0,3
-0,23
-0,09
Fless.06
-0,27
Fless.06
-0,05
Nella tabella seguente sono invece riportati i valori delle deformazioni massime e di quelle residue
al netto degli abbassamenti agli appoggi:
Deformazioni massime (mm.) al netto degli abbassamenti agli appoggi
Fless.01
Fless.02
Fless.03
Fless.04
Fless.05
Fless.06
0
-1,86
-2,89
2,48
-1,32
0
Deformazioni residue (mm.) al netto degli abbassamenti agli appoggi
Fless.01
Fless.02
Fless.03
Fless.04
Fless.05
Fless.06
0
-0,14
-0,22
-0,15
-0,01
0
Tenuto conto che il carico massimo raggiunto durante la prova (qprova,limite) è di 4,00kN/m2, per:
a) valutare la portanza del solaio;
b) confrontare le deformazioni effettive con quelle teoriche,
è necessario determinare il carico al netto del fattore di partecipazione laterale del solaio ovvero
della larghezza collaborante, valutata con l’ausilio dei punti di misura trasversali (Fless.04 e
Fless.05), depurando le frecce rilevate dagli abbassamenti alle estremità (Fless.01 e Fless.06).
La larghezza collaborante è valutabile attraverso la seguente espressione:
b = [(fc+2fi) x s]/fc
ove:
fc: freccia in campata (corrispondente a Fless. 03)
fi: frecce in campata misurate dai trasduttori Fless.04 e Fless.05
s:
distanza tra i trasduttori trasversali pari a 1.20m
nel caso in esame risulta:
b = 4,35m
9
Pertanto il carico effettivamente applicato (qlimite) è dato dal rapporto tra la larghezza dell’impronta
di carico (B=3,00m) e larghezza collaborante moltiplicato per il carico di prova :
qlimite = (B/b) x qprova = 2,76 kN/m2
Tale valore rappresenta il limite inferiore della capacità portante del solaio.
Tenuto conto dell’empiricità delle formule di conversione del carico di prova in carico effettivo, al
fine di non indurre possibili plasticizzazioni si è deciso di non procedere ad ulteriori incrementi di
carico sino al raggiungimento del carico imposto dalla norma pari a 3,00kN/m2.
Alla luce di quanto emerso si osserva che:

il comportamento del solaio è intermedio alle situazioni teoriche analizzate (appoggi semplici o
incastri perfetti alle estremità). Infatti il rapporto tra la freccia ai quarti e la freccia in mezzeria,
entrambe valutate al netto degli abbassamenti agli appoggi, è pari al 64% (=1,86mm/2,89mm),
valore intermedio a quelli ricavati nelle differenti condizioni di vincolo.

la freccia massima del solaio, depurata dagli abbassamenti agli appoggi (2,89mm) è
confrontabile con le frecce teoriche. Quest’ultime, rivalutate in funzione del carico effettivo,
risultano:
-
appoggio alle estremità:
(2,76/3,00) x 4,20mm
=
3,86 mm
-
incastro alle estremità:
(2,76/3,00) x 1,96mm
=
1,80 mm
In particolare la freccia massima del solaio risulta intermedia a quelle valutate nelle differenti
condizioni di vincolo, coerentemente con il comportamento effettivo del solaio;

il rapporto tra le frecce residue e le frecce massime (entrambe valutate al netto degli
abbassamenti agli appoggi) è pari a circa l’8% (=0,22mm/2,89mm);

nel corso delle prove non si sono prodotte fratture, fessurazioni, deformazioni o dissesti
compromettenti per la sicurezza o la conservazione dell’edificio.
10
prova PC.02
Fless.01
-0,38
Fless.01
-0,15
Fless.02
Fless.03
Fless.04
Fless.05
-2,00
-2,71
-2,13
-1,21
Fless.02
Fless.03
Fless.04
Fless.05
-0,54
-0,38
-0,29
-0,27
Fless.06
-0,21
Fless.06
-0,01
Fless.01
Fless.02
Fless.03
Fless.04
Fless.05
Fless.06
0
-1,66
-2,42
2,84
-1,92
0
Fless.01
Fless.02
Fless.03
Fless.04
Fless.05
Fless.06
0
-0,40
-0,30
-0,21
-0,19
0
Tenuto conto che il carico massimo raggiunto durante la prova (qprova limite) è di 4,00kN/m2, per:
ove:
s:
b = 3,93m
11
Pertanto il carico effettivamente applicato (q limite), dato dal rapporto tra la larghezza dell’impronta
di carico (B=3,00m) e larghezza collaborante moltiplicato per il carico di prova, è pari a:
q limite = (B/b) x qprova = 3,05 kN/m2
Tale valore rappresenta il limite inferiore della capacità portante del solaio; di poco superiore al
carico imposto dalla norma pari a 3,00kN/m2.


risultano:
-
(3,05/3,00) x 4,20mm
=
4,27 mm
-
(3,05/3,00) x 1,96mm
=
1,99 mm
In particolare la freccia massima del solaio risulta intermedia a quelle valutate nelle differenti

abbassamenti agli appoggi) è pari a circa il 10% (=0,30mm/2,89mm). A tal proposito si
specifica che, diversamente dal caso precedente, il rilievo delle deformazioni residue è
avvenuto a solo un’ora di distanza dallo scarico completo;

Unica anomalia è data dal valore della freccia residua in corrispondenza del trasduttore posizionato
ai quarti (fless.2): il recupero elastico in questa posizione è minore di quello registrato in campata e
anche in termini assoluti la freccia resudua è leggermente superiore (0,40mm contro 0,30mm).
Data la modesta entità dei valori rilevati non si ritiene tale anomalia tale da pregiudicare l’esito
della prova.
12
prova PC.03
Fless.01
-0,57
Fless.01
-0,09
Fless.02
Fless.03
Fless.04
Fless.05
-0,20
-3,40
-2,41
-1,12
Fless.02
Fless.03
Fless.04
Fless.05
-0,05
-0,45
-0,31
-0,17
Fless.06
-2,56
Fless.06
-0,30
(si precisa che - diversamente dai casi precedenti – la posizione dei trasduttori Fless.02 e Fless.06
è invertita)
Fless.01
Fless.02
Fless.03
Fless.04
Fless.05
Fless.06
0
0
-3,05
2,06
-0,77
-2,08
Fless.01
Fless.02
Fless.03
Fless.04
Fless.05
Fless.06
0
0
-0,38
-0,24
-0,10
-0,22
Tenuto conto che il carico massimo raggiunto durante la prova (qprova limite) è di 3,50kN/m2, per:
ove:
s:
b = 3,40m
13
Pertanto il carico effettivamente applicato (q limite), dato dal rapporto tra la larghezza dell’impronta
di carico (B=3,00m) e larghezza collaborante moltiplicato per il carico di prova, è pari a:
q limite = (B/b) x qprova = 3,09kN/m2
Tale valore rappresenta il limite inferiore della capacità portante del solaio; di poco superiore al
carico imposto dalla norma pari a 3,00kN/m2.


risultano:
-
(3,09/3,00) x 4,20mm
=
4,32 mm
-
(3,09/3,00) x 1,96mm
=
2,02 mm
In particolare la freccia massima del solaio è intermedia a quelle valutate nelle differenti

abbassamenti agli appoggi) è pari a circa il 12% (=0,38mm/3,05mm). A tal proposito si
specifica che, diversamente dal caso precedente, il rilievo delle deformazioni residue è
avvenuto a solo un’ora di distanza dallo scarico completo;

14
F.
CONCLUSIONI
Le prove di carico hanno testimoniato un comportamento dei solai marcatamente più soddisfacente
rispetto alle valutazioni numeriche condotte e in possesso dell’amministrazione.
Solo in un caso (PC.O1) non è stato possibile raggiungere il carico previsto dalla norma, ma questo
è più da imputare alla procedura di calcolo ed alle approsimazioni intrinseche del metodo, che non
alla effettiva capacità del solaio. Quindi:
- precisando che la prova è stata interrotta per ragioni di opportunità più che dal manifestarsi
di dissesti e/o assestamenti;
- tenendo altresì conto del confronto con quanto ottenuto dalla la prova PC.02 (eseguita su un
solaio sostanzialmente identico),
si ritengono i solai in questione idonei a sopportare i carichi previsti dalla norma, ovvero
3,00kN/m2) e non risulta necessario porre limitazioni al loro utilizzo, purchè sia esso coerente con
la destinazione d’uso dell’immobile.
Qualora in ogni caso s’intenda procedere a un intervento di miglioramento dovrà essere modificato
quanto previsto nell’attuale progetto, in luogo di un intervento in grado di aumentare la rigidezza
del solaio piuttosto che la sua resistenza. Le prove hanno evidenziato, infatti, come eventuali limiti
del solaio siano connessi alla sua deformabilità3 piuttosto che alla capacità portante.
Senza voler con ciò dare carattere di esaustività all’argomento appare più coerente la realizzazione
di un sottofondo strutturale (cappa in calcestruzzo) in grado di fornire un contributo rilevante sia in
termini di rigidezza a carico verticale, sia in termini di rigidezza a carico orizzontale. In tal caso
presumibilmente si potrebbe conseguire anche un miglioramento sismico, beninteso che tale
miglioramento dovrebbe essere supportato e dimostrato dalle necessarie calcolazioni.
Gavardo, 13 agosto 2013
Ing. Emanuel Perani
Ing. Massimo Pilati
Ing. Giacomo Profeta
Si allega ‘RELAZIONE TECNICA EDI 530/13’ a firma del dott. prof. Giancarlo Maselli
3
A tal proposito si sottolinea la corrispondenza tra i valori di spostamento ricavati analiticamente con i risultati
sperimentali. Tale aspetto se da un lato può essere di conforto, dall’altro implica l’assenza di contributi resistenti forniti
dagli elementi non strutturali (con ciò facendo specifico riferimento ai massetti e sottofondi).
15

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