Indagini per definire la risposta dei suoli e delle strutture a un

Geologo Domenico Beltrame
Ordine dei Geologi della Regione Emilia Romagna n° 453
P. IVA: 02046491201 ÷ C.F: BLT DNC 58R29 A944G
I.I.P.LE.
Istituto per l'Istruzione Professionale dei Lavoratori Edili di Bologna e Provincia
via del Gomito 7 - BOLOGNA
CONVEGNO
LA DIFFUSIONE DELLA CULTURA ANTISISMICA: PROTOCOLLO
PER UNA CORRETTA DIAGNOSI ANTISISMICA DEGLI EDIFICI
NELLA PROVINCIA DI BOLOGNA
"LA NUOVA DIAGNOSI ANTISISMICA DEGLI EDIFICI"
Indagini per Definire la Risposta dei Suoli e delle Strutture a un Terremoto
[il caso pratico della struttura Filonido di Bologna]
AGCI Associazione Generale delle Cooperative Italiane
GS General Servizi Soc. Coop. Consulenza e Servizi per le Imprese
Consorzio Cires ed Eco Cires
Costruire Soc. Coop. a r.l. e mutualità prevalente
Bologna, 23 giugno 2014 ore 15,00÷18,00
Studio e Domicilio Fiscale: via del Monte 12 - 40068 San Lazzaro di Savena (Bo)
telefono fisso e fax: 051 8494598 ÷ telefono portatile: 333 2272278
e-mail: [email protected]
Geologo Domenico Beltrame
Ordine dei Geologi della Regione Emilia Romagna n° 453
P. IVA: 02046491201 ÷ C.F: BLT DNC 58R29 A944G
INDICE
Introduzione.................................................................................................
Pag. 1
Cenni sul luogo e sulla struttura in esame…...........................................
"
2
Breve richiamo agli studi geologici progettuali….................................
"
3
1) Descrizione…..................................…….................................................
"
4
2) Elaborazione...................................…….................................................
"
8
3) Interpretazione......….......................…..................................................
" 13
Conclusioni….....................................……..................................................
" 15
Studi vibrazionali
Studio e Domicilio Fiscale: via del Monte 12 - 40068 San Lazzaro di Savena (Bo)
telefono fisso e fax: 051 8494598 ÷ telefono portatile: 333 2272278
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1
INTRODUZIONE
Avendo reperito esaustivi documenti geologico-sismici, il protocollo degli
accertamenti seguito per lo studio vibrazionale dell'asilo nido Filonido di Bologna è
stato articolato in due sole fasi operative, quali:
1.
una prima fase, consistente in una prima ispezione dei luoghi e nello studio degli
elaborati progettuali dell'edificio, gentilmente forniti dalla Soc. Coop. Dolce, dal
cui esame è sostanzialmente emersa sia la ben recente epoca di costruzione (la
cui concessione edilizia risale appunto al 27/09/2010), sia come lo stesso sia stato
progettato in modo conforme alle più recenti norme tecniche e procedure
geologiche inerenti la pericolosità sismica locale;
2.
una seconda fase, consistente nella misura delle vibrazioni del fabbricato e del
suo terreno di fondazione, svolta tramite otto registrazioni a mezzo tromografo
portatile Tromino ® (Micromed spa), tesa a verificare l'eventuale coincidenza tra
la frequenza propria di risonanza del sottosuolo e la frequenza del primo modo
flessionale della struttura, con la congiunta possibilità d'innesco di fenomeni di
doppia risonanza suolo-struttura.
In particolare, mentre nello stabile sono state individuate tre opportune verticali
lungo le quali è stata svolta una misura a piano (una al piano terra e una sopra
al primo solaio, dato dal tetto della struttura), per un totale di sei, altre due
misure sono state fatte in campo libero, nel cortile meridionale.
In tale ambito, le operazioni di misura condotte hanno impegnato una mattina
di lavoro e non hanno comportato alcuna sospensione o particolari limitazioni delle
attività didattiche all'epoca in corso.
2
CENNI SUL LUOGO E SULLA STRUTTURA IN ESAME
Il nido d'infanzia Filonido è ubicato al civico 16 di via della Vita e ricade nella
prima periferia Nord Est del Comune di Bologna, poco a Sud dell'area fieristica, in un
contesto urbanizzato pressoché regolare e debolmente inclinato verso Nord, proprio
delle aree dell'alta pianura bolognese, all'interno di un lotto pianeggiante e a pari
quota dei circostanti intorni, privo di significative irregolarità morfologiche.
In particolare, trattasi di uno stabile articolato su di un unico piano fuori terra e
dimensionato su fondazioni superficiali, dirette del tipo a trave, costruito in muratura di
mattoni pieni e con strutture in elevazione e orizzontali in legno prefabbricato, con
ampie forature sui lati meridionali.
Tale edificio è altresì distribuito su di una pianta data dall'intersezione di due principali
bracci di ampiezza variabile, allungati verso NNO÷SSE e NNE÷SSO e si svolge lungo un
asse longitudinale complessivamente inclinato di 30° circa rispetto al Nord geografico,
avente dimensioni massime di circa 55 per 15m, organizzato secondo spazi, geometrie
e un'esposizione solare funzionali ai sevizi e alle attività pedagogiche e ai requisiti di
confort ambientale richiesti dalla natura dell'edificio.
N
/
Figura 1: pianta e ubicazione delle tre verticali sismiche testate all'interno-
In merito alle ispezioni condotte nel fabbricato, risulta come l’edificio sia privo di
una qualsiasi lesione riconducibile a fenomeni d'instabilità dei terreni di fondazione e
del sistema fondale o a intervenute interferenze e come lo stesso si erga in un
contesto morfologico privo di fattori d’instabilità potenziale.
3
BREVE RICHIAMO AGLI STUDI GEOLOGICI PROGETTUALI
Dall'esame degli studi geologici prodotti a corredo della progettazione della
struttura, si evince come siano state svolte idonee ricerche atte alla puntuale
caratterizzazione del modello geologico, sismico e geotecnico del sito in oggetto.
In termini generali e per quanto ai fini di questo studio, tali accertamenti sono
stati condotti tramite studi bibliografici, sopralluoghi e cantieri di indagini sismiche, di
prove penetrometriche statiche (CPTU) e di sondaggi, con prove di laboratorio su
campioni di terreno appositamente prelevati, così da poter concludere che l'area era
idonea a quanto in progetto e che presenta un primo sottosuolo costituito dai depositi
alluvionali appartenenti al sistema deposizionale del Torrente Savena, i quali sono qui
sostanzialmente caratterizzati, per le profondità testate,
•
da una successione di prevalenti terreni granulari, articolata da più superficiali
tessiture limose e sabbiose, da un sottostante e significativo intervallo argilloso e
da ancor più sottostanti lenti sabbioso-ghiaiose, queste ultime in essere a partire
da 13 m circa di profondità in poi;
•
da soddisfacenti ordini di compattezza e di resistenza al taglio;
•
dalla mancanza di falde idriche sotterranee di carattere permanente e
temporaneo.
In tale ambito, sotto il profilo della definizione del modello sismico e oltre a
svolgere gli accertamenti richiesti per la stima della Pericolosità Sismica di Base del
sito, sono state altresì verificate
•
sia le condizioni morfologiche e di rigidità sismico-stratigrafiche che concorrono
alla definizione dell'Azione Sismica di Progetto, queste ultime risultate tramite
tecnica MASW (Multichannel Analysis of Surface Waves), con l'acquisizione della
velocità delle onde di taglio VS30 [risultata essere ascrivibile alla Categoria di
Sottosuolo C di Tab. 3.2.II NTC (relativa a Depositi di terreni a grana grossa
mediamente addensati o a grana fine mediamente consistenti .....)];
•
sia
la
mancanza
di
termini
idrogeologici,
litologici,
granulometrici
e
geomeccanici tali da poter indurre la liquefazione dei livelli incoerenti
intercettati durante le indagini.
4
STUDI VIBRAZIONALI
1) Descrizione
Tramite la fattiva collaborazione tecnica del Geol. Riccardo Panzeri, la mattina
del 5 febbraio 2014 sono state effettuate numero otto acquisizioni del microtremore
ambientale della durata di 16' ciascuna, svolte alla frequenza di campionamento di
128 Hz.
All'interno dell'edificio, le tre componenti del moto (N-S, E-W e Up-Down),
registrate sul tetto, sono state trattate separatamente con spettri normalizzati rispetto
al moto del piano terra, rimuovendo così l’effetto del sottosuolo (che ha delle
frequenze proprie di vibrazione) ed evidenziando il solo effetto legato alla struttura,
così da pervenire alle frequenze del primo modo flessionale. (Nota: la ridotta altezza
del fabbricato limita l’indagine al primo flessionale).
All’esterno dell’edificio e a debita distanza da esso e da altre strutture, è stato
infine misurato il microtremore ambientale, sempre presente e generato da cause
antropiche e naturali; in questo caso, le tre componenti del moto sono state
elaborate secondo la tecnica HVSR (Horizontal to Vertical Spectral Ratio o H/V),
ottenendo così le frequenze di risonanza specifiche di quel sottosuolo.
In maggiore dettaglio e come ubicato in Figura 2, sono state condotte:
•
n° 3 misure complessive, ciascuna delle quali svolta nelle stazioni d'indagine 01,
02 e 03, poste al piano terra all'interno della struttura e qui realizzate poggiando
lo strumento direttamente sul pavimento di legno;
•
n° 3 misure complessive, ciascuna delle quali svolta sul tetto della struttura e sulla
verticale delle stesse stazioni 01, 02 e 03, qui realizzate infiggendo gli appositi
piedini dello strumento nel substrato di inerte che funge da copertura (strato
drenante in lapillo vulcanico);
•
n° 2 misure in campo libero nelle stazioni d'indagine 04 e 05, poste nel giardino
della struttura e qui realizzate poggiando lo strumento direttamente al suolo.
5
N
Figura 2: pianta dell'edificio inserita nel contesto reale (tramite immagine del 2007 di
Google-earth) e ubicazione delle stazioni d'indagine.
Come mostrato dalle frecce rosse della Figura 2, il nord strumentale delle stazioni
02, 03, 04 e 05 è stato orientato lungo l’asse principale dell’edificio (a circa 210° N) e le
misure della stazione 01 sono state diversamente effettuate con nord strumentale a
310° N.
6
Figura 3: particolare della stazione 01 sul tetto dell'edificio.
Figura 4: particolare della stazione 05 ubicata nel
giardino di pertinenza.
7
Figura 5: panoramica del tetto scattata dall’estremità Ovest dell’edificio con al centro
il Tromino in fase di acquisizione nella stazione 03.
8
2) Elaborazione
A) Misure nella struttura
Le tracce registrate sui tre canali strumentali N-S, E-W e U-D sono state elaborate
con il software Grilla utilizzando finestre temporali di 60” e un lisciamento al 2%, così da
ottenere i relativi spettri in velocità.
Ogni misura effettuata sul tetto è stata quindi rapportata alla corrispondente
misura svolta al piano terra, ottenendo infine i grafici normalizzati del comportamento
dinamico della struttura sulle due componenti strumentali N-S ed E-W (Figura 6, 7 e 8).
10 Hz
7 Hz
Figura 6: spettri in velocità normalizzati (Hi/Ho) delle due componenti strumentali N-S
(sopra) ed E-W (sotto), nella stazione d'indagine 01 (spigolo NE dell'edificio).
9
7 Hz
6-7 Hz
Figura 7: spettri in velocità normalizzati (Hi/Ho) delle due componenti strumentali N-S
(sopra) ed E-W (sotto), nella stazione d'indagine 02 (al centro dell'edificio).
10
7 Hz
8-10 Hz
Figura 8: spettri in velocità normalizzati (Hi/Ho) delle due componenti strumentali N-S
(sopra) ed E-W (sotto), nella stazione d'indagine 03 (ala Ovest dell'edificio).
11
B) Misure in campo libero
Le acquisizioni di microtremore ambientale effettuate al suolo nelle stazioni 04 e
05 sono state elaborate con il software Grilla utilizzando finestre temporali di 20” ed un
lisciamento al 10%, ottenendo gli spettri in velocità sulle tre componenti strumentali.
Applicando la tecnica HVSR si sono infine ottenuti i grafici H/V mostrati in Figura
9 e Figura 10.
0.5÷1 Hz
2 Hz
Figura 9:
sopra grafico H/V della stazione 04 (in rosso la media e in nero la deviazione standard;
sotto gli spettri delle tre componenti strumentali.
12
0.5 – 1 Hz
2 Hz
3 Hz
Figura 10:
sopra grafico H/V della stazione 05 (in rosso la media e in nero la deviazione
standard);
sotto gli spettri delle tre componenti strumentali.
13
Figura 11: grafici della stabilità delle misure dopo selezione delle finestre temporali
utilizzate per l’elaborazione dei grafici H/V (misura 04 in alto e misura 05 in basso).
3) Interpretazione
A) Misure nella struttura
In termini generali, le misure condotte all'interno dell'edificio evidenziano una
frequenza di risonanza relativamente alta e che ben si accorda con una struttura
bassa (di circa 3.5 m di altezza), poco rigida e avente una massa relativamente
spostata verso l’alto.
In altre parole, per una struttura in cemento armato ci saremmo aspettati una
frequenza fondamentale di almeno 10 Hz ma, essendo la nostra in ferro-legno, questa
è più flessibile e ha il lastrico del tetto caricato dalla copertura lapidea.
14
In maggiore dettaglio, per quanto al primo modo flessionale in senso
longitudinale (N-S), questo è ben rappresentato e facilmente riconoscibile nel picco a
7 Hz della misura 02 (Figura 7 "sopra"), [anche se un po' meno chiaramente nella
misura 03 (Figura 8 "sopra")].
D'altro canto, in senso trasversale (E-W) alla struttura, le stesse misure 02 e 03 non
sono concordi in quanto mentre nel grafico della stazione 02, rilevata verso il centro
della struttura, si distingue una frequenza fondamentale attorno a 6-7 Hz (Figura 7
"sotto"), la misura 03, compiuta verso l’estremità Ovest, indica un primo modo a 8-10
Hz (Figura 8 "sotto").
In particolare, l’entità di questa maggiore amplificazione sembra riconducibile
all’irregolarità geometrica dell'edificio e alla disposizione asimmetrica delle masse,
specie allorquando si osservi che il paramento settentrionale è costruito in muratura e
che la parte centrale e meridionale dell’edificio sono semplicemente tamponate in
vetro-alluminio e cartongesso e in tale ambito, la sezione a stringere dell’edificio verso
Ovest pare ancor più giustificare la maggior frequenza del primo modo flessionale
registrata sulla sezione trasversale della misura 03.
Infine, il posizionamento e l'orientamento dello strumento nella stazione 01,
ubicata presso lo spigolo NE dell’edificio invece che presso le sue parti mediane e
avente un Nord strumentale diverso da quello adottato per le stazioni 02 e 03, ci
consente di identificare due modi principali attorno a 7 Hz in senso trasversale (E-W) e
a 10 Hz in senso longitudinale (N-S) al tratto orientale della struttura, con movimenti
ascrivibili a torsioni e a combinazioni dei modi superiori di vibrazione con elevate
ampiezze.
B) Misure in campo libero
I grafici H/V delle stazioni d'indagine 04 e 05 mostrano una amplificazione diffusa
tra 0.5 e 1 Hz, comunemente riscontrabile nella nostra pianura pedecollinare ed
ascrivibile a riflettori sismico-stratigrafici posti a profondità dell'ordine di 80-150 metri.
In queste due misure è infine ancora visibile un pur debole picco a 2 Hz e a 3 Hz,
quest'ultimo effettivamente riconoscibile solo nella misura 05, riconducibile ai livelli
sabbioso-ghiaiosi individuati a bassa profondità durante gli accertamenti progettuali.
15
CONCLUSIONI
A fronte di un contesto geologico-sismico puntualmente indagato durante le
fasi progettuali edificatorie dello stabile e caratterizzato sia da usuali condizioni di
pericolosità sismica di base, sia dalla mancanza di sfavorevoli condizioni fisicomeccaniche nei terreni di fondazione, sia dall'assenza di fattori predisponenti effetti di
sito, è stata condotta un'indagine vibrazionale speditiva sulla struttura Filonido e sul
terreno del suo cortile.
I risultati di tale accertamento evidenziano che per cause legate alla
geometria, ai materiali di costruzione e alla distribuzione delle masse, la struttura vibra
in modo relativamente complicato ma con frequenze di risonanza tali da essere ben
al di fuori delle frequenze di risonanza proprie del sottosuolo (7 >> 1), così da
scongiurare, in caso di sisma, l'insorgere di sollecitazioni aggiuntive e distruttive date
da fenomeni di doppia risonanza suolo-struttura e altresì indotte da eventuali lesioni
che potessero insorgere durante i primi momenti di un terremoto.
Fine

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