STUDIO DI INGEGNERIA
ING. PATRIZIO GIANNELLI
Via Roma n.8 56048 Volterra (PI)
Via Carducci n°44 56010 Ghezzano (PI)
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P.IVA 01435110505
COMUNE DI POMARANCE
Proprietà: COMUNE DI POMARANCE
Progetto: Realizzazione di fabbricato con struttura in c.a. ad uso di locali di servizio e
bagni nell'ambito della realizzazione dell'area di sosta camper posta in
Pomarance (PI).
PROGETTO DEFINITIVO ESECUTIVO
DOCUMENTO TECNICO GENERALE
Indice elaborati.
A3
A4
A7
A8
Relazione tecnica generale;
Relazione materiali impiegati;
Relazione sulle fondazioni;
Relazione di calcolo;
Allegati
A2
Progetto architettonico;
A5
Relazione geologica;
A9
Fascicolo dei calcoli;
A10 Disegni esecutivi delle strutture;
Volterra, Aprile 2013
Il Progettista
Ing. Patrizio Giannelli
A3 Relazione tecnica generale.
Il progetto esecutivo, di cui verranno di seguito illustrate le fasi di analisi e di calcolo, è relativo
ad un edificio per con struttura in c.a. costituito da n.1 livello per una altezza massima fuori
terra, misurata dall'imposta sulle fondazioni all'estradosso del solaio di copertura, pari a 3,07 ml.
In conformità con le tipologie strutturali descritte al punto 7.4.3.1 del D.M. 14 Gennaio 2008,
l'edificio è stato progettato come una struttura a telaio in cemento armato essendo costituito da
telai (formati da pilastri e travi in c.a.) collegati trasversalmente da travi di bordo.
La scelta della struttura intelaiata per le parti di nuova realizzazione è stata effettuata per la
buona resistenza che essa offre in caso di sisma dovuta sia alla duttilità del cemento armato,
una volta opportunamente progettato, che all’alto grado di iperstaticità caratteristico delle
strutture intelaiate.
Le strutture portanti saranno così costituite da telai formati da pilastri e travi in cemento armato,
incastrati alle fondazioni e collegati trasversalmente da travi di bordo e da i solai caratterizzati
da sovrastante soletta in calcestruzzo armato.
L’unione tra i solai e le travi sarà realizzata a mezzo di ferri di continuità integrati
successivamente da getti in c.l.s.
Il tamponamento della struttura a telaio verrà eseguito in muratura ordinaria in laterizio e tale
tamponamento risulterà non collaborante con la struttura a telaio in c.a.
La fondazione sarà costituita da una platea in c.a. irrigidita da nervature in corrispondenza dei
pilastri. I solai di interpiano così come quelli di copertura saranno del tipo in laterocemento; è
stato previsto anche un solaio di copertura in legno per l'abitazione e per il porticato.
L'apparato strutturale verrà verificato mediante analisi statica e dinamica modale nel rispetto del
punto 7.3.4 del D.M.14/01/2008.
A4 Relazione materiali impiegati.
I solai che verranno realizzati saranno del tipo: A) in laterocemento con soletta collaborante per
il solaio di interpiano, B) in laterocemento con soletta collaborante per una parte del solaio di
copertura..
La soletta in c.a. di completamento dei solai avrà spessore di 4 cm e sarà armate con rete
elettrosaldata φ 6 – 15 x 15; tutti i solai verranno ancorati alle parti strutturali in c.a. mediante
ferri di continuità inglobati nei getti.
La tecnica costruttiva adottata configura una struttura portante dell'edificio di nuova
realizzazione costituita da un sistema di telai in c.a. collegati trasversalmente da travi ancora in
c.a.; pertanto i materiali che verranno utilizzati nell'intervento di seguito descritti sono: 1) il
calcestruzzo e 2) l'acciaio per armatura.
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1 - Calcestruzzo
Il cls è una miscela di aggregati quali inerti, sabbia e pietrisco, che devono essere selezionati e
devono rispondere ad una serie di requisiti dimensionali e di qualità, e pasta di cemento, in altre
parole cemento misto ad acqua. Il legame tra pasta e aggregato conferisce resistenza al
materiale, mentre la deformabilità dello stesso dipende dalla rigidezza degli inerti.
Per l'intervento in oggetto si prescrive l'utilizzazione dei seguenti tipi di calcestruzzo:
A) C20/25 per opere di fondazione, caratterizzato dalle seguenti proprietà:
Rck = 25 N/mm2
fck = 0,83 x Rck = 20 N/mm2
fcm = fck + 8 = 28 N/mm2
Ecm = 22000 x (fcm /10)0,3 = 29962 N/mm2
B) C25/30 per opere in elevazione, caratterizzato dalle seguenti proprietà:
Rck = 30 N/mm2
fck = 0,83 x Rck = 25 N/mm2
fcm = fck + 8 = 33 N/mm2
Ecm = 22000 x (fcm /10)0,3 = 31476 N/mm2
Le caratteristiche del cls utilizzato nell'intervento rispetteranno il paragrafo 11.2.10 delle NTC
2008.
Si dichiara che tutti i componenti necessari al confezionamento del calcestruzzo saranno
conformi al paragrafo 11.2.9 delle NTC 2008.
2 - Acciaio per armatura
E’ impiegato sotto forma di barre che hanno il compito di aumentare l’aderenza con il
conglomerato cementizio e sono caratterizzate dal diametro della barra stessa. Nel progetto in
esame sono state impiegate barre ad aderenza migliorata. I vari tipi di acciai si distinguono a
seconda della resistenza che possono esercitare.
Per l'intervento in oggetto si prescrive l'utilizzazione del seguente tipo di acciaio:
A) B450C per opere di fondazione ed opere in elevazione, caratterizzato dalle seguenti
proprietà:
fyk = 450 N/mm2
ftk = 540 N/mm2
Assumiamo inoltre il seguente limite per il coefficiente di sicurezza delle azioni di progetto
rispetto alla resistenza sperimentale (vedi Tab.11.3.Ib):
(fy / fynom) < 1,25
3
dove:
•
fy è la tensione di snervamento;
•
fynom è il valore nominale di riferimento della tensione caratteristica di snervamento.
Le caratteristiche dell'acciaio utilizzato sono conformi al punto 11.3.2.1 delle NTC 2008.
L’aderenza tra acciaio e calcestruzzo è un requisito fondamentale, infatti, oltre ad essere una
delle ipotesi per la validità del calcolo del c.a., è essenziale per il buon comportamento e
conservazione delle opere. Il conglomerato deve poter seguire le deformazioni delle barre
d’acciaio tese, senza né fessurarsi eccessivamente, né permettere lo sfilamento delle barre.
Per le barre ad aderenza migliorata la resistenza tangenziale di aderenza di calcolo fbd vale
(vedi punto 4.1.2.1.1.4 delle NTC 2008):
fbd = fbk / γC
dove:
γC è il coefficiente parziale di sicurezza relativo al cls, pari a 1,5;
fbk è la resistenza tangenziale caratteristica di aderenza data da: fbk = 2,25 x η x fctk
E' opportuno precisare che l'aderenza delle barre di acciaio con il cls deve essere oggetto di
verifica come stabilito al punto 4.1.2.1.8 delle NTC 2008.
A7 Relazione sulle fondazioni.
Descrizione generale
Per l'intervento in progetto sono state previste fondazioni dirette cioè una tipologia di fondazione
che trasmetta direttamente i carichi prodotti dal fabbricato al terreno sottostante. La tipologia
scelta è stata quella di una platea in c.a. sviluppata su tutta la superficie dell'intervento.
La platea sarà irrigidita da nervature e lateralmente da setti in c.a. necessari per il sostegno del
terreno nelle parti seminterrate.
Schema strutturale
Nel dimensionamento della platea in c.a. è stato impostato uno spessore strutturale pari a 25
cm. Al fine di irrigidire la platea ed evitare il rischio del punzonamento prodotto dai pilastri sono
state previste nervature in corrispondenza degli allineamenti dei pilastri. Le nervature in
cemento armato saranno di due tipi: una con larghezza pari a 25 cm che fuoriuscirà dal bordo
superiore della platea di 25 cm quindi con altezza strutturale sarà pari a 25 + 25 = 50 cm (vedi
Part. 1 della TAV.1) ed l'altra con larghezza pari a 25 cm che fuoriuscirà dal bordo superiore
della platea di un'altezza pari al muro in c.a. contro terra. La parete perimetrale di sostegno del
terreno sarà in cemento armato e avrà spessore strutturale pari a 25 cm.
Tale tipologia di fondazione è compatibile con la situazione stratigrafica del terreno il quale è
stato oggetto di indagine geologico-tecnica allegata alla presente pratica.
Determinazione delle azioni di progetto
Gli elementi strutturali delle fondazioni devono essere dimensionati sulla base delle
sollecitazioni ad essi trasmesse dalla struttura sovrastante; le azioni di progetto considerate
4
sono quelle calcolate nell'analisi lineare dinamica relativa all'intera struttura.
Le verifiche di sicurezza sono state condotte agli Stati Limite Ultimi (SLU) ed agli Stati Limite di
Esercizio (SLE) così come previsto ai punti 6.4.1 e 6.4.2 delle NTC 2008.
Calcolo dell'armatura della fondazione
Si considera che la struttura portante relativa all'intervento in oggetto abbia comportamento di
tipo dissipativo con Classe di duttilità bassa (CD"B").
I requisiti strutturali degli elementi di fondazione sono dettati al punto 7.2.5 delle NTC 2008
pertanto tali fondazioni sono progettate per rimanere in campo elastico e quindi non sono
necessarie armature specifiche per ottenere un comportamento duttile; le fondazioni in c.a.
hanno armature longitudinali in percentuale non inferiore allo 0,2%, sia inferiormente che
superiormente, estese per l'intera lunghezza della fondazione stessa.
La relazione geologica ha evidenziato che la Categoria si sottosuolo nell'ambito della zona di
intervento è la Categoria C mentre la Categoria Topografica è la T1; i suddetti valori sono stati
usati in tutte le procedure di calcolo.
Dal fascicolo dei calcoli allegato si evince che la tensione massima nel terreno è pari a 0,5
kg/cm2 e tale valore è inferiore alla resistenza di progetto del terreno (valore minimo = 1,08
kg/cm2); i valori sopra menzionati sono scaturiti dalla indagine geologico-tecnica allegata alla
pratica.
A8 Relazione di calcolo.
L'intervento oggetto del presente documento tecnico generale è una nuova costruzione ad uso
di civile abitazione per la quale deve essere garantito il livello di sicurezza previsto dalle NTC
2008 in relazione alla vita nominale, alla classe d'uso e al periodo di riferimento per l'azione
sismica come stabilito dal paragrafo 2.4 delle NTC 2008. Nel caso specifico si considera:
•
Vita nominale: VN > 50 anni;
•
Classe d'uso: Classe II;
•
Periodo di riferimento per azione sismica: VR = VN x CU dove CU è un coefficiente funzione
della classe d'uso (in questo caso CU = 1,0) e quindi VR = 50 x 1,0 = 50 anni.
Le coordinate geografiche della zona di intervento posta in Comune di Volterra (LI) sono: Long.
= 10,861 e Lat. = 43,401.
Per lo SL di Salvaguardia della Vita sono stati utilizzati i seguenti parametri:
ag/g = 0,143
F0 = 2,488
Fv = 1,270
T = C1x H3/4 (Rif. formula 7.3.5 del § 7.3.3.2)
In funzione dei suddetti parametri e delle altezze strutturali di ogni impalcato sono state ricavate
le ordinate per lo spettro orizzontale e per lo spettro verticale:
➢
con H = 2,90 ml (solai interp. e cop. più sollecitati) si ottiene Se = 0,16 e Sv = 0,11;
➢
con Hmed = 3,55 ml (solai cop legno) si ottiene Se = 0,16 e Sv = 0,09.
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I valori sopra menzionati sono stati utilizzati nelle procedure di calcolo per le valutazioni della
sicurezza e nelle verifiche strutturali relative allo Stato Limite di Salvaguardia della Vita.
Per lo SL di Danno sono stati utilizzati i seguenti parametri:
ag/g = 0,06
F0 = 2,498
Fv = 0,826
T = C1x H3/4 (Rif. formula 7.3.5 del § 7.3.3.2)
In funzione dei suddetti parametri e delle altezze strutturali di ogni impalcato sono state ricavate
le ordinate per lo spettro orizzontale e per lo spettro verticale:
➢
con H = 2,90 ml (solai interp. e cop. più sollecitati) si ottiene Se = 0,22 e Sv = 0,05;
➢
con Hmed = 3,55 ml (solai cop legno) si ottiene Se = 0,22 e Sv = 0,04.
I valori sopra menzionati sono stati utilizzati nelle procedure di calcolo per le valutazioni della
sicurezza e nelle verifiche strutturali relative allo Stato Limite di Danno.
1) Analisi dei carichi
A) Solai di interpiano in laterocemento (calcolo per il maggiormente sollecitato)
Caratteristiche:
- H = 18 + 4 cm
- travetti con traliccio
- interasse i = 50 cm
Totale carichi permanenti (G1)
Totale carichi permanenti portati (G2)
Carichi accidentali (Qa)
250 Kg/m2
200 Kg/m2
200 Kg/m2
B) Sbalzo in c.a.
Caratteristiche:
- H = 22 cm
- struttura gettata in c.a.
Totale carichi permanenti (G1)
Totale carichi permanenti portati (G2)
Carichi accidentali (Qa)
550 Kg/m2 (2500 Kg/m3x0,22 ml = 550 Kg/m2)
100 Kg/m2
400 Kg/m2
C) Solai di copertura in laterocemento (calcolo per il maggiormente sollecitato)
Caratteristiche:
- H = 18 + 4 cm
- travetti con traliccio
- interasse i = 50 cm
Totale carichi permanenti (G1)
Totale carichi permanenti portati (G2)
Carichi accidentali (Qn)
250 Kg/m2
250 Kg/m2
120 Kg/m2
D) Gronda in c.a.
Caratteristiche:
- H = 22 cm
- struttura gettata in c.a.
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Totale carichi permanenti (G1)
Totale carichi permanenti portati (G2)
Carichi accidentali (Qn)
300 Kg/m2 (2500 Kg/m3x0,12 ml = 300 Kg/m2)
50 Kg/m2
120 Kg/m2
E) Struttura portante
Struttura in cemento armato
2500 Kg/m3
F) Muratura di tamponamento
Muratura ordinaria in blocchi di laterizio
1000 Kg/m3
2) Criteri generali di calcolo
La tecnica costruttiva adottata prevede una struttura portante in c.a. costituita da un sistema di
travi e pilastri connessi fra sé e collegati alle fondazioni. Tale modello è stato quindi pensato
come un insieme di elementi resistenti piani a telaio connessi da diaframmi orizzontali costituiti
da impalcati (solai) infinitamente rigidi.
Alla struttura sono applicati i carichi con distribuzione tale da creare le massime sollecitazioni
nei vari elementi considerando la probabilità di contestuale presenza dei valori sollecitanti
massimi.
Nell’ottica della nuova Normativa in materia di costruzioni in zona sismica, occorre procedere al
calcolo strutturale utilizzando gli stati limite. Sono definiti “Stati limite” (SL) le condizioni oltre le
quali la struttura o una sua parte non soddisfa più i requisiti di comportamento per le quali è
destinata e progettata. Lo SLU (alias stato limite ultimo) rappresenta il limite oltre il quale si ha
una situazione di pericolo per la resistenza della struttura, che può portare al collasso o a
cedimenti strutturali che possono generare pericolo per persone e cose che si trovano
nell’edificio o negli spazi circostanti. Si può quindi avere la perdita di stabilità della struttura, la
trasformazione della struttura in un cinematismo per l’apertura di cerniere plastiche, ecc. Gli
SLE (stati limite di esercizio) rappresentano invece il limite oltre il quale si crea una condizione
non ottimale per l’utilizzo della struttura, che al massimo può impedirne il funzionamento;
l’integrità strutturale non viene quindi intaccata, ma non può comunque garantire la funzione per
la quale è stata costruita. L’analisi viene quindi spinta secondo il metodo semiprobabilistico agli
stati limite che associa grandezze statistiche a coefficienti parziali di sicurezza deterministici. Si
prevede che l’edificio possegga una adeguata capacità di dissipare energia in campo in
elastico, senza che ciò comporti riduzioni significative della resistenza nei confronti delle azioni
sia verticali che orizzontali. Per un buon comportamento dissipativo della struttura, è importante
che le deformazioni elastiche siano distribuite sul maggior numero possibile di elementi duttili
(in particolare nelle travi) evitandone il manifestarsi negli elementi meno duttili (ad esempio i
pilastri). Per conseguire tale risultato ci si avvale del principio della gerarchia delle resistenza. Si
riconoscono a tal fine due classi di duttilità: la classe ad alta duttilità (CD “A”) prevede che sotto
l’azione sismica di progetto la struttura si trasformi in un meccanismo dissipativo; nella classe di
duttilità bassa (CD “B”) si richiede che tutti gli elementi che lavorano a flessione (travi, pilastri e
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pareti) posseggano una soglia di duttilità minima; per l'intervento in oggetto è stata assunta una
classe di duttilità bassa (CD "B").
3) Determinazione delle azioni di progetto
Le azioni agenti sulla struttura sono state cumulate in modo da determinare le condizioni più
sfavorevoli ai fini delle singole verifiche, tenendo conto della probabilità ridotta di intervento
simultaneo con i loro valori massimi come da D.M. 14/01/2008. Escludendo i termini relativi alla
precompressione, sono quindi state considerate le azioni di progetto come al paragrafo 2.5.5
delle NTC 2008 per tutti gli stati limite (S.L.U. e S.L.E.) in cui i coefficienti di sicurezza γg e γq
valgono rispettivamente 1,3 (contributo non a favore di sicurezza) e 1,5 e i coefficienti ψ0i e ψ2i
sono prelevati dai valori suggeriti nel D.M. 14/01/2008 nella tabella 2.5.I per Cat. A (carichi
variabili nei fabbricati per abitazioni). I valori di Gk (valore caratteristico delle azioni permanenti)
si determinano tramite l’analisi dei carichi mentre quelli di Qk (valore caratteristico delle azioni
variabili) sono tabulati e suddivisi a seconda delle destinazioni d’uso dei diversi locali nel D.M.
14/01/2008.
4) Tipo di analisi svolta
L’analisi strutturale è stata eseguita secondo il metodo degli elementi finiti tipo Beam (pilastri e
travi), delle travi su suolo elastico alla Winkler (fondazioni), degli elementi a stato piano di
tensione (setti).
L’analisi è stata eseguita in campo lineare con il metodo dell’equilibrio con condensazione dei
gradi di libertà a tre per piano e analisi modale con il metodo dello spettro di risposta.
Il calcolo viene eseguito con le condizioni di carico riferite alle seguenti azioni:
1)
Carichi verticali
2)
Carichi verticali con forze orizzontali da 0° (nelle due direzioni)
3)
Carichi verticali con forze orizzontali da 90° (nelle due direzioni)
4)
Carichi verticali con forze orizzontali da 180° (nelle due direzioni)
5)
Carichi verticali con forze orizzontali da 270° (nelle due direzioni)
Parimenti la determinazione degli sforzi assiali sui pilastri considera tutte le forze che vi
concorrono nella situazione di carico verticale uniforme e di forze orizzontali di piano da destra
verso sinistra e viceversa.
5) Origine e caratteristiche codici di calcolo
PROGRAMMA UTILIZZATO: En.Ex.Sys. WinStrand - Structural Analisys & Design
Ditta produttrice: En.Ex.Sys. s.r.l. - Via Tizzano 46/2 - Casalecchio di Reno (Bologna)
Sigla: WinStrand
Piattaforma software: Microsoft Windows XP Home, Microsoft Windows XP Home Professional
LICENZA DI UTILIZZO: N° SERIE 0627GNNLLP intestata a GIANNELLI PATRIZIO Via
Roma 8 56048 Volterra P.Iva 01435110505.
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Campo di applicazione: Analisi statica e dinamica di strutture in campo elastico lineare.
6) Affidabilità dei codici utilizzati
Per quanto riguarda l'affidabilità dei codici utilizzati, di seguito vengono riportati alcuni estratti
del manuale di uso del software utilizzato al fine di poter validare correttamente sia il modo di
operare dello stesso e soprattutto l'affidabilità in relazione al tipo di struttura così come calcolata
e verificata. Viene inoltre riportata, a conclusione del presente paragrafo, la dichiarazione del
progettista delle opere strutturali con la quale viene confermata la validità ed affidabilità dei
codici di calcolo utilizzati.
Algoritmi utilizzati per il calcolo
•
L’analisi in campo dinamico della struttura vieni svolta secondo le tecniche dell’analisi modale.
In particolare l’algoritmo di risoluzione esegue i seguenti passi:
A) Condensazione statica delle componenti di spostamento di piano così da ricondurle a
tre (spostamento in direzione X e Y, rotazione attorno all’asse Z) per solaio.
B) Risoluzione
del
problema
agli
autovalori
utilizzando
la
matrice
elastica
precedentemente condensata e la matrice delle masse associate ai vari piani.
C) Calcolo dei coefficienti di risposta e di compartecipazione ed individuazione (per ogni
direzione di ingresso del sisma) dei modi di vibrare da considerare ai fini del calcolo
delle sollecitazioni prodotte dal sisma sulla struttura.
La scelta dei modi di vibrare, può differire in funzione delle varie direzioni di ingresso del sisma,
essendo subordinata alla produzione dei massimi effetti sulla struttura.
In ogni caso il processore di calcolo considera, per ogni direzione di ingresso del sisma, al
massimo 5 modi di vibrare di cui 2 a prevalente contributo nella direzione del sisma, 2 nella
direzione a questa normale ed 1 a prevalente componente torcente.
Vengono altresì considerate le rigidezze traslanti associate ai vari piani oltre alla eccentricità del
centro di rigidezza dei vari solai rispetto al centro di massa.
Il pilastro generico viene calcolato come appartenente alle due direzioni (X o Y) solo se
necessario.
I momenti risultanti dalla risoluzione dei telai per le estremità dei telai vengono spuntati a filo del
pilastro.
•
Tipo di Risoluzione.
Analisi statica e/o dinamica in campo lineare con il metodo dell'equilibrio.
Fattorizzazione LDLT.
Modellazione generale 6 gradi di libertà per nodo. Ipotesi di solai infinitamente rigidi nel proprio
piano (3 gradi di libertà per nodo + 3 per impalcato).
Analisi dinamica modale con il metodo dello spettro di risposta. (Nel caso di analisi modale gli
autovettori ed autovalori possono essere calcolati mediante subspace iteration oppure tramite il
metodo dei vettori di Ritz).
•
Verifiche elementi trave pilastro e setto.
9
Il calcolo flessionale delle sezioni degli orizzontamenti sia per le sezioni in mezzeria come per
l’incastro è quello corrente della Scienza delle Costruzioni ed il loro dimensionamento e relativa
verifica sono stati condotti nel rispetto del punto 7.4.4 delle NTC 2008.
7) Validazione del progettista.
In relazione a quanto sopra riportato ed in ottemperanza al punto 10.2 del D.M 14/01/2008, il
sottoscritto Ing. Patrizio Giannelli in qualità di progettista delle opere strutturali di cui all'oggetto,
dichiara che, il software, la metodologia di calcolo, la modellazione strutturale e le verifiche
strutturali condotte con il software sopra descritto sono da ritenersi completamente affidabili e
aderenti a quanto progettato.
8) Giudizio di accettabilità dei risultati.
In relazione a quanto sopra riportato ed in ottemperanza al punto 10.2 del D.M 14/01/2008, il
sottoscritto Ing. Patrizio Giannelli in qualità di progettista delle opere strutturali di cui all'oggetto,
dichiara che, limitatamente ad alcuni elementi strutturali come ad esempio pilastri, travi e setti
presi singolarmente, i risultati dei calcoli elaborati con il software descritto, sono stati confrontati
con i risultati derivanti dal calcolo manuale (in alcuni casi semplificato) effettuato secondo
quanto previsto dalla teoria corrente della Scienza e Tecnica delle Costruzioni. Tale confronto
ha portato ad un sostanziale allineamento di quanto progettato in modo automatico e quanto
invece in modo manuale. Pertanto il giudizio dell'accettabilità dei risultati viene considerato nel
suo complesso positivo.
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NORMATIVA DI RIFERIMENTO:
•
Legge n.64/74;
•
D.P.R. n.380/01;
•
L.R. n.1/2005;
•
D.M. 14/01/2008 "Nuove norme tecniche per le costruzioni";
•
Circolare 02/02/2009 n.617 "Istruzioni per l'applicazione delle -Nuove norme tecniche
per le costruzioni- di cui al decreto ministeriale 14 gennaio 2008".
Volterra, Aprile 2013
Il Progettista
Ing. Patrizio Giannelli
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