Vulnerabilità sismica delle strutture industriali

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1 VADEMECUM per la SICUREZZA SISMICA DEI FABBRICATI INDUSTRIALI Torino, 13 maggio 2014 Vulnerabilità sismica delle strutture industriali Bernardino Chiaia Alessandro P. Fantilli

2 Indice Inquadramento del problema I capannoni prefabbricati di c.a. in zona sismica Interventi di miglioramento e adeguamento Il problema delle connessioni La resistenza dei pilastri e delle fondazioni Conclusioni Riferimenti bibliografici 2

3 I capannoni industriali Più del 65% dei capannoni in vendita sono localizzati in Piemonte, Lombardia, Veneto e Liguria. Si tratta di circa capannoni. Costo minimo 500 /m 2. Superficie media 1000 m 2. Totale: 5 miliardi di euro (come il fatturato annuo di una grande azienda italiana). 3

4 La sismicità nel nord Italia Prima del 2003, le zone dove è localizzata la maggior parte dei capannoni erano NC, ossia non classificate da un punto di vista sismico. In tali zone, i capannoni sono stati progettati in assenza di azioni indotte dal sisma. Le uniche azioni orizzontali erano dovute al vento. 4

5 La sismicità nel nord Italia Dal 2003, le zone NC sono diventate zone 4, ed in alcuni casi zone 3 (vedi Orbassano). In accordo con le NTC 2008, nelle nuove costruzioni occorre applicare le azioni sismiche (e.g., in zona 4, l azione orizzontale è pari a circa il 7% del peso), oltre all azione del vento. 5

6 Modellare un capannone TEGOLO TRAVE PILASTRO PLINTO F s TAMPONAMENTO Le varie parti di un capannone si possono schematizzare con il cosiddetto pendolo rovescio. La massa del capannone, produce un azione sismica pari a: Fs = mam 6

7 F s vs. azione del vento F V F s H F v B1 B2 In zona 4 a M =0.07 g I capannoni in c.a. della vecchia zona NC, con buona probabilità, non garantiscono gli standard di sicurezza prevesiti dalle attuali norme. Nelle compravendite occorre conoscere il pericolo, così come si è obbligati a conoscere la classe energetica di un edificio. 7

8 Le nuove costruzioni Se la struttura di c.a. di un capannone industriale è progettata secondo le norme attuali, resiste all azione sismica. Prova di laboratorio in scala reale: l azione che porta a rottura supera di 3 volte quella prevista in zona 1. Un capannone che ha resistito al sisma dell Aquila (magnitudo 6). 8

9 Il caso dell Emilia Se le attuali nome e regole non sono rispettate, i capannoni crollano (vedi terremoto dell Emilia). 9

10 Analisi dei crolli TEGOLO TRAVE PILASTRO PLINTO TAMPONAMENTO Criticità nei collegamenti Copertura Trave Trave Pilastro Struttura tamponamento Criticità nella resistenza Dei pilastri Delle fondazioni 10

11 Le connessioni Criticità: la progettazione delle connessioni 11

12 Raccomandazioni italiane Consiglio Superiore dei LL.PP., adunanza del 22 giugno 2012: Linee guida per la valutazione della vulnerabilità e interventi per le costruzioni ad uso produttivo in zona sismica Gruppo di Lavoro Agibilità Sismica dei Capannoni Industriali (Protezione Civile, Assobeton, CNI, Reluis) giugno 2012: Linee di indirizzo per interventi locali e globali su edifici industriali monopiano non progettati con criteri antisismici ASSOBETON (2011) Linee Guida ASSOBETON per la progettazione sismica di strutture prefabbricate 12

13 Copertura-trave Semplice appoggio della copertura sulla trave (resistenza orizzontale affidata unicamente all attrito) Collassi per perdita di appoggio (eccessivo spostamento) 13

14 I capannoni industriali Possibile soluzione: creazione del collegamento mediante angolari d acciaio ancorati con bulloni alla trave ed al tegolo 14

15 Copertura-trave 15

16 Trave pilastro Semplice appoggio della trave sul pilastro (resistenza orizzontale affidata unicamente all attrito) Collassi nel piano per perdita di appoggio (eccessivo spostamento) Collassi fuori dal piano (rottura della forcella) 16

17 Trave pilastro Possibile soluzione per evitare lo scorrimento nel piano e la rottura della forcella 17

18 Trave pilastro Prima dell intervento Dopo l intervento 18

19 Pannello struttura 19

20 Pannelli struttura Possibili soluzioni Ancoraggio al pilastro (pannelli orizzontali) Ancoraggio alla trave (pannelli verticali) 20

21 Funzionamento antisismico Zone non dissipative cerniere trave/colonna Zone critiche (dissipazione energia) 21

22 I pilastri in zona sismica Se si eseguono solo gli interventi descritti in precedenza, si ottiene un miglioramento, ossia un aumento della sicurezza strutturale, pur senza necessariamente raggiungere i livelli richiesti dalle norme ( 8.4 NTC 2008). La realizzazione dei collegamenti non fa altro che trasferire la forza orizzontale ai pilastri, che risultano soggetto anche a flessione e taglio (maggiori alla base). Nei capannoni esistenti di c.a. non c è sufficiente armatura per sopportare il taglio ed il momento flettente (sono stati spesso progettati in presenza di solo sforzo normale). 22

23 I pilastri in zona sismica La presenza di armatura alla base dei pilastri (normativa Canadese) Prestazioni non da zona sismica (prima del 2000) Prestazioni da zona sismica (dopo il 2000) 23

24 I pilastri in zona sismica Possibile soluzione: cerchiatura alla base 24

25 I pilastri in zona sismica L azione orizzontale sul pilastro cresce con il diminuire dell altezza 25

26 I pilastri in zona sismica Rotture nei pilastri resi tozzi dal tamponamento 26

27 I pilastri in zona sismica Possibile intervento per aumentare la resistenza a taglio e flessione del pilastro in prossimità della finestra a nastro 27

28 Le fondazioni In presenza di azioni orizzontali, la base di appoggio del plinto potrebbe essere troppo piccola 28

29 In presenza di incendio Spostamento in testa della colonna, dopo un tempo di esposizione di 10 minuiti ad un incendio asimmetrico prodotto da idrocarburi (azione assiale centrata P= 75 kn) Pilastro 300x300 mm R ck = 25 N/mm 2 Acciaio FeB44k Armatura 4 Ø16 Altezza 4200 mm La colonna non resiste più di 10 minuti. 29

30 Possibili miglioramenti Si può intervenire per migliorare. Attenzione!! Il capannone è un prodotto tecnologico, i cui standard di sicurezza e prestazionali sono legati al contesto storico, economico e culturale in cui è stato progettato. Un capannone industriale esistente è come una vecchia auto: si può aggiungere ciò che non era previsto nel progetto iniziale, ma è difficile adeguarsi alle prestazioni degli attuali autoveicoli. 30

31 Conclusioni È opportuno definire una classe sismica dei capannoni, magari con metodologie speditive. Esistono metodologie di intervento per miglioramento. L adeguamento, in generale, può essere molto invasivo e costoso. In certi casi, l analisi costi-benefici suggerisce la demolizione/ricostruzione (si pensi al caso in cui oltre al problema sismico si aggiunge anche quello all incendio e le prestazioni energetiche ) Per alcuni prodotti tecnologici realizzati in passato, è infatti praticamente impossibile soddisfare tutti gli standard attuali. 31

32 Riferimenti bibliografici Iotti R. Centomila capannoni in vendita. Il sole 24 ore, 12 gennaio Atti del convegno: I collegamenti nelle strutture prefabbricate. A cura di P. Riva e R. Realfonzo, Università di Bergamo, 5 Ottobre Atti del convegno cte: La riqualificazione strutturale degli edifici industriali. Coordinatore M. di Prisco, Milano, maggio fib Bulletin N 43. Structural connections for precast concrete buildings JRC. Design Guidelines for Connections of Precast Structures under Seismic Actions. P. Negro and G. Toniolo Editors, Pisani M.A. Consolidamento delle strutture - guida ai criteri, ai materiali e alle tecniche più utilizzati. Hoepli, Commissione Calcestruzzo per opere durevoli. Vademecum per la sicurezza sismica dei fabbricati industriali. Torino,