SICUREZZA E MIGLIORAMENTO SISMICO EDIFICI A STRUTTURA PREFABBRICATA

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1 SICUREZZA E MIGLIORAMENTO SISMICO EDIFICI A STRUTTURA PREFABBRICATA Ing. Prof. Ivo Vanzi Ordinario in Tecnica delle Costruzioni Dip. di ingegneria e geologia, Università di Chieti-Pescara

2 ARGOMENTI 1. ALCUNI DATI SUI CAPANNONI ITALIANI 2. AZIONE E SICUREZZA: NTC08 VS. ACCELEROGRAMMI REALI 3. DOCUMENTI GOVERNATIVI POST-SISMA (L.122/12, LINEE GUIDA C.S.L.P.) 4. PRINCIPALI DEFICIENZE ; CONNESSIONI PER ATTRITO 5. CONCLUSIONI

3 1. DATI SUI CAPANNONI NUMEROSITA, DISTRIBUZIONE GEOGRAFICA, TIPI

4 1. DISTRIBUZIONE GEOGRAFICA CAPANNONI: ITALIA (dati 2010)

5 1. DISTRIBUZIONE GEOGRAFICA CAPANNONI: PER PROVINCIA (dati 2010)

6 1. DISTRIBUZIONE GEOGRAFICA CAPANNONI: PER REGIONE (dati 2010)

7 1. DISTRIBUZIONE GEOGRAFICA CAPANNONI: PER MACRO-REGIONE E ATTIVITA (dati 2000)

8 1. DISTRIBUZIONE TIPOLOGICA CAPANNONI: GETTATO IN OPERA O PREFABBRICATO (dati 2000)

9 1. DISTRIBUZIONE GEOGRAFICA CAPANNONI: VALORI IMMOBILIARI (dati 2010)

10 1. DATI SUI CAPANNONI VARIABILI GEOMETRICHE

11 2. DATI GEOMETRICI

12 2. DATI GEOMETRICI

13 2. CORRELAZIONE TRA DATI GEOMETRICI

14 2. CORRELAZIONE TRA DATI GEOMETRICI

15 3. DISTRIBUZIONI DEI DATI Cdf anche delle Altre variabili

16 3. DISTRIBUZIONI DEI DATI

17 3. DISTRIBUZIONI DEI DATI

18 2. AZIONE SISMICA: NTC08

19 6. CAPP. 2, 3 e 8 azione sismica e strutture esistenti INQUADRAMENTO NELLA SITUAZIONE MONDIALE

20 6. CAPP. 2, 3 e 8 azione sismica e strutture esistenti PERICOLOSITA E RISCHIO SISMICO : L ITALIA E IL MONDO (Tr=475 anni ; acceleraz. in m/s/s)

21 6. CAPP. 2, 3 e 8 azione sismica e strutture esistenti LO STATO DI FATTO DELLE COSTRUZIONI ESISTENTI IN ITALIA

22 6. CAPP. 2, 3 e 8 azione sismica e strutture esistenti SE L ITALIA E UN PAESE A SISMICITA MEDIO BASSA, PERCHE I TERREMOTI CAUSANO TANTI DANNI? A titolo esemplificativo riportiamo rilevazioni Istat del 1991, attraverso le quali si evidenzia il peso notevole degli edifici in c.a. sul numero di abitazioni complessivo. Circa 13 milioni di abitazioni hanno struttura portante in c.a., mentre le abitazioni con struttura portante in muratura sono pari a circa 10 milioni. Dal 1991, la situazione è rimasta simile. Situazione analoga per strutture diverse dagli edifici CENTRI STORICI COSTRUITI IN PERIODO PRE- NORMATIVO C.A. COSTRUITO DAL 1900, IN PERIODO POST-NORMATIVO, MA.

23 6. CAPP. 2, 3 e 8 azione sismica e strutture esistenti La Figura 1.2 mostra come circa 8.5 milioni di abitazioni, pari al 60% alle costruzioni in c.a., siano state realizzate in epoche in cui la normativa di riferimento era il R.D. del 1939 R.D CAPANNONI (zone sismiche aggiornate dopo)

24 6. CAPP. 2, 3 e 8 azione sismica e strutture esistenti LA MAGGIORANZA DELLE STRUTTURE PRESENTI SUL NOSTRO TERRITORIO SONO STATE PROGETTATE CON AZIONI SISMICHE BASSE (RISPETTO A QUELLE ATTUALMENTE PREVISTE) O NON PROGETTATE PER IL SISMA PER QUANTO RIGUARDA L ESISTENTE L ITALIA E UN PAESE PECULIARE PERCHE SI TENDE A CONSERVARE (ANCHE COSTRUZIONI CON MODESTO VALORE ARTISTICO). NEGLI ALTRI PAESI SISMICI E NON, SI TENDE A DEMOLIRE E RICOSTRUIRE

25 6. CAPP. 2, 3 e 8 azione sismica e strutture esistenti costi economici e sociali COSTI ECONOMICI E SOCIALI

26 6. CAPP. 2, 3 e 8 azione sismica e strutture esistenti costi economici e sociali 1% PIL ITA=15 miliardi euro FONTI: LETTERATURA SCIENTIFICA ; ECONOMIST ; SOLE24ORE

27 6. CAPP. 2, 3 e 8 azione sismica e strutture esistenti costi economici e sociali I COSTI DIRETTI E INDIRETTI DI TERREMOTI IMPORTANTI SONO ALTI IL COSTO DEGLI INTERVENTI DI MIGLIORAMENTO O ADEGUAMENTO SISMICO E ALTO (SE SI PRIVILEGIA LA CONSERVAZIONE) E PROPORZIONALE AL LIVELLO DI SICUREZZA RAGGIUNTO IN UN MONDO DI RISORSE INFINITE SI POTREBBERO ADEGUARE TUTTE LE STRUTTURE ALLA SICUREZZA DESIDERATA IN UN MONDO DI RISORSE FINITE SI DEVE TROVARE UN PUNTO DI OTTIMO TRA IL NUMERO DELLE STRUTTURE ESISTENTI SU CUI SI INTERVIENE E LA SICUREZZA RAGGIUNTA

28 6. CAPP. 2, 3 e 8 azione sismica e strutture esistenti - pericolosità PERICOLOSITA SISMICA ITALIANA: PARAMETRI NTC08=NTC14

29 6. CAPP. 2, 3 e 8 azione sismica e strutture esistenti - pericolosità 1. PERICOLOSITA E RISCHIO SISMICO : CENNI RIEPILOGATIVI PER L ITALIA. ag, Tr=475 anni, suolo A

30 6. CAPP. 2, 3 e 8 azione sismica e strutture esistenti - pericolosità 1. PERICOLOSITA E RISCHIO SISMICO : CENNI RIEPILOGATIVI PER L ITALIA. Vs30 (m/s)

31 6. CAPP. 2, 3 e 8 azione sismica e strutture esistenti - pericolosità 1. PERICOLOSITA E RISCHIO SISMICO : CENNI RIEPILOGATIVI PER L ITALIA. S*ag (Tr=475 anni)

32 6. CAPP. 2, 3 e 8 azione sismica e strutture esistenti - pericolosità DISTRIBUZIONE DI ag E S*ag PER Tr=475 anni DISTRIBUZIONE CUMULATA 63% TERRITORIO HA ag<1.5 m/s/s 45% TERRITORIO HA ag*s<1.5 m/s/s 5% TERRITORIO HA ag*s>2.5 m/s/s 45% 63% SUOLO A IMPORTANTE DEFINIRE LE CONDIZIONI LOCALI DI SOTTOSUOLO SUOLO REALE 1.5 m/s/s ACCELERAZIONE ANCORAGGIO SPETTRO ELASTICO

33 6. CAPP. 2, 3 e 8 azione sismica e strutture esistenti - pericolosità PERICOLOSITA SISMICA ITALIANA: MODELLO NTC08=NTC14

34 6. CAPP. 2, 3 e 8 azione sismica e strutture esistenti - pericolosità Modello valido sia per suolo A che per suolo reale 475 anni = 1 / exp(-6.2) 0.9 m/s/s= exp(-0.1)

35 6. CAPP. 2, 3 e 8 azione sismica e strutture esistenti - pericolosità

36 2. AZIONE SISMICA: ACCELEROGRAMMI EMILIA

37 2. ASPETTI STRUTTURALI EVIDENZIATI DAL RECENTE SCIAME IN EMILIA : AZIONE a: epicentre of the 4.03 shock (ML = 5.9), b: epicentre of the shock (ML = 5.1). 1: Mirabello, 2: San'Agostino, 3: Buonacompra, 4: Alberone; 5: Finale Emilia, 6: Massa Finalese, 7: Rivara, 8: San Felice sul Panaro, 9: San Biagio, 10: Mirandola, 11: Mortizzuolo, 12: Casumaro Finalese.

38 2. ASPETTI STRUTTURALI EVIDENZIATI DAL RECENTE SCIAME IN EMILIA: AZIONE ATTENUAZIONE? AMBRASEYS OK (RISULTATI DELL EVENTO 5.8)

39 2. ASPETTI STRUTTURALI EVIDENZIATI DAL RECENTE SCIAME IN EMILIA: AZIONE ESISTE DIREZIONALITA SISTEMATICA? NO (RISULTATI DEL 5.8)

40 2. ASPETTI STRUTTURALI EVIDENZIATI DAL RECENTE SCIAME IN EMILIA: AZIONE RAPPORTO TRA MIN E MAX ORIZZONTALI? M=0.75, COV= 15% (RISULTATI DEL 5.8)

41 2. AZIONE SISMICA: ACCELEROGRAMMI REALI

42 Evidence of Emilia Romagna earthquakes ( )

43 Comparison for Mirandola of DM 2008 and recorded pseudo acceleration spectra 20 maggio maggio 2012

44 STRUMENTI? IMPORTANTI EFFETTI NEAR FIELD SOTTOSTIMA SISMA VERTICALE SECONDO NTC08 PER STRUTTURE ISOSTATICHE (CAPANNONI, VIADOTTI IN SEMPLICE APPOGGIO) EFFETTI MOLTO IMPORTANTI

45 3. DOCUMENTI POST SISMA L.122/12

46 3. ASPETTI NORMATIVI ED ECONOMICI PER LO SCIAME IN EMILIA 20 E 29 MAGGIO 2012: EVENTI CON MAGNITUDO 5.9 E GIUGNO: D.L. 74 (ART. 3: ricostruzione e riparazione delle abitazioni private e di immobili ad uso non abitativo). SONO INDIVIDUATI I COMUNI DEL CRATERE E PREVISTA UNA AGIBILITÀ SISMICA PROVVISORIA (SPEDITIVA) E UNA DEFINITIVA (VERIFICA AI SENSI DELLE NTC08) LEGGE CONVERTITA (L. 122/12)

47 3. ASPETTI NORMATIVI ED ECONOMICI PER LO SCIAME IN EMILIA ATTIVITA DEL CONSIGLIO SUPERIORE DEI LAVORI PUBBLICI LINEE GUIDA PER LA VALUTAZIONE DELLA VULNERABILITÀ E INTERVENTI PER LE COSTRUZIONI AD USO PRODUTTIVO IN ZONA SISMICA 22 GIUGNO: APPROVAZIONE DELLE LINEE GUIDA PER L AGIBILITA SISMICA IN VIA PROVVISORIA POI, REDATTE E PUBBLICATE LINEE GUIDA PER L AGIBILITA SISMICA IN VIA DEFINITIVA

48 4. LA LEGGE 122/2012: SINTESI ART. 3, C Per quanto concerne le imprese di cui al comma 8, nelle aree colpite dagli eventi sismici del maggio 2012 in cui l'accelerazione spettrale subita dalla costruzione in esame, cosi' come risulta nelle mappe di scuotimento dell'istituto nazionale di geofisica e vulcanologia, abbia superato il 70 per cento dell'accelerazione spettrale elastica richiesta dalle norme vigenti per il progetto della costruzione nuova e questa, intesa come insieme di struttura, elementi non strutturali e impianti, non sia uscita dall'ambito del comportamento lineare elastico, l'adempimento di cui al comma 9 si intende soddisfatto.

49 EDIFICIO CHE: SE: 4. LA LEGGE 122/2012: SINTESI [ospita attività produttive] E [mostra 1 delle 4 carenze del c. 8] E [è in comune dell allegato 1] ISTAT INGEGNERE struttura + elementi non strutturali + impianti sono rimasti lineari Se_eqk(T) > 0.70 * Se_design(T) ALLORA: non vi è obbligo di verifica Legge 122 PRESCRIVE uso delle NTC08 per costruzioni nuove Legge 122 PRESCRIVE uso delle Mappe di scuotimento INGV

50 5. APPLICAZIONE ART. 3, C. 10, L D DATI INGV: PER CIASCUN EVENTO

51 5. APPLICAZIONE ART. 3, C. 10, L E: QUANTO FORTI SONO STATI (TUTTI) I TERREMOTI RISPETTO AL TERREMOTO DI PROGETTO? ANCHE * 2

52 5.1 APPLICAZIONE ART. 3, C. 10, L. 122 CARTE AL 70% (PUBBLICATE )

53 5.1 APPLICAZIONE ART. 3, C. 10, L. 122 CARTE AL 70% (PUBBLICATE )

54 5.1 INTEGRAZIONE: ORDINANZA 112 DEL 30 SET 13

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57 Saie Bologna, 17 ottobre 2015 ; Ivo Vanzi, Dip. di Ing. e Geol., Università di Chieti Pescara ; miglioramento sismico edifici prefabbricati

58 3. DOCUMENTI POST SISMA LINEE GUIDA CSLP

59 7. LL.G. DEL CSLP ATTIVITA DEL CONSIGLIO SUPERIORE DEI LAVORI PUBBLICI LINEE GUIDA PER LA VALUTAZIONE DELLA VULNERABILITÀ E INTERVENTI PER LE COSTRUZIONI AD USO PRODUTTIVO IN ZONA SISMICA 22 GIUGNO: APPROVAZIONE DELLE LINEE GUIDA PER L AGIBILITA SISMICA IN VIA PROVVISORIA LINEE GUIDA PER L AGIBILITA SISMICA IN VIA DEFINITIVA

60 7. LL.G. CSLP: CRITICITA NOTE funzionamento come sistema elementi aggettanti impianti scaffalature appoggi elementi orizzontali (su elem. verticali o orizz.) vetrate resistenza dei collegamenti dei pannelli resistenza e duttilità degli elementi verticali (effetti del II ordine) pilastro-bicchiere-plinto-fondazione

61 7. LL.G. CSLP: CRITICITA NOTE funzionamento come sistema

62 7. LL.G. DEL CSLP (A) fase 1 22 giugno: agibilità sismica provvisoria (fase 1)

63 7. LL.G. DEL CSLP (A) fase Carenze legate alla mancanza di collegamenti tra elementi strutturali verticali ed elementi strutturali orizzontali, e tra questi ultimi

64 7. LL.G. DEL CSLP (A) fase Carenze legate alla mancanza di collegamenti tra elementi strutturali verticali ed elementi strutturali orizzontali, e tra questi ultimi

65 7. LL.G. DEL CSLP (A) fase Carenze legate alla mancanza di collegamenti tra elementi strutturali verticali ed elementi strutturali orizzontali, e tra questi ultimi

66 7. LL.G. DEL CSLP (B) fase 2 Valutazione della sicurezza e criteri di intervento per le costruzioni ad uso produttivo in zona sismica. Agibilità definitiva ai sensi della Legge 122 del INDICE

67 7. LL.G. DEL CSLP (B) fase 2 IN VIA DI PUBBLICAZIONE- Valutazione della sicurezza e criteri di intervento per le costruzioni ad uso produttivo in zona sismica. Agibilità definitiva ai sensi della Legge 122 del

68 7. LL.G. DEL CSLP (B) fase 2 IN VIA DI PUBBLICAZIONE- Valutazione della sicurezza e criteri di intervento per le costruzioni ad uso produttivo in zona sismica. Agibilità definitiva ai sensi della Legge 122 del

69 7. LL.G. DEL CSLP (B) fase 2 IN VIA DI PUBBLICAZIONE- Valutazione della sicurezza e criteri di intervento per le costruzioni ad uso produttivo in zona sismica. Agibilità definitiva ai sensi della Legge 122 del

70 7. LL.G. DEL CSLP (B) fase 2 IN VIA DI PUBBLICAZIONE- Valutazione della sicurezza e criteri di intervento per le costruzioni ad uso produttivo in zona sismica. Agibilità definitiva ai sensi della Legge 122 del

71 4. PRINCIPALI DEFICIENZE

72 2. ASPETTI STRUTTURALI EVIDENZIATI DAL RECENTE SCIAME IN EMILIA: EFFETTI elementi aggettanti impianti scaffalature appoggi elementi orizzontali (su elem. verticali o orizz.) vetrate resistenza dei collegamenti dei pannelli resistenza e duttilità degli elementi verticali (effetti del II ordine) pilastro-bicchiere-plinto-fondazione

73 6.C ALCUNE CONSIDERAZIONI DI MODELLO E CALCOLO (lavoro in corso): funzionamento come sistema (verifica) SISTEMA STRUTTURA ELEMENTI NON STRUTTURALI (e.g. pannelli) SCAFFALATURE IMPIANTI STRUTTURA COLLEGAMENTI COPERTURA-TRAVE COLLEGAMENTI TRAVE - PILASTRO RESISTENZA E DUTTILITA PILASTRO RESISTENZA FONDAZIONE E TERRENO

74 2. ASPETTI STRUTTURALI EVIDENZIATI DAL RECENTE SCIAME IN EMILIA: EFFETTI (appoggi elementi orizzontali su verticali) S. Agostino a) b) Cento

75 2. ASPETTI STRUTTURALI EVIDENZIATI DAL RECENTE SCIAME IN EMILIA: EFFETTI (resistenza e duttilità elementi verticali e orizzontali) Mirandola Mirandola

76 2. ASPETTI STRUTTURALI EVIDENZIATI DAL RECENTE SCIAME IN EMILIA: EFFETTI (resistenza collegamenti pannelli) S. Agostino (due diversi capannoni)

77 2. ASPETTI STRUTTURALI EVIDENZIATI DAL RECENTE SCIAME IN EMILIA: EFFETTI (elementi aggettanti) S. Felice sul Panaro

78 4. PRINCIPALI DEFICIENZE

79 Research overview (De Martino, Monti, Vanzi) In progress 1. Evaluate economic losses due to earthquake 2. Evaluate the seismic performance 3. Investigate the sliding conditions of the beam to column connections Scheduled 1. Derivation of analytical fragility curves defined using the parameter of the structures 2. Regional analysis

80 Application

81 2D OpenSees mechanical model

82 Characteristics of industrial precast concrete buildings

83 Typical Italian building

84 Mechanical model

85 Earthquake input excitation Artificial ground motion time histories; In accordance with NTC 2008 using the procedure proposed by Gasparini and Vanmarcke; Horizontal and vertical acceleration time histories were generated independently, i.e. no-correlation between the two time histories was considered; Perfect synchronism of the acceleration time histories.

86 Analyses: tested scenarios and output Return periods in the range of 30 to 2430 years with a step of 100 years; 100 simulations for each return period; Beam to column connection: Hinge connection; Perfect frictional connection; Fork connection; Fork connection + Limiting displacement device. Output: maximum displacement of each simulation;

87 Hinge connection: maximum displacement vs return period

88 Perfect frictional connection

89 4. PRINCIPALI DEFICIENZE ATTRITO

90 Evaluation of required coefficient of friction The minimum coefficient of friction required to allow sliding is:

91 RELATIVE BEAM COLUMN DISPLACEMENT Mirandola earthquake

92 5. CONCLUSIONI

93 1. MIGLIORAMENTO SISMICO CAPANNONI E PROBLEMA NAZIONALE, ANCHE PER PECULIARITA INDUSTRIA ITA 2. AZIONE E SICUREZZA: NTC08 SOTTOSTIMANO SISMA VERTICALE (NEAR-FIELD; T BASSI). ASPETTO DI INTERESSE PER STRUTTURE CIRCA ISOSTATICHE (CAPANNONI, VIADOTTI) 3. LINEE GUIDA C.S.L.P. INQUADRANO PROBLEMA E DANNO SOLUZIONI ANCHE PER IMPIANTI E SCAFFALATURE 4. ATTRITO NELLE CONNESSIONI GIOCA RUOLO FONDAMENTALE. NTC08 NON PERMETTONO DI SFRUTTAR- LO (NUOVO; ESISTENTE?), TUTTAVIA ESISTE. PROBLEMA DI INTERESSE ANCHE PER PONTI E, A FINI DI MIGLIORAMENTO SISMICO, IGNORATO