Università degli studi di Firenze Facoltà di Ingegneria Tesi di laurea specialistica in Ingegneria Civile

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1 Università degli studi di Firenze Facoltà di Ingegneria Tesi di laurea specialistica in Ingegneria Civile Valutazione prestazionale di edificio scolastico esistente mediante analisi non lineare a plasticità diffusa e progetto per l adeguamento Firenze, lunedì 4 Aprile 2011 relatori: Prof. Ing. Andrea VIGNOLI Prof. Ing. Paolo SPINELLI co-relatore: Dott. Ing. Emanuele DEL MONTE candidati: Andrea ERMINI Lorenzo GORI

2 FINALITÀ Valutazione delle prestazioni sismiche dell ala nord-ovest del plesso scolastico U.Nofri costruita nell anno 2002, progettata secondo il D.M.16/01/1996 in zona non sismica e progetto per l adeguamento ai sensi delle NTC Il lavoro nasce nell ambito del progetto di tirocinio effettuato presso l ufficio tecnico del Genio Civile di Arezzo, per conto dell amministrazione comunale di Castiglion Fibocchi FASI PRESENTATE: - Analisi dello stato di fatto - Modellazione a fibre - Analisi statica non lineare - Progetto di rinforzo - Analisi dinamica lineare - Confronto tra le analisi 1/26

3 vista aerea del sito 2/26

4 7.2.2 D.M. 14/01/2008 Rapporto tra i lati superiore a 4 Tipologia strutturale: - telaio in c.a. su 2 piani e più campate - presenza di 7 colonne in acciaio Dimensioni: - pianta rettangolare allungata 10 m x 42 m - altezza totale 6.80 m IRREGOLARITÀ IN PIANTA 3/26

5 Scala in c.a. che costituisce un forte centro di rigidezza eccentrico rispetto al baricentro delle masse di piano 4/26

6 I Modo (T1=0.634 sec UX=2.2% UY=63.0%) II Modo (T2=0.394 sec UX=10.6% UY=9.8%) Modi ANALISI principali MODALE di vibrazione ALLO marcatamente STATO ATTUALE rotazionali III Modo (T3=0.360 sec UX=44.8% UY=0.1%) Comportamento dinamico non ottimale nei confronti delle azioni orizzontali 5/26

7 Ottimizzazione del comportamento dinamico Separazione della scala esterna dal resto della struttura con predisposizione di telaio in acciaio a sostegno della rampa 6/26

8 I Modo (T1=0.714 sec UX=0.0% UY=84.5%) II Modo (T2=0.573 sec UX=78.8% UY=0.4%) ANALISI MODALE ALLO STATO MODIFICATO III Modo (T3=0.560 sec UX=9.7% UY=2.1%) 7/26

9 SeismoStruct (4INfrmDB) modo Periodo UX UY cumulate (%) n sec % % UX UY /26

10 Modellazione FEM a plasticità diffusa Software di calcolo Distribuito da: SeismoSoft ltd - via Boezio 10, Pavia, Italia 9/26

11 Modellazione a fibre 8 sezioni di Gauss per ciascuna asta del modello computazionale Inelasticità valutata in ogni sezioni di Gauss Stato di sforzo dell elemento ottenuto tramite integrazione della risposta non lineare uniassiale di ciascuna fibra della sezione Numero di fibre utilizzato /26

12 Modellazione a fibre - Legami costitutivi monoassiali dei materiali Calcestruzzo confinato (Mander et al., 1988) Calcestruzzo non confinato (Mander et al., 1988) Barre di armatura (Menegotto e Pinto, 1973) 11/26

13 MODELLO COMPUTAZIONALE - Masse degli elementi strutturali distribuite lungo l asse dell elemento - Masse sismiche non strutturali concentrate in un nodo master per impalcato (solai infinitamente rigidi nel loro piano) - Carichi verticali concentrati sui nodi ottenuti dalla discretizzazione - Pilastri incastrati al piede 12/26

14 ANALISI STATICA NON LINEARE SeismoStruct (4INfrmDB) modo Periodo UX UY cumulate (%) n sec % % UX UY Massa attivata nelle due direzioni principali superiore al 75% Pushover effettuata per entrambe le direzioni in entrambi i versi Distribuzioni usate Distribuzione uniforme Distribuzione triangolare Gruppo 1 distribuzione di forze derivata da una distribuzione uniforme di accelerazioni lungo l altezza della costruzione Gruppo 2 distribuzione di forze corrispondente alla distribuzione di accelerazioni proporzionale alla forma del modo di vibrare fondamentale 13/26

15 CURVA DI CAPACITA 14/26

16 METODO DELL OSCILLATORE EQUIVALENTE Riduzione del sistema MGDL ad un sistema 1GDL equivalente ( Γx=1.298 Γy=1.303 ) Bilinearizzazione della curva 1GDL tramite criterio di uguaglianza delle aree Periodo proprio dell oscillatore equivalente T* Domanda in spostamento nel piano ADRS 15/26

17 Determinazione della domanda in spostamento nel piano ADRS (Acceleration Displacement Response Spectrum) T*<Tc (sistema rigido) 16/26

18 Determinazione del punto di verifica Load Factor relativo allo spostamento domandato 17/26

19 MECCANISMI DI ROTTURA DI TIPO FRAGILE PUSHOVER DIREZIONE Y (LC3) PUSHOVER DIREZIONE Y (LC2) PUSHOVER DIREZIONE X (LC3) PUSHOVER DIREZIONE X (LC2) 18/26

20 INTERVENTO DI RINFORZO A TAGLIO CON FRP - CNR-DT 200/2004 e linee guida CS LLPP 24/07/09 - Tessuto unidirezionale in fibre di carbonio ad alto modulo con grammatura 400 gr/mq - Avvolgimento completo - Strisce applicate in maniera continua con orientamento fibre ortogonale all asse dell elemento 19/26

21 INTERVENTO DI RINFORZO A TAGLIO CON FRP (Pushover in direzione Y) Collasso di tipo fragile sia nei pilastri che nella trave del telaio che portava precedentemente la scala di accesso secondario

22 INTERVENTO DI RINFORZO A TAGLIO CON FRP (Pushover in direzione X) Collasso di tipo fragile su alcuni pilastri prevalentemente di estremità a piano terra

23 ANALISI PUSHOVER O ANALISI DINAMICA LINEARE? SPETTRO DI RISPOSTA ELASTICO RIDOTTO MEDIANTE IL FATTORE PREVISTO PER STRUTTURE ESISTENTI CARATTERIZZATE DA ROTTURE DI TIPO FRAGILE q= /26

24 ANALISI DINAMICA LINEARE CON SPETTRO DI RISPOSTA RIDOTTO MODAL ANALYSIS (cls non fessurato) modo Periodo UX UY cumulate (%) n sec % % UX UY MODAL ANALYSIS (cls fessurato) modo Periodo UX UY cumulate (%) n sec % % UX UY EFFETTO DELLA RIDUZIONE DI RIGIDEZZA DEL CALCESTRUZZO FESSURATO D.M. 14/01/2008 si deve tener conto della fessurazione dei materiali fragili la rigidezza può essere ridotta fino al 50% 23/26

25 Analisi in direzione X Analisi dinamica lineare con spettro di risposta EFFETTO DELLA RIDUZIONE DI RIGIDEZZA DEL CALCESTRUZZO FESSURATO SUL TAGLIO NEI PILASTRI Riduzione di rigidezza considerata pari al 50% Analisi in direzione Y Y X

26 Analisi in direzione X Analisi dinamica lineare o pushover? CONFRONTO SUL TAGLIO NEI PILASTRI Analisi in direzione Y Y X 25/26

27 CONCLUSIONI: - E opinione dei sottoscritti che risulti vantaggioso investire risorse in una campagna di prove esaustive sui materiali al fine di raggiungere il massimo livello di conoscenza LC3 poiché questo investimento iniziale verrebbe ampiamente ripagato da un intervento di rinforzo molto limitato rispetto a quello da effettuare per un livello di conoscenza LC2. - Il confronto fra l analisi dinamica lineare e la pushover ha consentito di comprendere e sfruttare i vantaggi della seconda rispetto alla prima. L analisi statica non lineare infatti, tenendo conto delle inelasticità e della ridistribuzione delle forze orizzontali che si ha in seguito allo snervamento di alcuni elementi, è in grado di fornire precise informazioni sul comportamento strutturale in campo post elastico. - La modellazione a fibre e le accurate analisi svolte hanno permesso di constatare che il collasso strutturale è dovuto alla crisi fragile per taglio su alcuni pilastri e che l edificio studiato possiede una ottima riserva di duttilità, fatto evidenziato dai tassi di utilizzo delle capacità sotto sisma in entrambe le direzioni principali compresi tra 1.71 ed L intervento di rinforzo a taglio proposto risulta quindi sufficiente per conseguire l adeguamento strutturale ai sensi del D.M. 14/01/ /26

28 Grazie per l attenzione

29 Contatti: Dott. Ing. Andrea Ermini cell Dott. Ing. Lorenzo Gori cell

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