L isolamento Sismico per Scuole più Sicure Abano Terme Teatro Congressi Pietro d Abano 27 Marzo 2009

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1 L isolamento Sismico per Scuole più Sicure Abano Terme Teatro Congressi Pietro d Abano 27 Marzo 2009 L ISOLAMENTO SISMICO DI UN EDIFICIO SCOLASTICO ESISTENTE IN C.A. Fabio Neri UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI CATANIA FACOLTÀ DI ARCHITETTURA DICA - Dipartimento di Ingegneria Civile ed Ambientale

2 PLESSO SCOLASTICO QUASIMODO RIPOSTO (CT) PERIODO COSTRUZIONE N. PIANI S.I. SUP. COPERTA 800 mq VOLUME mc SISMICITA SUOLO II CAT. PGA = 0,25 g TIPO B

3 INQUADRAMENTO TERRITORIALE E SISMICITÀ SISMICITÀ TETTONICA Faglia Ibleo - Maltese ATTIVITÀ SISMICA VULCANICA DELL ETNA 2002 October 29th h 11:02 L.T. Ml 4.5 S. Venerina Event Magnitudo 4.5 LINGUAGLOSSA PIANO PROVENZANA M. ETNA RIPOSTO Ag=0.20 g 10% - 50 Y EMS-98 Macroseismic Intensities Bongiardo Felicetto Scura S. Venerina Guardia Catania Messina december 13th 4 S. VENERINA CATANIA

4 INQUADRAMENTO TERRITORIALE E SISMICITÀ ATTIVITÀ SISMICA VULCANICA DEL M.TE ETNA 2002 October 27th h 02: Piano Provenzana Event Magnituto EMS > 8.0

5 RUOLO DELLA CONOSCENZA Vicissitudini costruttive Geometrica Tecnica costruttiva P. meccaniche-chimiche-fisiche Degrado Danneggiamento COMPRENDERE MODELLARE QUANTIFICARE AFFIDABILITÀ STRUTTURALE INDIVIDUAZIONE INTERVENTI

6 INDAGINI PRELIMINARI INDAGINI PRELIMINARI SECONDO OPCM LC2 RICERCHE DI ARCHIVIO PROGETTO ORIGINARIO INCOMPLETO COLLAUDO GEOMETRIA rilievo visivo a campione RILIEVO STRUTTURALE - POZZETTI PARTICOLARI COSTRUTTUVI estese verifiche in situ PACOMETRICHE SCAMICIATURE PROPRIETA MECCANICHE MATERIALI limitate prove in situ PRELIEVI ARMATURE RESISTENZA CAROTAGGI CLS RESISTENZA MOD. ELASTICO PULL-OUT SCLEROMETRICHE DEGRADO CARBONATAZIONE - OSSIDAZIONE

7 INDAGINI PRELIMINARI MATERIALI ACCIAIO FeB 44 k CALCESTRUZZO Rck 20 MPa P. INTERRATO P. TERRA P. PRIMO

8 INDAGINI PRELIMINARI DISSESTI

9 INDAGINI PRELIMINARI VALUTAZIONE VULNERABILITÀ 1 - Analisi Lineare q=3.00 duttili Fragili fm f d = fm fd = F γ F c m c 2 - Analisi Non Lineare α u = mim PGA PGA co 2% PGA ; PGA DS 10% = 0.25

10 SOLUZIONE PROGETTUALE 17' CONTESTO PROGETTUALE 10' 7' 12' 16' 3' ELEVATA IRREGOLARITÀ IN PIANTA 6' STRUTTURA CON SCARSA DUTTILITA E RESISTENZA 2' CARATTERISTICHE CALCESTRUZZI 15' INFERIORI ALLE PREVISIONI 11' 9' 5' 1' 19' VOLONTÀ DI EVITARE INTERVENTI IN ELEVAZIONE 19 PRESENZA DI UN PIANO SEMINTERRATO 25' 24' 14' 13' SOLUZIONE ADOTTATA ISOLAMENTO SISMICO ALLA BASE: ISOLATORI ELASTOMERICI ELEVATO SMORZAMENTO SI-N 400/ ISOLATORI A SCORRIMENTO MULTIDIREZIONALI ±250 mm 18' 21' 22' 8' 20' 4' ISOLATORI ELASTOMERICI ISOLATORI A SCORRIMENTO

11 SOLUZIONE PROGETTUALE m m

12 SOLUZIONE PROGETTUALE DATI PROGETTO Accelerazione Shift periodo Spostaamento Shift spostamento Periodo Tbf Ti 0.55 s (0.38 s) 1.71 s dc2 Periodo 168 mm SDOF 205 mm SPAZ

13 SOLUZIONE PROGETTUALE DATI PROGETTO 33 ISOLATORI ELASTOMERICI Serie FIP SI-N 400/108 Carico massimo in fase sismica 750 kn Spostamento massimo 210 mm Valore di smorzamento ξ = 15% Diametro cuscino 400 mm Rigidezza verticale Kv = 701 kn/mm Rigidezza orizzontale equivalente Ke = kn/mm 16 ISOLATORI A SCORRIMENTO Serie FIP VM 175/500/500 Carico massimo in fase sismica 1750 kn Scorrimento longitudinale totale 500mm (± 250 mm) Scorrimento trasversale totale 500mm (± 250 mm) Dimensioni piano di scorrimento 800 x 800 mm

14 INTERVENTI EFFETTUATI STRUTTURE DEMOLIZIONE SCALE INTERNE ED ESTERNE DEMOLIZIONI E MESSA IN SICUREZZA RINGROSSO NODI TAGLIO PILASTRI INSERIMENTO ISOLATORI ELASTOMERICI INSERIMENTO ISOLATORI A SCORRIMENTO ELIMINAZIONE DEBOLEZZE IMPALCATO GIUNTI GIUNTO SOVRA E SOTTOSTRUTTURA - CHIUSURE PERIMETRALI GIUNTO ASCENSORE GIUNTI PENSILINE E STRUTTURE LIMITROFE PORTONE ACCESSO INTERRATO IMPIANTI IMPIANTI ELETTRICI IMPIANTI IDRICI IMPIANTI TERMICI IMPIANTI FOGNARI

15 INTERVENTI EFFETTUATI DEMOLIZIONI SCALE INTERNE ED ESTERNE

16 INTERVENTI EFFETTUATI FASI ESECUTIVE - DEMOLIZIONI 1) Fase 1) 4) Fase 4) 7) Fase 7) STATO DI FATTO RINGROSSO SUPERIORE TAGLIO DEL PILASTRO Indivuduazione degli elementi strutturali, tipo geometria e particolare esecutivo del nodo in esame. Realizzazione di un ringrosso della trave di elevazione mediante la posa in opera di adeguate armature passanti nei fori già eseguiti. Posa in opera della dima a cui ancorare la parte superiore dell'isolatore, realizzazione di idonea carpenteria e getto a pressione di malta cementizia. Con i dispositivi di contrasto attivi, demolizione della porzione di pilastro compresa fra i ringrossi e taglio delle armature esistenti. 2) Fase 2) 5) Fase 5) 8) Fase 8) SCAVI E DEMOLIZIONI RINGROSSO INFERIORE POSA ISOLATORE 20 Scavo a sezione obbligata lungo l'intero perimetro dell'edificio fino alla quota di -20 cm rispetto all'estradosso della trave di fondazione. Demolizione della muratura adiacente al pilastro per consentire l'agevole realizzazione dei ringrossi Realizzazione di un ringrosso alla base del pilastro secondo le dimensioni prescritte. Posa in opera di adeguate armature passanti nei fori già eseguiti, realizzazione della carpenteria e successivo getto di calcestruzzo. Posa in opera dell'isolatore mediante il serraggio dei tirafondi della piastra superiore negli appositi alloggi ancorati alla dima ed annegati in precedenza nel ringrosso superiore. 3) Fase 3) 6) Fase 6) 9) Fase 9) FORATURE DISPOSITIVI DI CONTRASTO FINITURA BASAMENTO Esecuzione delle forature mediante carotiere e/o fioretto secondo le disposizioni indicate nell'apposita tavola di progetto. Rimozione di una porzione di calcestruzzo adiacente al pilastro per consentire l'adeguato posizionamento delle armature del ringrosso inferiore. Posa in opera dei dispositivi di contrasto progettati, all'avvenuta maturazione dei getti eseguiti in precedenza. Messa a contrasto fra i ringrossi (superiore ed inferiore) mediante la regolazione dei dadi di serraggio del dispositivo e puntellatura delle travi adiacenti secondo quanto prescritto dell'apposita tavola di progetto. Realizzazione del piano di posa inferiore dell'isolatore mediante posa in opera di ulteriori armature e getto di malta espansiva a completamento del ringrosso inferiore.

17 INTERVENTI EFFETTUATI MESSA IN SICUREZZA

18 INTERVENTI EFFETTUATI RINGROSSO ELEMENTI STRUTTURALI Sezione A-A A B A B

19 INTERVENTI EFFETTUATI TAGLIO PILASTRI Pos. 15 Pos. 16 Pos. 16 Pos. 15 Pos. 12 Pos. 12 Pos. 13 Pos. 14 Pos. 13 Pos. 10 Pos. 14 Pos. 14 Pos. 7 Pos. 11 Pos. 6 Pos. 3 Pos. 2 Pos. 6 Pos. 8 Pos. 7 Pos. 11 Pos. 6 Pos. 2 Pos. 1 Pos. 15 Pos. 1 Pos. 3 Pos. 5 Pos. 4 Pos. 4

20 INTERVENTI EFFETTUATI INSERIMENTO ISOLATORI

21 INTERVENTI EFFETTUATI INSERIMENTO SLIDER ISOLATOR Pos. 21 Pos. 18 Pos. 16 Pos. 16 Pos. 19 Pos. 18 Pos. 20 Pos. 20 Pos. 15 Pos. 19 Pos. 19 Pos. 17 Pos. 5 Pos. 20 Pos Pos. 12 Pos. 15 Pos. 17 Pos. 9 Pos. 14 Pos. 13 Pos. 5 Pos Pos. 6 Pos. 12 Pos. 6 Pos Pos. 7 Pos. 4 Pos. 3 Pos. 8 Pos. 4 Pos. 3 Pos. 8 Pos. 2 Pos. 2 Pos. 9 Pos Pos. 1 Pos. 1 Pos. 2 Pos. 2

22 INTERVENTI EFFETTUATI GIUNTO SOVRA E SOTTO STRUTTURA CHIUSURA PERIMETRALE

23 INTERVENTI EFFETTUATI GIUNTO SOVRA E SOTTO STRUTTURA INGRESSO PIANO INTERRATO

24 INTERVENTI EFFETTUATI GIUNTO PENSILINA E STRUTTURE LIMITROFE

25 INTERVENTI EFFETTUATI GIUNTO ASCENSORE SCOSSALINA 3 3' 3 3' PART soffietto di protezione 2 2' B 4.50 B' 2 2' B soffietto di sicurezza C C' C ' Esterno edificio ' PIANTA 3-3' 1:50 PIANTA 3-3' SEZIONE C-C' scala 1:50 SCOSSALINA SEZIONE C-C' scala 1:50 scossalina soffietto di protezione 3 3' 1.20 B B' 3 3' 1.20 C 0.7 C' B 2 2' C soffietto di sicurezza 2 2' ' 0.00 PIANTA 2-2' scala 1: ' 0.00 PIANTA 2-2' scossalina SEZIONE B-B' scala 1:50 soffietto di protezione B B' C C' SEZIONE B-B' scala 1:50 Part. 4 GIUNTO ASCENSORE scala 1:20 B soffietto di protezione cabina ascensore C STRUTTURA ASCENSORE pavimentazione + massetto trave a spessore 70x23 fissaggio chimico previa foratura solaio da demolire DEMOLIZIONI GIUNTO CLS RCK 25 Armatura di collegamento Ø12/ 20 Armatura di ripartizione Ø 8 /30 cm PIANTA 1-1' scala 1:50 RICOSTRUZIONE PIANTA 1-1'

26 COLLAUDO PROVE qualificazione - accettazione - collaudo Spost. verticale [mm] 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 0 Prove secondo O.P.C.M. 3431: 1. Rigidezza verticale; 2. Rigidezza orizzontale; 3. Aderenza elastomero-acciaio. I ciclo II ciclo Forza verticale [kn] Diagramma Carico - Spostamento verticale 800 Seminario GLIS - - L isolamento sismico per Scuole più più Sicure Abano Terme Marzo 2009

27 COLLAUDO PROVA DI SOSTITUZIONE studi preliminari Il sistema strutturale è costituito da due elementi principali disposti in serie: Isolatore elastomerico con comportamento elastico non lineare Struttura in c.a. dell edificio a comportamento elastico lineare 30x60 30x60 K=106 kn/mm 30x60 30x60 K=60 kn/mm 30x65 F S /2 P F S /2 30x65 d 0 d F M /2 F i F M /2 Sistema di forze in equilibrio nella configurazione deformata Curva Curva elastica carico-spostamento non lineare del della comportamento base della assiale pilastrata dell isolatore Spostamento verticale s della pilastrata in assenza di vincolo Rigidezza della struttura valutata sia tramite modellazione FEM che ipotizzando per le travi un comportamento shear-type.

28 COLLAUDO PROVA DI SOSTITUZIONE descrizione prova Area interessata dalla prova La prova prevede il sollevamento della pilastrata sovrastante l isolatore n.8 al fine verificare la sostituibilità dello stesso Pilastrata oggetto della prova 1.Localizzazione in pianta del dispositivo testato 1.Particolare del martinetto, del comparatore e del manometro digitale

29 COLLAUDO PROVA DI SOSTITUZIONE risultati Per l impostazione del programma di carico si è fatto riferimento all analisi numerica preliminare, che prevedeva il raggiungimento di un carico massimo compreso tra 765 kn e 968 kn Il carico massimo raggiunto durante la prova è di kn Carico 33 passi - Scarico 12 passi Fase Tipo Range di carico Passi di carico Ampiezza passo I Carico kn kn (10 bar) I Carico kn kn (5 bar) I Carico kn kn 900 (10 bar) I Carico kn kn (5 bar) I Scarico kn kn (5 bar) II Scarico kn kn 600 (10 bar) II Scarico kn kn (20 bar) 500 Descrizione del processo di carico carico applicato [kn] Diagramma carico-spostamento medio K = 120 kn/mm spostamento [mm] Diagramma carico-spostamento medio dei comparatori adiacenti l isolatore

30 BENEFICI - COSTI BENEFICI OTTENUTI αu = 0,25 αu > 1,00 (0,95) COSTO RELATIVO LAVORI MIGLIORAMENTO SISMICO sistema isolamento demolizioni ripristini - finiture Inclusive di somme a disposizione 475 k 67 /mc COSTO RIFERIMENTO ORDINANZA P.C.M /mc P.C.M /mc

31 PLESSO SCOLASTICO VIA CAPPUCCINI RAMACCA SISMICITA SUOLO II CAT. PGA = 0,25 g TIPO B N. PIANI 2+1 SUP. COPERTA 750 mq VOLUME mc

32 PLESSO SCOLASTICO VIA CAPPUCCINI RAMACCA CONTESTO PROGETTUALE STRUTTURA CON SCARSA DUTTILITA E RESISTENZA CARATTERISTICHE CALCESTRUZZI INFERIORI ALLE PREVISIONI (min mpa) ELEVATI CEDIMENTI FONDAZIONALE (14 cm) SOLUZIONE ADOTTATA DEMOLIZIONE E RICOSTRUZIONE DISSIPAZIONE D ENERGIA: DISSIPATORI ISTERETICI N. 24 BRAD

33 PLESSO SCOLASTICO VIA CAPPUCCINI RAMACCA

34 PLESSO SCOLASTICO VIA CAPPUCCINI RAMACCA BENEFICI OTTENUTI αu = 0,30 αu = 0,95 6.0E-002 t Massimi spostamenti di interpiano [m] 4.0E-002 Direzione x Direzione y Spostamento [m] Impalcato 2.0E-002 Libero Controventato Libero Controventato E E E-002 Nodo 169 Terzo Impalcato Libero Controventato Confronto massimi spostamenti di interpiano per il sistema con e senza controventi -6.0E-002 dissipativi t

35 PLESSO SCOLASTICO VIA CAPPUCCINI RAMACCA COSTO RELATIVO LAVORI MIGLIORAMENTO SISMICO sistema di dissipazione demolizioni ripristini - finiture Inclusive di somme a disposizione 220 k 55 /mc COSTO RIFERIMENTO ORDINANZA P.C.M /mc P.C.M /mc

36 PLESSO VERGA VIZZINI

37 CONCLUSIONI Le moderne tecniche di protezione sismica rappresentano un valido strumento per la mitigazione del rischio sismico delle strutture esistenti in c.a. L isolamento sismico rappresenta la soluzione ottimale per la riduzione del rischio sismico anche sotto il profilo costi benefici anche se non sempre applicabile Nei casi in cui non è possibile intervenire mediante l isolamento sismico la tecnica della dissipazione di energia rappresenta una valida alternativa I diversi interventi realizzati congiuntamente al quadro normativo nazionale fanno sì che i tempi sono maturi per la applicazione di queste tecniche in maniera diffusa per la protezione di edifici esistenti su larga scala