Valutazione della capacità sismica delle strutture in acciaio mediante la metodologia del Robustness Based Design

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1 UNIVERSITA DEGLI STUDI DI NAPOLI FEDERICO II FACOLTA DI INGEGNERIA DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA STRUTTURALE CATTEDRA DI TECNICA DELLE COSTRUZIONI I RELATORE: TESI DI LAUREA Valutazione della capacità sismica delle strutture in acciaio mediante la metodologia del Robustness Based Design CH.MO PROF. ING. Federico Massimo MAZZOLANI CORRELATORE: Dr. ING. Antonio FORMISANO CANDIDATO: Federico GAMARDELLA MATR. 520/647

2 INDICE DEFINIZIONE DI ROBUSTEZZA ASSENZA DI ROBUSTEZZA: I FENOMENI DI COLLASSO PROGRESSIVO APPROCCI NORMATIVI METODOLOGIE DI ANALISI DELLA ROBUSTEZZA VALUTAZIONE DELLA ROBUSTEZZA MEDIANTE IL METODO DELLE CURVE DI CAPACITA IMPIEGO IN OTTICA PROBABILISTICA PER STRUTTURE NUOVE IMPIEGO IN OTTICA DETERMINISTICA PER STRUTTURE ESISTENTI CONCLUSIONI E SVILUPPI FUTURI

3 INDICE DEFINIZIONE DI ROBUSTEZZA ASSENZA DI ROBUSTEZZA:I FENOMENI DI COLLASSO PROGRESSIVO APPROCCI NORMATIVI METODOLOGIE DI ANALISI DELLA ROBUSTEZZA VALUTAZIONE DELLA ROBUSTEZZA MEDIANTE IL METODO DELLE CURVE DI CAPACITA IMPIEGO IN OTTICA PROBABILISTICA PER STRUTTURE NUOVE IMPIEGO IN OTTICA DETERMINISTICA PER STRUTTURE ESISTENTI CONCLUSIONI E SVILUPPI FUTURI

4 INDICE DEFINIZIONE DI ROBUSTEZZA ASSENZA DI ROBUSTEZZA:I FENOMENI DI COLLASSO PROGRESSIVO APPROCCI NORMATIVI METODOLOGIE DI ANALISI DELLA ROBUSTEZZA VALUTAZIONE DELLA ROBUSTEZZA MEDIANTE IL METODO DELLE CURVE DI CAPACITA IMPIEGO IN OTTICA PROBABILISTICA PER STRUTTURE NUOVE IMPIEGO IN OTTICA DETERMINISTICA PER STRUTTURE ESISTENTI CONCLUSIONI E SVILUPPI FUTURI

5 INDICE DEFINIZIONE DI ROBUSTEZZA ASSENZA DI ROBUSTEZZA: I FENOMENI DI COLLASSO PROGRESSIVO APPROCCI NORMATIVI METODOLOGIE DI ANALISI DELLA ROBUSTEZZA VALUTAZIONE DELLA ROBUSTEZZA MEDIANTE IL METODO DELLE CURVE DI CAPACITA IMPIEGO IN OTTICA PROBABILISTICA PER STRUTTURE NUOVE IMPIEGO IN OTTICA DETERMINISTICA PER STRUTTURE ESISTENTI CONCLUSIONI E SVILUPPI FUTURI

6 INDICE DEFINIZIONE DI ROBUSTEZZA ASSENZA DI ROBUSTEZZA: I FENOMENI DI COLLASSO PROGRESSIVO APPROCCI NORMATIVI METODOLOGIE DI ANALISI DELLA ROBUSTEZZA VALUTAZIONE DELLA ROBUSTEZZA MEDIANTE IL METODO DELLE CURVE DI CAPACITA IMPIEGO IN OTTICA PROBABILISTICA PER STRUTTURE NUOVE IMPIEGO IN OTTICA DETERMINISTICA PER STRUTTURE ESISTENTI CONCLUSIONI E SVILUPPI FUTURI

7 INDICE DEFINIZIONE DI ROBUSTEZZA ASSENZA DI ROBUSTEZZA: I FENOMENI DI COLLASSO PROGRESSIVO APPROCCI NORMATIVI METODOLOGIE DI ANALISI DELLA ROBUSTEZZA VALUTAZIONE DELLA ROBUSTEZZA MEDIANTE IL METODO DELLE CURVE DI CAPACITA IMPIEGO IN OTTICA PROBABILISTICA PER STRUTTURE NUOVE IMPIEGO IN OTTICA DETERMINISTICA PER STRUTTURE ESISTENTI CONCLUSIONI E SVILUPPI FUTURI

8 INDICE DEFINIZIONE DI ROBUSTEZZA ASSENZA DI ROBUSTEZZA: I FENOMENI DI COLLASSO PROGRESSIVO APPROCCI NORMATIVI METODOLOGIE DI ANALISI DELLA ROBUSTEZZA VALUTAZIONE DELLA ROBUSTEZZA MEDIANTE IL METODO DELLE CURVE DI CAPACITA IMPIEGO IN OTTICA PROBABILISTICA PER STRUTTURE NUOVE IMPIEGO IN OTTICA DETERMINISTICA PER STRUTTURE ESISTENTI CONCLUSIONI E SVILUPPI FUTURI

9 DEFINIZIONE DI ROBUSTEZZA Dal dizionario della lingua italiana Lo Zingarelli : robustezza = caratteristica di chi (o di ciò che) è robusto robusto = che possiede forza, energia resistente, vigoroso (di persona o di cosa) (anche fig.). Non è raro incontrare la parola robusto con riferimento ad un ecosistema, ad una procedura statistica, ad oggetti comuni, etc

10 DEFINIZIONE DI ROBUSTEZZA Nel campo dell ingegneria strutturale, però, è ormai da qualche anno che la robustezza viene identificata con: la capacità di una struttura di subire un danno proporzionato all evento. ROBUSTEZZA ASSENZA DI ROBUSTEZZA

11 DEFINIZIONE DI ROBUSTEZZA DM (2.1 Principi Fondamentali) le opere e le varie tipologie strutturali devono possedere i seguenti requisiti: - sicurezza nei confronti degli stati limite ultimi (SLU): capacità di evitare crolli, perdite di equilibrio e dissesti gravi, totali o parziali, che possano compromettere l incolumità delle persone ovvero comportare la perdita di beni, ovvero provocare gravi danni ambientali e sociali, ovvero mettere fuori servizio l opera; - sicurezza nei confronti degli stati limite di esercizio (SLE): capacità di garantire le prestazioni previste per le condizioni di esercizio; - robustezza nei confronti delle azioni eccezionali: capacità di evitare danni sproporzionati rispetto all entità delle cause innescanti quali incendio, esplosione, urti.

12 DEFINIZIONE DI ROBUSTEZZA Commissione Congiunta sulla Sicurezza Strutturale (JCSS) La robustezza di un sistema è definita come il rapporto tra i rischi diretti e i rischi totali, (per rischi totali si intende la somma di rischi diretti e indiretti), per uno specifico periodo di tempo e considerando tutti gli eventi rilevanti cui la struttura è esposta e tutti gli stati di danno rilevanti per i singoli costituenti del sistema. Una robustezza condizionale può essere definita come la robustezza per una data azione cui la struttura è esposta e o un dato stato del danno.

13 INDICE DEFINIZIONE DI ROBUSTEZZA ASSENZA DI ROBUSTEZZA:I FENOMENI DI COLLASSO PROGRESSIVO APPROCCI NORMATIVI METODOLOGIE DI ANALISI DELLA ROBUSTEZZA VALUTAZIONE DELLA ROBUSTEZZA MEDIANTE IL METODO DELLE CURVE DI CAPACITA IMPIEGO IN OTTICA PROBABILISTICA PER STRUTTURE NUOVE IMPIEGO IN OTTICA DETERMINISTICA PER STRUTTURE ESISTENTI CONCLUSIONI E SVILUPPI FUTURI

14 ASSENZA DI ROBUSTEZZA: I FENOMENI DI COLLASSO PROGRESSIVO Definizione di collasso progressivo (NIST 7396) Diffusione di un danno locale, derivato da un evento iniziale, da un elemento ad un altro che porta, alla fine al collasso dell intera struttura o ad una sproporzionata parte di esso; noto anche come collasso sproporzionato

15 ASSENZA DI ROBUSTEZZA: I FENOMENI DI COLLASSO PROGRESSIVO Casistica di collassi progressivi emblematici RONAN POINT MURRAH FEDERAL BUILDING WORLD TRADE CENTER 1 E 2

16 ASSENZA DI ROBUSTEZZA: I FENOMENI DI COLLASSO PROGRESSIVO Casistica di collassi progressivi emblematici RONAN POINT MURRAH FEDERAL BUILDING WORLD TRADE CENTER 1 E 2

17 ASSENZA DI ROBUSTEZZA: I FENOMENI DI COLLASSO PROGRESSIVO RONAN POINT (Londra, 16 maggio 1968)

18 ASSENZA DI ROBUSTEZZA: I FENOMENI DI COLLASSO PROGRESSIVO Casistica di collassi progressivi emblematici RONAN POINT MURRAH FEDERAL BUILDING WORLD TRADE CENTER 1 E 2

19 ASSENZA DI ROBUSTEZZA: I FENOMENI DI COLLASSO PROGRESSIVO MURRAH FEDERAL BUILDING (Oklahoma City, 19 aprile 1995)

20 ASSENZA DI ROBUSTEZZA: I FENOMENI DI COLLASSO PROGRESSIVO Casistica di collassi progressivi emblematici RONAN POINT MURRAH FEDERAL BUILDING WORLD TRADE CENTER 1 E 2

21 ASSENZA DI ROBUSTEZZA: I FENOMENI DI COLLASSO PROGRESSIVO WORLD TRADE CENTER 1 E 2 (New York City, 11 settembre 2001)

22 INDICE DEFINIZIONE DI ROBUSTEZZA ASSENZA DI ROBUSTEZZA: I FENOMENI DI COLLASSO PROGRESSIVO APPROCCI NORMATIVI METODOLOGIE DI ANALISI DELLA ROBUSTEZZA VALUTAZIONE DELLA ROBUSTEZZA MEDIANTE IL METODO DELLE CURVE DI CAPACITA IMPIEGO IN OTTICA PROBABILISTICA PER STRUTTURE NUOVE IMPIEGO IN OTTICA DETERMINISTICA PER STRUTTURE ESISTENTI CONCLUSIONI E SVILUPPI FUTURI

23 APPROCCI NORMATIVI NORME NORD-AMERICANE - ASCE ACI GSA PBS Facilities Standards GSA PBS Facilities Standards GSA Progressive Collapse Guidelines NISTIR 7396 NORME EUROPEE - Joint Committee of Structural Safety, Risk Assessment in Engineering (JCSS 08) - CEN Eurocode 1- Actions on Structures Part Norme Tecniche per le Costruzioni (DM 14/01/08)

24 APPROCCI NORMATIVI Azioni Eccezionali Classificazione - Naturali, cioè originate da forze della natura quali terremoti, uragani, tifoni, tempeste di neve, valanghe e altri; - Artificiali, cioè frutto dell opera dell uomo, sia di tipo intenzionale che non, quali impatti veicolari, collisioni di aeromobili, esplosioni di ordigni, attacchi terroristici e così via. Si può definire eccezionale per una struttura una qualunque azione non espressamente prevista in fase di progetto (nel calcolo delle sollecitazioni)

25 APPROCCI NORMATIVI STRATEGIE DI PROGETTO Controllo dell evento Interconnessione e continuità (approccio indiretto) Resistenza locale specifica (approccio diretto) Percorsi di carico alternativi (approccio diretto)6

26 INDICE DEFINIZIONE DI ROBUSTEZZA ASSENZA DI ROBUSTEZZA: I FENOMENI DI COLLASSO PROGRESSIVO APPROCCI NORMATIVI METODOLOGIE DI ANALISI DELLA ROBUSTEZZA VALUTAZIONE DELLA ROBUSTEZZA MEDIANTE IL METODO DELLE CURVE DI CAPACITA IMPIEGO IN OTTICA PROBABILISTICA PER STRUTTURE NUOVE IMPIEGO IN OTTICA DETERMINISTICA PER STRUTTURE ESISTENTI CONCLUSIONI E SVILUPPI FUTURI

27 METODOLOGIE DI ANALISI DELLA ROBUSTEZZA METODI PROBABILISTICI (JCSS) Valutazione del rischio per una esposizione (azione eccezionale) R E = P E. C E Esposizione Valutazione della vulnerabilità Vulnerabilità R D = p (C l /EX k )c D (C l )p(ex k ) Valutazione della robustezza Robustezza R ID = c ID (S m, c D (C l ))p(s m /C l, EX)p (C l /EX k )p(ex k )

28 METODOLOGIE DI ANALISI DELLA ROBUSTEZZA METODI DETERMINISTICI (CURVE DI CAPACITA ) Indice di Robustezza

29 METODOLOGIE DI ANALISI DELLA ROBUSTEZZA METODI DETERMINISTICI (CURVE DI CAPACITA )

30 METODOLOGIE DI ANALISI DELLA ROBUSTEZZA METODI DETERMINISTICI (CURVE DI CAPACITA )

31 INDICE DEFINIZIONE DI ROBUSTEZZA ASSENZA DI ROBUSTEZZA: I FENOMENI DI COLLASSO PROGRESSIVO APPROCCI NORMATIVI METODOLOGIE DI ANALISI DELLA ROBUSTEZZA VALUTAZIONE DELLA ROBUSTEZZA MEDIANTE IL METODO DELLE CURVE DI CAPACITA IMPIEGO IN OTTICA PROBABILISTICA PER STRUTTURE NUOVE IMPIEGO IN OTTICA DETERMINISTICA PER STRUTTURE ESISTENTI CONCLUSIONI E SVILUPPI FUTURI

32 VALUTAZIONE DELLA ROBUSTEZZA MEDIANTE IL METODO DELLE CURVE DI CAPACITA IMPIEGO IN OTTICA PROBABILISTICA PER STRUTTURE NUOVE SCELTA CASI DI ANALISI Progettate con DM 08 CNR e DM 96

33 VALUTAZIONE DELLA ROBUSTEZZA MEDIANTE IL METODO DELLE CURVE DI CAPACITA IMPIEGO IN OTTICA PROBABILISTICA PER STRUTTURE NUOVE DEFINIZIONE CASI DI ANALISI Caso di analisi c.o.v. materiale c.o.v. azioni 1 7% 10% 2 5% 10% 3 3% 10% 4 7% 20% 5 5% 20% 6 3% 20% 7 7% 30% 8 5% 30% 9 3% 30%

34 VALUTAZIONE DELLA ROBUSTEZZA MEDIANTE IL METODO DELLE CURVE DI CAPACITA IMPIEGO IN OTTICA PROBABILISTICA PER STRUTTURE NUOVE MODELLI AGLI ELEMENTI FINITI (SAP 2000)

35 VALUTAZIONE DELLA ROBUSTEZZA MEDIANTE IL METODO DELLE CURVE DI CAPACITA IMPIEGO IN OTTICA PROBABILISTICA PER STRUTTURE NUOVE CURVE DI CAPACITA PER IL CASO 1 DM 08 CNR e DM 96

36 VALUTAZIONE DELLA ROBUSTEZZA MEDIANTE IL METODO DELLE CURVE DI CAPACITA IMPIEGO IN OTTICA PROBABILISTICA PER STRUTTURE NUOVE CURVE DI CAPACITA PER IL CASO 1 DM 08 CNR e DM 96

37 VALUTAZIONE DELLA ROBUSTEZZA MEDIANTE IL METODO DELLE CURVE DI CAPACITA IMPIEGO IN OTTICA PROBABILISTICA PER STRUTTURE NUOVE MECCANISMI DI COLLASSO b) DM 08 CNR e DM 96

38 VALUTAZIONE DELLA ROBUSTEZZA MEDIANTE IL METODO DELLE CURVE DI CAPACITA IMPIEGO IN OTTICA PROBABILISTICA PER STRUTTURE NUOVE MECCANISMI DI COLLASSO a) b) DM 08 CNR e DM 96

39 VALUTAZIONE DELLA ROBUSTEZZA MEDIANTE IL METODO DELLE CURVE DI CAPACITA IMPIEGO IN OTTICA PROBABILISTICA PER STRUTTURE NUOVE TRASFORMAZIONE CURVE E CALCOLO INDICI a) b)

40 VALUTAZIONE DELLA ROBUSTEZZA MEDIANTE IL METODO DELLE CURVE DI CAPACITA IMPIEGO IN OTTICA PROBABILISTICA PER STRUTTURE NUOVE a) CALCOLO INDICI MEDI E CARATTERISTICI b) Telaio 2 livelli 1 campata DM 2008 DM 1996 Caso di analisi c.o.v. materiale c.o.v. azioni cost triang cost triang 1 7% 10% % 10% % 10% % 20% % 20% % 20% % 30% % 30% % 30% Valori medi Valori caratteristici Telaio 3 livelli 3 campate DM 2008 DM 1996 casi analisi c.o.v. mat c.o.v. car cost triang cost triang 1 7% 10% % 10% % 10% % 20% % 20% % 20% % 30% % 30% % 30% Valori medi Valori caratteristici Incremento di Robustezza = 15 volte Incremento di costo = 40% Incremento di Robustezza = 19volte Incremento di costo = 20%

41 VALUTAZIONE DELLA ROBUSTEZZA MEDIANTE IL METODO DELLE CURVE DI CAPACITA IMPIEGO IN OTTICA PROBABILISTICA PER STRUTTURE NUOVE TRASFORMAZIONE CURVE E CALCOLO INDICI a) b)

42 VALUTAZIONE DELLA ROBUSTEZZA MEDIANTE IL METODO DELLE CURVE DI CAPACITA IMPIEGO IN OTTICA PROBABILISTICA PER STRUTTURE NUOVE VALUTAZIONE CURVE E CARATTERISTICHE E LIVELLI DI PRESTAZIONE a) b)

43 VALUTAZIONE DELLA ROBUSTEZZA MEDIANTE IL METODO DELLE CURVE DI CAPACITA IMPIEGO IN OTTICA PROBABILISTICA PER STRUTTURE NUOVE VALUTAZIONE CURVE E CARATTERISTICHE E LIVELLI DI PRESTAZIONE a) b)

44 VALUTAZIONE DELLA ROBUSTEZZA MEDIANTE IL METODO DELLE CURVE DI CAPACITA IMPIEGO IN OTTICA PROBABILISTICA PER STRUTTURE NUOVE a) COMPILAZIONE MATRICI DI PRESTAZIONE b) Indice robustezza DM 08 FO O LS R1 R2 CP SLO SLD SLV SLC SLEx Indice robustezza DM 08 FO O LS R1 R2 CP SLO SLD SLV SLC SLEx Indice robustezza DM 96 FO O LS R1 R2 CP SLO SLD SLV SLC SLEx Indice robustezza DM 96 FO O LS R1 R2 CP SLO SLD SLV SLC SLEx

45 INDICE DEFINIZIONE DI ROBUSTEZZA ASSENZA DI ROBUSTEZZA: I FENOMENI DI COLLASSO PROGRESSIVO APPROCCI NORMATIVI METODOLOGIE DI ANALISI DELLA ROBUSTEZZA VALUTAZIONE DELLA ROBUSTEZZA MEDIANTE IL METODO DELLE CURVE DI CAPACITA IMPIEGO IN OTTICA PROBABILISTICA PER STRUTTURE NUOVE IMPIEGO IN OTTICA DETERMINISTICA PER STRUTTURE ESISTENTI CONCLUSIONI E SVILUPPI FUTURI

46 VALUTAZIONE DELLA ROBUSTEZZA MEDIANTE IL METODO DELLE CURVE DI CAPACITA IMPIEGO IN OTTICA DETERMINISTICA PER STRUTTURE ESISTENTI SCELTA STRUTTURA: EDIFICIO DELLA DEUTSCHE BANK IN NAPOLI b)

47 VALUTAZIONE DELLA ROBUSTEZZA MEDIANTE IL METODO DELLE CURVE DI CAPACITA IMPIEGO IN OTTICA DETERMINISTICA PER STRUTTURE ESISTENTI SCELTA STRUTTURA: EDIFICIO DELLA DEUTSCHE BANK IN NAPOLI b)

48 VALUTAZIONE DELLA ROBUSTEZZA MEDIANTE IL METODO DELLE CURVE DI CAPACITA IMPIEGO IN OTTICA DETERMINISTICA PER STRUTTURE ESISTENTI EDIFICIO DELLA DEUTSCHE BANK b) IN NAPOLI: INTERVENTI DEGLI ANNI 90

49 VALUTAZIONE DELLA ROBUSTEZZA MEDIANTE IL METODO DELLE CURVE DI CAPACITA IMPIEGO IN OTTICA DETERMINISTICA PER STRUTTURE ESISTENTI EDIFICIO DELLA DEUTSCHE BANK: MODELLO AGLI ELEMENTI FINITI b)

50 VALUTAZIONE DELLA ROBUSTEZZA MEDIANTE IL METODO DELLE CURVE DI CAPACITA IMPIEGO IN OTTICA DETERMINISTICA PER STRUTTURE ESISTENTI EDIFICIO DELLA DEUTSCHE BANK: VALUTAZIONE CAPACITA SISMICA b)

51 VALUTAZIONE DELLA ROBUSTEZZA MEDIANTE IL METODO DELLE CURVE DI CAPACITA IMPIEGO IN OTTICA DETERMINISTICA PER STRUTTURE ESISTENTI EDIFICIO DELLA DEUTSCHE BANK: VALUTAZIONE CAPACITA SISMICA b) Matrice di prestazione in termini di robustezza direzione x FO O LS R1 R2 CP SLO SLD SLV SLC SLEx

52 INDICE DEFINIZIONE DI ROBUSTEZZA ASSENZA DI ROBUSTEZZA: I FENOMENI DI COLLASSO PROGRESSIVO APPROCCI NORMATIVI METODOLOGIE DI ANALISI DELLA ROBUSTEZZA VALUTAZIONE DELLA ROBUSTEZZA MEDIANTE IL METODO DELLE CURVE DI CAPACITA IMPIEGO IN OTTICA PROBABILISTICA PER STRUTTURE NUOVE IMPIEGO IN OTTICA DETERMINISTICA PER STRUTTURE ESISTENTI CONCLUSIONI E SVILUPPI FUTURI

53 CONCLUSIONI STATO DELL ARTE SU CONOSCENZE E METODI MESSA A PUNTO DI UNA METODOLOGIA AGEVOLE E ACCURATA VARIAZIONE DELL INDICE DI ROBUSTEZZA (c.o.v 30%) PASSARE DAL DM 96 AL DM 08 INCREMENTA LA ROBUSTAZZA AL SISMA ANCHE STRUTTURE ESISTENTI DA MOLTI ANNI, SE SOGGETTE A MIRATI INTERVENTI, POSSONO RIVELARSI ROBUSTE SPESSO LE STRUTTURE IN ACCIAIO RISULTANO SOVRA-RESISTENTI NEI RIGUARDI DEL SISMA, A CAUSA DELLE VERIFICHE DI DEFORMABILITA

54 GRAZIE PER L ATTENZIONE

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