CONSULTING. file Al-Costruzioni Esistenti- elementi primari e secondari. file Alicino. Amedeo Vitone

Transcript

1 file Al-Costruzioni Esistenti- elementi file Alicino 1

2 Sistemi strutturali ad elementi Possibili interventi di adeguamento sismico di una costruzione esistente lavorando quasi esclusivamente dall esterno (Tesi di Laurea G. Alicino 13/10/2010) 2

3 - Obiettivi prestazionali e OBIETTIVI PRESTAZIONALI - Elementi sismici primari e secondari - ESCLUSIONE DI ELEMENTI STRUTTURALI DAL SISTEMA SISMORESISTENTE Possibilità di esonerare gli elementi dichiarati secondari dall obbligo del rispetto delle limitazioni geometriche e dei dettagli costruttivi previsti per gli elementi sismoresistenti, cap. 7 (NTC). Gli elementi secondari sono progettati per resistere solo ai carichi gravitazionali nella configurazione deformata sismica più gravosa, rispettando le regole di dettaglio del cap. 4 (NTC). - LIMITATA INVASIVITA Un intervento eseguito solo dall esterno del fabbricato consente di non alterare la funzionalità dell edificio e riduce l impatto sulle strutture esistenti e sugli impianti. - ECONOMIA La ridotta invasività sulle strutture, sui completamenti edili, sugli impianti e la inalterata fruibilità dell edificio consentono di abbattere l incidenza di fattori di costo molto rilevanti. 3

4 - Obiettivi prestazionali e CAMPO DI APPLICAZIONE - Elementi sismici primari e secondari - Edifici di nuova realizzazione ed esistenti - Edifici in zona ad alta, media o bassa sismicità - Edifici monopiano, pluripiano, grattacieli - Edifici in c.a., muratura, acciaio MASSIMI VANTAGGI - Realizzazione di pareti di taglio (primarie) ad irrigidimento di strutture esistenti a telaio (secondarie). - Edifici in zone a medio bassa sismicità (bassa domanda sismica = ridotte conseguenze nella concentrazione del danno) - Edifici con altezza limitata a poche tese, 3 o 4 (ottimizzazione dell effetto d interazione pareti telai), ma si deve valutare la possibilità di equilibrare le spinte derivanti dai percorsi dei carichi orizzontali. 4

5 - Elementi sismici GLI ELEMENTI SISMICI PRIMARI E SECONDARI EC8 NTC

6 - Elementi sismici GLI ELEMENTI SISMICI PRIMARI E SECONDARI EC8 6

7 - Elementi sismici GLI ELEMENTI SISMICI PRIMARI E SECONDARI EC8 7

8 - Elementi sismici GLI ELEMENTI SISMICI PRIMARI E SECONDARI Controllo del limite superiore del 15% sulla base di: - REALI RIGIDEZZE: metodo più preciso, ma applicabile solo a valle dell analisi; - TAGLI DI PIANO: realizzazione modello completo e valutazione del rapporto tra la somma dei tagli competenti agli elementi secondari e i tagli competenti agli elementi primari; - SPOSTAMENTI DI PIANO: realizzazione di due modelli, uno con il contributo irrigidente dei soli elementi primari ed uno completo. Il rapporto tra gli spostamenti di piano dei due modelli dev essere inferiore ad 1,15. Linearità del legame forza spostamento F = k δ 8

9 - Elementi sismici EDIFICI ESISTENTI EC8 3 NO 9

10 CASO DI STUDIO - Elementi sismici 10

11 - Elementi sismici FC = 1 Analisi in campo gravitazionale FC = 1,35 11

12 Analisi in campo sismico (analisi modale e Pushover) - Elementi sismici - Moltiplicatore minimo rottura a taglio: 1,14 - Moltiplicatore minimo rottura a pressoflessione: 0,31 12

13 13

14 14

15 15

16 - Elementi sismici primari e secondari ADEGUAMENTO SISMICO Per riuscire a perseguire i fini di un adeguamento sismico si è deciso di applicare q = 3.0il criterio degli elementi sismici primari e secondari dichiarando l intera struttura esistente come secondaria, e realizzando delle strutture primarie costituite da pareti di taglio. Le pareti sono state q = disposte 3.6 perimetralmente, nel rispetto dei reali vincoli architettonici, anche allo scopo di ridurre gli effetti torsionali. L efficacia della pareti è stata misurata mediante il contributo irrigidente che le stesse hanno portato alla risposta sismica globale della struttura. In direzione longitudinale si è ottenuta una struttura a pareti non accoppiate. In direzione trasversale i vincoli architettonici non hanno consentito un agevole disposizione delle pareti di taglio e ciò ha causato il forte decentramento del centro di rigidezza della struttura: la conseguenza è stata l insorgenza di fenomeni torsionali. Per incrementare l efficacia delle pareti in direzione trasversale si sono disposte delle travi di accoppiamento che, tra l altro, hanno consentito di ridurre sensibilmente le azioni sismiche, avendo creato le condizioni per ritenere la struttura a pareti accoppiate. 16

17 ADEGUAMENTO SISMICO - Elementi sismici primari e secondari 17

18 ADEGUAMENTO SISMICO - Elementi sismici primari e secondari Per l applicazione del criterio degli elementi sismici si sono eseguiti due modelli: - uno che trascura il contributo di rigidezza degli elementi secondari; - uno che considera il contributo di rigidezza degli stessi. Nel primo modello, per gli elementi primari, si sono considerate le rigidezze fessurate, in modo da massimizzare gli spostamenti. Si è eseguita un analisi dinamica lineare (modale). Gli spostamenti sono stati amplificati per q e per il massimo rapporto tra i drift di piano. Gli spostamenti amplificati sono il dato di partenza (congruenza) per la determinazione delle sollecitazioni sugli elementi secondari nel secondo modello. 18

19 ADEGUAMENTO SISMICO Strategie operative - Elementi sismici primari e secondari L impossibilità di assegnare, con gli attuali software di calcolo strutturale disponibili in commercio (Midas/Gen, SAP 2000, Modest, Sismicad CA), degli spostamenti al master joint di ciascun piano senza prevedere l apposizione automatica di un vincolo che alteri la rigidezza, ha portato ad escogitare delle strategie operative: - Strategia 1: approssimazione delle sollecitazioni con schemi ridotti - Strategia 2 : modifica dello spettro di progetto 19

20 - Elementi sismici primari e secondari ADEGUAMENTO SISMICO Strategie operative Strategia 1: approssimazione delle sollecitazioni con schemi ridotti δ δ M V M = 6EJ δ h 2 V = 12EJ δ h 3 M V 20

21 - Elementi sismici primari e secondari ADEGUAMENTO SISMICO Strategie operative Strategia 2 : modifica dello spettro di progetto Amplificazione per il fattore di struttura q Amplificazione per il rapporto tra i drift di piano tra il modello senza il contributo irrigidente degli elementi secondari e quello completo. Tale rapporto dev essere inferiore o uguale ad 1,15, per cui, cautelativamente, si assume il valore limite. 21

22 RISULTATI - Elementi sismici primari e secondari Verifiche a taglio delle strutture esistenti 22

23 RISULTATI - Elementi sismici primari e secondari Verifiche a flessione delle strutture esistenti 23

24 RISULTATI - Elementi sismici primari e secondari Tabella travi non verificate 24

25 RISULTATI - Elementi sismici primari e secondari Verifiche pilastri delle strutture esistenti 25

26 - Elementi sismici primari e secondari Tabella spostamenti rigorosi RISULTATI Spostamenti della struttura esistente ridotti fino a 18 volte Tabella spostamenti da metodo approssimato 26

27 - Elementi sismici primari e secondari ADEGUAMENTO SISMICO - Si è provveduto al progetto delle pareti di taglio. Si sono dettagliate le armature allo scopo di rispettare i dettagli costruttivi del cap Sono state eseguite le verifiche di resistenza e di scorrimento per le pareti nelle zone di ripresa di getto. - Si è provveduto alla connessione delle pareti di taglio con la struttura esistente mediante l inserimento di connettori a taglio. - Il calcolo dei connettori è stato eseguito con riferimento a EC4 (relativo alle strutture composte acciaio calcestruzzo) in quanto non esistono prescrizioni specifiche per il caso in esame. Il dimensionamento e la verifica sono stati eseguiti sulla base della capacità di trasferimento degli sforzi orizzontali dai diaframmi di piano alle pareti di taglio. Si è tenuto conto degli eventuali problemi di rifollamento del calcestruzzo, plasticizzazione dei connettori, sfilamento dei connettori per trazione. - La soluzione adottata è caratterizzata da barrotti 20/25 di lunghezza 50 cm da annegare per metà nelle travi della struttura esistente e per metà nelle parete di taglio. 27

28 - Elementi sismici primari e secondari RISULTATI - Vulnerabilità prima dell intervento Tipo di rottura Fattore di rischio sismico (Capacità / domanda) Taglio 1,14 Pressoflessione 0,31 - Vulnerabilità dopo l intervento Tipo di rottura Fattore di rischio sismico (Capacità / domanda) Taglio 3,6 Pressoflessione 1,5 28

29 - Elementi sismici primari e secondari CONCLUSIONI - In genere l adeguamento sismico di edifici esistenti è molto difficile e costoso. Per edifici aventi caratteristiche tipologiche simili a quelle dell edificio oggetto del presente lavoro di tesi, quella presentata può essere una strategia d intervento a basso costo che consenta di evitare interventi di rinforzo strutturale, danni alle opere di completamento e agli impianti, senza interruzione dell utilizzo dell edificio (bassa invasività). - Il criterio degli elementi sismici consente di esonerare la struttura esistente dalla resistenza sismica e, per essa, di evitare il rispetto dei dettagli costruttivi e le limitazioni geometriche e di armatura previste dal cap.7. - La struttura esistente, irrigidita dalle pareti di taglio, è soggetta ad uno stato sollecitativo notevolmente ridotto. - Se la struttura esistente è considerata interamente secondaria, per essa non sono richieste elevate capacità duttili, essendo concepita per comportarsi elasticamente. 29

30 CONCLUSIONI - Elementi sismici primari e secondari - Alla luce dell impossibilità di applicare correttamente il criterio degli elementi sismici, con gli attuali codici di calcolo, si è escogitata una strategia operativa, anche se approssimata, che porta al rispetto perfetto di quanto richiesto dalle norme, con limitata e controllata ridondanza. - La procedura è cautelativa e colma la carenza di affidabilità dovuta all impossibilità di avere la perfetta congruenza tra la modellazione e il comportamento reale delle strutture. - Quanto più gli elementi secondari si comportano come tali nella realtà, tanto più la modellazione diventa affidabile. La garanzia di ciò è data dal rispetto del limite superiore della rigidezza degli elementi secondari su quella dei primari (15%). Il rispetto di tale limitazione, obbligatorio per i nuovi edifici, è facoltativo per gli edifici esistenti. 30

31 Un caso di applicazione del progetto di un sistema ad elementi sismici per l adeguamento sismico di un edificio esistente: la Sede Comunale di San Ferdinando di Puglia file Alicino 31

32 Un caso di applicazione del progetto di un sistema ad elementi sismici per l adeguamento sismico di un edificio esistente: la Sede Comunale di San Ferdinando di Puglia file Alicino 32

33 33

34 34

35 35

36 fine file Alicino 36