Progetti pilota nella regione Puglia per gli edifici scolastici

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1 Progetti pilota nella regione Puglia per gli edifici scolastici I piani di verifica di vulnerabilità sismica per gli edifici strategici esistenti ai sensi delle NTC: l esperienza della Regione Puglia per gli edifici scolastici nella Provincia di Foggia. Prof. Ing. Giuseppina Uva Dipartimento Dicatech - Politecnico di Bari 12 aprile 2013 g.uva@poliba.it Progetto "ARISTOTELES Anagrafe RIsorse STrutturali O Tipologiche dell Edilizia Scolastica" Regione Puglia (Assessorato diritto allo studio e formazione) - Politecnico di Bari 4 Indice di criticità del patrimonio scolastico pugliese: - Indice sismico (Seismic Rating) - Indice delle condizioni di degrado (condition rating) - Indice di funzionalità. Studio di fattibilità per il monitoraggio e la messa in sicurezza delle aree urbane a rischio di stabilità statica e vulnerabilità strutturale nella Città e Provincia di Foggia finanziato dalla Regione Puglia (CIPE 20/2004) AdB Puglia - Politecnico di Bari Dip- Dicatech, Comune di foggia, Provincia di Foggia 4 -Elaborazione Linee Guida per la valutazione della sicurezza di edifici pubblici in ca e in muratura. -Assegnazione degli incarichi (bandi comunali) -Validazione 2 1

2 Indice di Seismic Rating Valutazione del deficit di capacità 7 marzo Novembre marzo 1935 ZONAZIONE SISMICA 2

3 Indice di Seismic Rating Valutazione del deficit di capacità NTC 2008 (T R =712.5 anni) DGR 153/04 3 giugno 1981 ZONAZIONE SISMICA Mappa dei comuni della Provincia di Foggia 6 3

4 Su un totale di 3009 edifici scolastici nominalmente presenti nell'anagrafe della Regione Puglia, nell'ambito del progetto è stato possibile analizzare e valutare 2553 edifici, così ripartiti nelle diverse province: Edifici in cemento armato - Provincia di Bari: Provincia di Foggia: Provincia di Brindisi: Provincia di Lecce: Provincia di Taranto: 322 Edifici in muratura 7 Età di costruzione degli edifici scolastici esaminati nella Provincia di Foggia 8 4

5 ISR 0 I I I I R R R R edifici a basso livello di rischio edifici a medio livello di rischio edifici adaltolivello di rischio edifici a livello di rischio molto ISR alto Valutazione delle criticità - Indice di Rischio Sismico per gli edifici scolastici della Provincia di Foggia. Gli edifici con livello di rischio nullo sono quelli per i quali non è stato reperibile alcun dato. Valutazione delle criticità - Indice di condition rating degli edifici scolastici della provincia di Foggia

6 0 I 30 R 30 I 60 R 60 I 90 R 90 I 100 R edifici a basso livello di rischio edifici a medio livello di rischio edifici adaltolivello di rischio edifici a livello di rischio molto alto Valutazione delle criticità - Indice di funzionalità degli edifici scolastici della provincia di Foggia. Per molti edifici mancavano i dati necessari per valutare tale indice e si è assunto il valore medio, pari a Valutazione dell Indice di Criticità complessivo degli edifici scolastici della provincia di Foggia 12 6

7 Studio di fattibilità per il monitoraggio e la messa in sicurezza delle aree urbane a rischio di stabilità statica e vulnerabilità strutturale nella Città e Provincia di Foggia finanziato dalla Regione Puglia (CIPE 20/2004) AdB Puglia - Politecnico di Bari Dip- Dicatech, Comune di Foggia, Provincia di Foggia 4 -Elaborazione Linee Guida per la valutazione della sicurezza di edifici pubblici in ca e in muratura. -Assegnazione degli incarichi (bandi comunali) -Validazione L obbligatorietà da parte dell Ente titolare dell immobile di valutare la vulnerabilità dell edificio ha sensibilizzato gli operatori del settore ad un maggiore approfondimento delle metodologie finalizzate alle verifiche di sicurezza con riferimento alle indicazioni delle vigenti normative in materia. In questo contesto, il Politecnico di Bari e l Autorità di Bacino della Regione Puglia hanno stipulato una convenzione per effettuare verifiche di vulnerabilità sismica sugli edifici scolastici della Provincia di Foggia. Nell ambito della convenzione, sono state redatte le Linee Guida per la valutazione della sicurezza di edifici pubblici con strutture in c.a. o in muratura fornite ai Tecnici incaricati di svolgere le verifiche di sicurezza, come strumento contenente le indicazioni metodologiche per la redazione della documentazione richiesta. VERIFICHE DI SICUREZZA DI LIVELLO 2 PER UN CAMPIONE DI EDIFICI SCOLASTICI NELLA PROVINCIA DI FOGGIA 13 Comuni coinvolti Circa 20 edifici scolastici Le attività sono iniziate nel 2010 (pubblicazione bandi, procedure di gara, assegnazione incarichi) Le attività di validazione sono in corso dalla fine del 2010 e ad oggi non ancora concluse (2 procedure concluse con esito finale di validazione positivo) Lucera Castelluccio Lesina Bovino Foggia Rocchetta Carpino Cerignola 7

8 Le Linee Guida VALUTAZIONE DELLA SICUREZZA PER LE COSTRUZIONI ESISTENTI La valutazione della sicurezza deve permettere di stabilire se: A L USO DELLA COSTRUZIONE POSSA CONTINUARE SENZA INTERVENTI; D.M. 14 gennaio 2008 B L USO DEBBA ESSERE MODIFICATO (DECLASSAMENTO, CAMBIO DI DESTINAZIONE E/O IMPOSIZIONE DI LIMITAZIONI E/O CAUTELE NELL USO); Circolare 2 febbraio 2009, n. 617 approvata dal Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici. Istruzioni per l'applicazione delle "Nuove norme tecniche per le costruzioni" di cui al D.M. 14 gennaio C SIA NECESSARIO PROCEDERE AD AUMENTARE O RIPRISTINARE LA CAPACITÀ PORTANTE (INTERVENTI)

9 Le scelte che il tecnico deve fare sono diverse a seconda del tipo di carico. Le Linee Guida Circolare 2/02/2009 Nel caso di carichi verticali, ci sono le seguenti possibilità: determinare se l'uso della costruzione può continuare senza intervento; indicare se l'uso debba essere modificato (declassamento, cambio di destinazione e / o imposizione di restrizioni e / o cautele nell'uso); indica se è necessario aumentare o ripristinare la capacità di carico. In presenza di carichi sismici, invece, sarà necessario: verificare se il livello di sicurezza è adeguato ai requisiti normativi; valutare il coefficiente sismico vulnerabilità (CVS), che misurerà, su base omogenea, il livello di sicurezza sismica

10 LIVELLI DI CONOSCENZA LC e FATTORI DI CONFIDENZA Dati Necessari alla identificazione del LIVELLO di CONOSCENZA finalizzata alla COMPLETA IDENTIFICAZIONE E DESCRIZIONE DELL ORGANISMO DEFINISCONO I LIVELLI DI APPROFONDIMENTO DELLE FASI CONOSCITIVE DEL MANUFATTO C8.2 CRITERI GENERALI Nelle costruzioni esistenti è cruciale la conoscenza della struttura (geometria e dettagli costruttivi) e dei materiali che la costituiscono (calcestruzzo, acciaio, mattoni, malta). È per questo che viene introdotta un altra categoria di fattori, i fattori di confidenza, strettamente legati al livello di conoscenza conseguito nelle indagini conoscitive, e che vanno preliminarmente a ridurre i valori medi di resistenza dei materiali della struttura esistente, per ricavare i valori da adottare, nel progetto o nella verifica, e da ulteriormente ridurre, quando previsto, mediante i coefficienti parziali di sicurezza. FC Fattori da utilizzare come ULTERIORI COEFFICIENTI PARZIALI DI SICUREZZA che tengono conto delle carenze nella conoscenza dei parametri del modello FASE I Conoscenza della STORIA Progettuale Genesi dei DANNI riscontrati sull edificio, Caratterizzazione SOTTOSUOLO Possibili INTERAZIONI con il substrato fondale GEOMETRIA DETTAGLI MATERIALI Caratterizzazione ELEMENTI STRUTTURALI Identificazione delle TIPOLOGIE STRUTTURALI impiegate finalizzata all interpretazione del COMPORTAMENTO STRUTTURALE DELL EDIFICIO È fondamentale seguire un percorso di conoscenza sistematico e il più esaustivo possibile. La normativa individua chiaramente i passaggi fondamentali ANALISI STORICO-CRITICACRITICA RILIEVO CARATTERIZZAZIONE MECCANICA DEI MATERIALI LC=1 LC=2 LC=3 Conoscenza LIMITATA Conoscenza ADEGUATA Conoscenza ACCURATA FC=1.35 FC=1.20 FC= FASE II accurata descrizione della FORMA dell edificio, identificazione del modo in cui le singole parti sono INTERCONNESSE e collaborano fra loro CARATTERIZZAZIONE MECCANICA DEI MATERIALI, indispensabile all esito della valutazione. LC 20 10

11 LIVELLI DI CONOSCENZA e FATTORI DI CONFIDENZA LIVELLI DI CONOSCENZA e FATTORI DI CONFIDENZA

12 Indagini sul cls: modalità operativa Esecuzione di prove NDT in maniera diffusa e prove distruttive (carotaggi) in numero minimo Individuazione delle classi omogenee di cls Messa a punto curve di correlazione (Resistenza cls carote-valori NDT nei punti di prelievo) Stima Resistenze

13 Indagini sulle murature: modalità operativa Esami visivi della superficie muraria Supporto sperimentale (martinetti piatti, NDT) Sismicità storica della Provincia di Foggia Le normative italiane passate si possono dividere, indicativamente, in due gruppi: Prima e Seconda Generazione (<1972, >1972) Individuazione delle tipologie murarie in opera DM 30/05/1972 Prima del 1972 Pericolosità sismica dell area (norme di prima generazione) Valori di riferimento tabellari/sperimentali dei parametri meccanici 1980 introduzione del metodo semiprobabilistico agli stati limite 1980 Sismicità dell area dopo il 1972 (norme di seconda generazione) 25 Attualmente, in termini di massima accelerazione attesa al sito - a g, la pericolosità sismica è compresa tra 0.173g e 0.253g. PGA corrente (T R =475) 26 13

14 Età del campione e coefficiente di vulnerabilità sismica Numero di piani e regolarità strutturale Per quanto riguarda l'analisi statica non lineare (pushover), quando la configurazione geometrica è irregolare, è obbligatorio adottare un modello spaziale. Circa il 70% del campione è antecedente al 1972 e le prescrizioni progettuali concernenti le resistenze minime dei calcestruzzi impiegati nella realizzazione degli edifici esaminati sono omogenee e pari a 25 MPa. Vi è un forte deficit del campione di edifici analizzato nei confronti delle azioni sismiche. Ben l 86% degli edifici scolastici analizzati presenta un CVS inferiore a 0.5, ovvero presenta una capacità strutturale più bassa della metà di quella richiesta dalle vigenti normative. Ciò è un particolarmente significativo se associato alla sismicità dell area. Distribuzione percentuale del numero di piani Distribuzione percentuale della regolarità strutturale I caratteri tipologici degli edifici nel territorio analizzato hanno un alto grado di omogeneità, che è la base necessaria per l'applicazione di metodi di empirici e semi-quantitativi" volti ad individuare il rappresentante della classe tipologica di un contesto locale. Quasi il 90% del campione presenta configurazione geometrica irregolare ("IR"), soprattutto in pianta, con un numero di piani che è generalmente uguale a 2-3 (cioè 1-2 livelli in cui masse sismiche sono concentrate ). 14

15 La qualità dei materiali VULNERABILITA SISMICA DEL CAMPIONE la valutazione dei valori medi di resistenza a compressione è stata fatta assumendo come riferimento il valore minimo accettabile fornita daldm 30/05/1972: R ck =15 MPa. fc/fcm rif 1,40 1,20 1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 0, Buildings 9 Confronto tra la resistenza in sito del calcestruzzo per il campione rispetto al valore medio della resistenza di progetto fcm = 20.5MPa (linea rossa). Per oltre il 30% degli edifici scolastici della resistenza media ottenuta dalle indagini sui materiali è inferiore al valore minimo accettabile f cm di oltre il 30%. Nella elaborazione di questo primo campione l'eterogeneità dei risultati è evidente, e soprattutto una divisione di base in due gruppi principali: un gruppo per cui la resistenza del calcestruzzo è ben sopra il minimo richiesto, e un gruppo per cui i valori sono invece significativamente al di sotto del minimo. Dalle verifiche sismiche dei singoli edifici costituenti il campione oggetto di indagine, sono stati estrapolati i valori del CVS definito come il rapporto tra l azione sismica corrispondente al raggiungimento della capacità strutturale e la richiesta sismica, entrambe valutate allo SLV 12,5% 12,5% CVS < 0,5 0,5 < CVS < 1 CVS > 1 75,0% PGA CVS PGA LS C LS D La suddivisione in intervalli di vulnerabilità consente di quantificare rapidamente la presenza di una vulnerabilità sismica grave, lieve o assente. Emerge chiaramente la vulnerabilità sismica del campionamento imputabile in prima battuta ad epoche realizzative caratterizzate da riferimenti normativi obsoleti e povere di prescrizioni antisismiche (solo 12.5% post 1980). 15

16 Edificio Scolastico a Margherita di Savoia 16

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18 Piano d indagine 18

19 Piano d indagine Esecuzione indagini 19

20 Esecuzione indagini Esecuzione indagini Analisi di livello 2 Analisi a scala dell edificio 20

21 Verifica per le azioni controllate dall uomo Verifica per azioni sismiche Carpenteria I ordine LEGENDA TRAVI NON NON VERIFICATE A FLESSIONE TRAVI NON NON VERIFICATE A TAGLIO PILASTRI NON NON VERIFICATI A PRESSOFLESSIONE Verifica sismica in direzione X PILASTRI NON NON VERIFICATI A TAGLIO GLI ELEMENTI NON CONTRASSEGNATI RISULTANO VERIFICATI SLD SLV D [mm] 25,66 75,27 C [mm] 13,28 57,29 ESITO NO NO Elementi NON Verificati Elementi Verificati % Fondazioni ,97 Pilastri P.T ,82 Pilastri P ,78 Travi Liv ,30 Travi Liv ,16 21

22 Coefficiente di Vulnerabilità Sismica (CVS) I parametri rappresentativi di Domanda D e Capacità C sono le accelerazioni di ancoraggio PGA corrispondenti alle relative forme spettrali per lo stato limite di salvaguardia della vita (SLV). In un Analisi Lineare, il CVS coincide con il rapporto fra la capacità dell elemento, che per primo raggiunge il collasso sotto un azione sismica crescente, e l effetto prodotto, sull elemento stesso, dall azione di progetto associata a TR; in un Analisi Non-Lineare, il CVS è il rapporto fra la Capacità e la Domanda entrambe espresse in termini di spostamento, relativi allo SLV(TR). Per gli edifici in c.a. la Capacità in termini di accelerazione, PGACSLV, è assunta pari all accelerazione associata allo spettro di domanda (quindi con fattore di struttura non unitario) che provoca, sul primo elemento della struttura, uno dei seguenti effetti: 1. collasso a taglio; 2. collasso di un nodo; 3. raggiungimento della rotazione ultima rispetto alla corda; 4. raggiungimento della capacità limite in fondazione. 22