RELAZIONE METODOLOGICA

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1 RELAZIONE METODOLOGICA Le modalità di svolgimento dell'incarico verranno eseguite secondo un preciso iter progettuale come di seguito riportato: Fase I: Raccolta dei dati esistenti con individuazione dell organismo strutturale e realizzazione di saggi ed indagini sui materiali da costruzione costituenti le strutture e sul terreno di fondazione; Fase II: Elaborazione dei dati raccolti con la valutazione della vulnerabilità delle strutture. Le elaborazioni verranno condotte sulla scorta dei dati raccolti (Fase I), in ottemperanza alle specifiche direttive tecniche contenute nelle normative in vigore per l esecuzione delle verifiche di vulnerabilità sismica; Fase III: Sintesi dei risultati con la predisposizione di un adeguato numero di rapporti tecnici atti a documentare i dati raccolti (Fase I) e le elaborazioni compiute (Fase II). In particolare verrà predisposta una sorta di Carta di Identità rappresentativa della consistenza e dello stato dell edificio oggetto del bando. Fase IV: Progetto preliminare dell intervento di adeguamento antisismico. FASE I Il problema della conoscenza delle strutture esistenti sarà affrontato, coerentemente con l approccio normativo attualmente in vigore, tramite: a) l Analisi storico critica dell edificio, mediante l acquisizione dei Documenti di progetto ed eventuale documentazione acquisita in tempi successivi alla costruzione; b) il Rilievo strutturale; c) le Prove in situ e in laboratorio. Viene riporta di seguito una disamina riguardo il rilievo strutturale e le prove da eseguire Rilievo Strutturale - è fondamentale una buona conoscenza della geometria dei singoli elementi strutturali e delle loro armature longitudinali e trasversali; si privilegeranno (quanto a numero di elementi indagati ed accuratezza dell indagine) i pilastri rispetto alle travi; - in caso di disponibilità degli elaborati progettuali, i saggi saranno finalizzati a verificare la rispondenza tra edificio realizzato e progetto; si catalogheranno gli elementi strutturali, particolarmente i pilastri, con caratteristiche uguali, per geometria e armatura, e si effettueranno saggi su un sufficiente numero di pilastri per ogni piano, scoprendo con una traccia orizzontale l elemento strutturale (per determinarne le dimensioni effettive) e le barre d acciaio longitudinali su almeno due lati ortogonali dell elemento indagato. Con una traccia verticale si verificherà la presenza e il diametro delle staffe. La determinazione delle armature potrà essere agevolata dall uso di un pacometro, ma in ogni caso occorrerà asportare il copriferro per scoprire i ferri ed effettuare una misura diretta del diametro;

2 - si individueranno quindi le caratteristiche di ripetitività della struttura (ad esempio telai trasversali paralleli ad interasse costante), definendo così un criterio di indagine che permetta di ottimizzare la scelta dei punti ove effettuare i saggi volti alla determinazione delle armature; si procederà poi all effettuazione dei saggi come specificato al precedente punto; - in caso di presenza di lesioni visibili sulle strutture in c.a. se ne verificherà l effettiva consistenza, approfondendo eventualmente i saggi, per verificare le ipotesi fatte inizialmente; - particolare attenzione verrà rivolta all approfondimento delle cause di eventuali lesioni, dissesti o stati di degrado, già presi in esame durante l ispezione visiva, scoprendo la struttura in corrispondenza di eventuali fessure e lesioni ed effettuando saggi accurati (ad es. volti a rilevare le condizioni delle armature presenti per valutare se eventuali lesioni o distacchi di copriferro siano conseguenti alla corrosione dell acciaio). Prove in situ e in laboratorio I saggi sulla struttura e sui principali elementi strutturali sono finalizzati a definire nel massimo dettaglio le loro caratteristiche geometriche esterne e interne, la tipologia strutturale, la presenza e le dimensioni di giunti di separazione strutturale, le caratteristiche di un eventuale quadro fessurativo conseguente ad eventi sismici o ad altre azioni, le cause di possibili riduzioni alla resistenza, rigidezza e duttilità dei materiali e degli elementi strutturali. - i rilievi, le prove e le indagini saranno finalizzati al completamento dei dati geometrici e meccanici di riferimento per la messa a punto del modello strutturale destinato a fornire la valutazione della vulnerabilità. - le prove saranno finalizzate a definire le proprietà meccaniche dei materiali che compongono le varie parti resistenti della struttura. - oltre alle prove distruttive, verranno effettuate prove non distruttive finalizzate a verificare l omogeneità delle caratteristiche meccaniche all interno della struttura. - la scelta degli elementi soggetti a prova e la localizzazione dei sondaggi sarà effettuata alla luce del meccanismo di collasso atteso così come desumibile dall esperienza o da una verifica sismica preliminare che permetta di individuare elementi critici nell ambito della struttura. Le prove consisteranno essenzialmente in: a) prelievi di carote da sottoporre a prove a rottura di compressione in laboratorio; b) misure dell indice di rimbalzo (p. sclerometrica) e della velocità ultrasonica secondo la metodica combinata SONREB su travi e pilastri, per ogni piano, calibrando la resistenza sulla base delle prove sulle carote estratte (ossia tre 2

3 punti di misura saranno in corrispondenza dei punti di prelievo delle carote, e le misure saranno effettuate prima del carotaggio). c) prelievo campioni di armatura da sottoporre a prove di trazione. d) al fine di determinare i valori di resistenza media il numero di prelievi e di indagini non distruttive va commisurato alla disponibilità della documentazione completa di progetto e collaudo e al livello di conoscenza che si vuole conseguire (nel caso in esame LC1). e) le prove sui terreni, carotaggi, spt, prove penetrometriche, saranno finalizzate alla determinazione della stratigrafia e delle caratteristiche meccaniche del suolo. Le informazioni tratte dalle prove saranno analizzate e sintetizzate all interno delle relazioni fornite all Amministrazione. Dette informazioni permetteranno infatti di definire il tipo di terreno dal punto di vista della normativa sismica; questa informazione permetterà la definizione dello spettro di risposta sismico di verifica e di progetto. Per la caratterizzazione dei terreni di fondazioni si provvederà ad una relazione geologica e si pianificheranno le prove per caratterizzare i terreni mediante prove geognostiche con prelievi di terreno da sottoporre a prove di laboratorio. L analisi sismica dei terreni con la caratterizzazione della velocità WS30 sarà effettuata sia con indagini sia di superficie. Nel definire modalità di esecuzione e tipo di saggi ci si riferirà alle modalità previste in: a) Circolare del Ministero delle Infrastrutture del 2 febbraio 2009 contenente Istruzioni per l applicazione delle nuove norme tecniche per le costruzioni di cui al DM 14 gennaio 2008, pubblicata sulla Gazzetta Ufficiale n. 47 del 26 febbraio 2009 Suppl. Ordinario n. 27. b) Linee guida del Consorzio ReLuis (Rete dei Laboratori Universitari di Ingegneria Sismica) sulle modalità di indagine sulle strutture e sui terreni per i progetti di riparazione/miglioramento/ricostruzione di edifici inagibili. c) Linee guida del Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici per la messa in opera del calcestruzzo strutturale e per la valutazione delle caratteristiche meccaniche del calcestruzzo indurito mediante prove non distruttive. d) Normative ISO UNI (o equivalenti) di riferimento per la specifica tipologia di prova in esame. Per quanto concerne la qualità e la quantità delle prove si offre all Amministrazione un numero di prove sufficienti a raggiungere il livello di Conoscenza LC1 previsto dalla Circolare del Ministero delle Infrastrutture del 2 febbraio 2009 secondo quanto fissato nella tabelle: C8A1B per le costruzioni in cemento armato, nonché un numero di prove sperimentali sufficienti per la determinazione dei parametri oggettivi del terreno. 3

4 Tabella C8A.1.2 Livelli di conoscenza in funzione dell informazione disponibile e conseguenti metodi di analisi ammessi e valori dei fattori di confidenza per edifici in calcestruzzo armato o in acciaio FASE II Terminata la fase di acquisizione dei dati si procederà alla valutazione del rischio sismico mediante implementazione di un modello tridimensionale agli elementi finiti che riporta quanto in precedenza rilevato. I valori delle azioni e le loro combinazioni da considerare nel calcolo, sia per la valutazione della sicurezza sia per il progetto degli interventi, sono quelle definite dalla normativa vigente D.M.14 gennaio 2008 per le nuove costruzioni. Ai fini dell analisi della risposta sismica dell edificio, saranno adottati metodi semplificati che, a partire dall osservazione dell edificio e del meccanismo di collasso ipotizzato schematizzano il comportamento a collasso della struttura idealizzandolo come sistema non lineare equivalente ad un grado di libertà. Alla struttura verranno associate curve di capacità bilineare valutando sulla base di relazioni semplificate il comportamento lineare (periodo proprio di vibrazione) e la capacità post elastica (resistenza massima, spostamento ultimo): la curva così ottenuta può essere utilizzata per valutare la risposta sismica e confrontare, come per l analisi statica non lineare che si avvale di analisi pushover (EC8, OPCM 3274/03, D.M. 14 gennaio 2008, Circolare 2 febbraio 2009, n. 617) la domanda di spostamento con la capacità relativa allo stato limite di interesse. Tale metodologica trova applicazione per edifici di pubblico interesse in c.a.. Qualora le irregolarità in pianta non permettessero l analisi di push over si effettueranno analisi sismica modale con spettro di risposta mediante un modello strutturale lineare. Sulla base della risposta sismica si progetteranno le soluzioni di adeguamento strutturale. 4

5 FASE III Terminata la fase II si procede alla compilazione della scheda tipo fornita dalla Regione Lazio nella quale verranno riportati tutti gli elementi necessari per la valutazione della vulnerabilità sismica dell'edificio in rapporto alla domanda sismica richiesta. Tale valori espressi come PGA o accelerazioni di collasso saranno riportati come rapporto tra capacità della struttura e domanda sismica per tutti gli stati limite dettati dall'attuale Normativa antisismica NTC FASE IV Dall'esame dei risultati ottenuti nella Fase III si individueranno le modalità e gli elementi che generano criticità nella struttura. Verrà redatto un progetto preliminare degli interventi strutturali condotto a valle delle verifiche sulla struttura, quando, cioè, sarà stato determinato il grado di sicurezza della struttura nei confronti del sisma e degli altri carichi di normativa. Il risultato delle verifiche di sicurezza, a grandi linee, potrà individuare uno tra i tre scenari seguenti: a) La sicurezza della struttura è compatibile con le prescrizioni normative; b) La struttura mostra alcune circoscritte e limitate deficienze strutturali; c) La struttura mostra un generale grado di insufficienza del livello di sicurezza. il progetto preliminare si limiterà ad individuare gli interventi necessari per la corretta manutenzione della struttura il progetto preliminare, oltre a quanto prescritto nel caso a), suggerirà anche interventi mirati sugli elementi che in fase di verifica abbiano mostrato insufficiente resistenza o duttilità. il progetto preliminare, oltre a quanto prescritto nei casi a) e b), dovrà prevedere di intervenire significativamente sui meccanismi resistenti dell edificio. All'amministrazione verranno forniti a corredo della verifica i seguenti elaborati: Una relazione illustrativa che motivi le soluzioni tecniche proposte e la loro fattibilità dal punto di vista tecnico ed economico. Tavole grafiche con piante, sezioni e particolari in scala appropriata per consentire l individuazione delle principali caratteristiche dimensionali, tipologiche e tecnologiche degli interventi da realizzare. Un preventivo sommario di spesa, corredato dai necessari computi metrici ed estimativi con prezzi unitari ricavati dal prezzario regionale vigente. Si riporta in Appendice a titolo esemplificativo una serie di possibili interventi che verranno presi in considerazione in funzione del miglior rapporto costo/benefici. 5

6 APPENDICE Abaco degli Interventi di Adeguamento Antisismico possibili sulle strutture in c.a. A1. RINFORZO E/O CERCHIATURA DI ELEMENTI STRUTTURALI ESISTENTI Il rinforzo di elementi strutturali esistenti può essere necessario sia nel caso di deficienze locali che nel caso di deficienze globali. Nel primo caso l area di intervento è limitata ad una porzione circoscritta dell edificio; nel secondo, l intervento è esteso alla maggior parte degli elementi presenti. Le principali soluzioni adottate per raggiungere l incremento di resistenza e duttilità necessarie di singoli elementi strutturali si possono differenziare a seconda del materiale utilizzato: incamiciatura in c.a. (beton placqué); incamiciatura con elementi in acciaio; interventi con materiali plastici fibrorinforzati. La semplice incamiciatura in c.a. è una tecnica comunemente adottata che garantisce di ottenere un incremento della capacità degli elementi strutturali a fronte di una maggiore rigidezza dell intero edificio. L applicazione comporta essenzialmente un incremento in termini di resistenza e rigidezza. Può essere applicata sia per sanare danneggiamenti locali sia come tecnica di rinforzo, così come riportato in Figura 1 e Figura 2, rispettivamente. Fig. 1 Fig. 2 6

7 L utilizzo di elementi in acciaio o di materiali innovativi permette invece di raggiungere il necessario incremento in termini di capacità locale senza però incrementare la rigidezza. L applicazione comporta un incremento in termini di resistenza e duttilità. Esempi per applicazioni in acciaio e in materiali innovativi sono rispettivamente riportati in Figura 3 ed in Figura 4 e 5. Altre differenze, importanti nella scelta della soluzione da preferire, sono rappresentate dalle modalità realizzative (più invasive quelle relative al ringrosso in c.a., meno quelle con materiali fibrorinforzati) e dal costo (economica la soluzione in c.a., più onerosa quella con materiali fibrorinforzati). F F F radq(2) Fig. 3 Fig. 4 7

8 Fig. 5 A2. INSERIMENTO DI STRUTTURE AUSILIARIE DESCRIZIONE L intervento consiste nell inserimento di un nuovo sistema resistente che, portando una parte dell azione indotta dal sisma e possibilmente smorzandola grazie all intervento di benefici meccanismi dissipativi, ovviamente alleggerisce la struttura esistente. Possibili esempi sono: A. la trasformazione di elementi non strutturali in elementi strutturali (inserimento di pareti in c.a. al posto di tamponature); B. l inserimento di controventi dissipativi; C. isolamento sismico alla base. CAMPO DI APPLICAZIONE L inserimento di strutture ausiliare è una soluzione da considerare nei casi in cui la struttura risulta inadeguata a resistere alle azioni sismiche, nei casi in cui gli interventi locali descritti nelle schede precedenti non fossero possibili o risultassero antieconomici (applicazione su una porzione troppo ampia di elementi). 8

9 VANTAGGI/SVANTAGGI Il vantaggio principale è la capacità di riuscire a controllare in maniera ottimale la risposta sismica portandola ai livelli di capacità attesi. A questo si unisce la perfetta conoscenza dei nuovi elementi che si inseriscono. D altra parte l incertezza relativa all interazione delle strutture nuove con le strutture esistenti è uno dei principali limiti. a) Inserimento di nuovi elementi pareti in c.a. L inserimento di setti di irrigidimento in c.a. è una tra le soluzioni più adottate per le strutture esistenti che non hanno una resistenza adeguata per sopportare le forze orizzontali indotte dal sisma entrando in campo plastico anche per bassi livelli di intensità del moto sismico. Dal punto di vista teorico l inserimento di setti di irrigidimento parte dalla considerazione che realizzando strutture molto rigide si riducono le deformazioni strutturali, anche se rigidezze elevate possono indurre alte accelerazioni ai piani. Rispetto alla configurazione originale, l inserimento di setti di irrigidimento comporta un incremento di rigidezza e conseguentemente un aumento della domanda sismica. La forza sismica viene però attratta dai nuovi elementi strutturali proprio a ragione della loro maggiore rigidezza e quindi le sollecitazioni sulle strutture esistenti si riducono. b) Inserimento di controventi dissipativi L inserimento di controventi dissipativi appartiene alla categorie di tecniche che riducono la domanda sismica. I controventi, in particolare, agiscono attraverso l effetto combinato dell incremento della dissipazione e della rigidezza e, in generale, permettono di ridurre lo spostamento di interpiano di un fattore 2 o 3. L incremento di rigidezza, analogamente a quanto 9

10 riportato per l inserimento di setti di irrigidimento, comporta una riduzione del periodo ed un conseguente incremento della domanda sismica. In questo caso a differenza del precedente, a tale incremento corrisponde una riduzione maggiore dovuto all incremento della capacità di dissipazione. L'energia fornita dal sisma alla struttura viene in gran parte assorbita dai dissipatori, con conseguente significativa riduzione delle sollecitazioni e degli spostamenti richiesti alla struttura e dunque dell escursione in campo plastico. L'energia fornita dal sisma alla struttura viene in gran parte assorbita dai dissipatori, con conseguente significativa riduzione delle sollecitazioni e degli spostamenti richiesti alla struttura e dunque dell escursione in campo plastico. In riferimento agli elementi non strutturali, questa tecnologia permette una forte limitazione degli spostamenti interpiano ma non delle accelerazioni che rimangono pressoché invariate se non maggiori. Particolare attenzione deve essere quindi posta per quegli elementi non strutturali sensibili alle accelerazioni. Riguardo le modalità costruttive i dispositivi sono in generale costituiti da un nucleo interno in acciaio, una parte del quale è progettato per dissipare energia in campo plastico, da un tubo in acciaio e da un riempimento in calcestruzzo, i quali evitano che il nucleo interno si instabilizzi. Tra il calcestruzzo e il nucleo interno è interposto uno strato di speciale materiale distaccante, allo scopo di impedire la trasmissione di tensioni tangenziali tra i due componenti e permettere al nucleo interno di allungarsi o accorciarsi liberamente, dissipando energia. Diverse configurazioni geometriche sono infine riportate in figura 6, 7 e 8 10

11 Fig. 6 11

12 Fig. 7 12

13 Fig. 8 c) Isolamento sismico alla base L isolamento sismico consiste nell inserire, generalmente tra la sovrastruttura e le fondazioni, dispositivi (gli isolatori) ad alta flessibilità orizzontale, in grado di disaccoppiare il moto tra struttura e terreno e ridurre l energia cinetica in ingresso durante l evento sismico. Il sistema di isolamento è progettato in modo tale da contenere la risposta strutturale degli edifici isolati in campo elastico; l energia trasmessa dal terremoto è dissipata invece dal sistema di isolamento attraverso cicli di elevate deformazioni per traslazione orizzontale. In alcuni casi, quali strutture molto rigide, una attenta progettazione può portare a riduzioni anche di un ordine di grandezza 13

14 delle sollecitazioni agenti sulle sezioni resistenti e, soprattutto, al sostanziale annullamento degli spostamenti relativi negli elementi primari. Un vantaggio che ne consegue è dunque la forte limitazione dei danni, anche a seguito di eventi sismici rilevanti. In definitiva, la risposta dinamica di una struttura sismicamente isolata è caratterizzata da una forte riduzione tanto dello spostamento interpiano quanto delle accelerazioni sismiche e appare di per sé estremamente efficace per costruzioni di importanza strategica per la protezione civile, la cui operatività ed integrità è essenziale proprio in un occasione di emergenza quale un terremoto. Un confronto tra la risposta di un edificio incastrato alla base ed uno isolato è schematicamente rappresentato in figura 9 Fig. 9 Rispetto alle proprietà dinamiche di strutture convenzionali in c.a., quelle isolate alla base sono caratterizzate da un aumento considerevole del periodo proprio, che è traslato dai valori spettrali tipici del terremoto di progetto a campi cui corrisponde un minore contenuto energetico e da un aumento della capacità di dissipazione. Con riferimento allo spettro, l aumento del periodo corrisponde alla traslazione verso destra, verso, cioè, parti dello spettro con minore contenuto energetico, e l incremento della capacità di dissipazione ad una traslazione verso il basso. 14

15 Nel caso di un fabbricato già realizzato con tecniche tradizionali la sua trasformazione in un fabbricato isolato è conveniente solo quando la struttura realizzata ha: 1. una elevata rigidezza; 2. una buona regolarità planimetrica; 3. la possibilità di inserimento degli isolatori senza penalizzarne la funzionalità. L obiettivo di sicurezza associato a questo tipo di intervento è senza dubbio l agibilità immediata (IO). Riguardo alle modalità realizzative gli isolatori sono realizzati con strati alterni di una mescola a base di gomma naturale e piastre di acciaio, collegati tra loro mediante vulcanizzazione I requisiti caratterizzanti il dispositivo sono: un elevata rigidezza assiale, che consente di sostenere i carichi verticali agenti; una rigidezza orizzontale elevata per piccoli spostamenti, che impedisce i movimenti sotto l azione del vento e di terremoti di bassa intensità; una rigidezza orizzontale bassa per grandi spostamenti, che garantisce il disaccoppiamento del moto tra struttura e terreno per eventi sismici rilevanti; capacità di dissipare energia per ridurre gli spostamenti orizzontali; un comportamento prevalentemente elastico, che assicura il ricentraggio della struttura al termine dell evento. Le proprietà meccaniche, con riferimento ad un isolatore con gomma a mescola morbida, G=0.4kN/mm, sono illustrate nella figura 10. Fig