Capitolo 11 Ordinanza 3431/05 Edifici esistenti

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1 Capitolo 11 Ordinanza 3431/05 Edifici esistenti Valutazione dello stato di fatto ed adeguamento Giorgio Monti Ordinario di Tecnica delle Costruzioni Università La Sapienza di Roma 1

2 L edilizia esistente Tipologia di degrado Degrado per vetustà Edilizia storica nelle grandi città Edilizia storica nel resto del territorio nazionale Edifici con oltre 40 anni di vita Totale Degrado per ragioni costruttive Boom edilizio di fine anni 60 Edifici abusivi multipiano Totale Totale Generale Migliaia di alloggi a rischio % sul totale generale 2,9 12,1 21,5 36,5 19,0 44,5 63,5 100,0 Fonte dati: Il Laterizio 2

3 Patologie strutturali I danni osservati sono conseguenza di una tradizione progettuale e costruttiva che non teneva conto della peculiarità dell azione sismica: Intensità sismica spesso maggiore di quella di progetto Variabilità in direzione e verso Carattere dinamico della risposta sismica Le principali patologie strutturali sono dovute a: Errata concezione strutturale Errata concezione o esecuzione dei dettagli costruttivi 3

4 Ordinanza PCM 3274/2003 Art. 2 Comma 3 E fatto obbligo di procedere a verifica, da effettuarsi a cura dei rispettivi proprietari: degli edifici di interesse strategico delle opere infrastrutturali... fondamentali per le finalità della protezione civile degli edifici che possono assumere rilevanza in relazione alle conseguenze di un eventuale collasso Le verifiche vanno effettuate entro 5 anni e in via prioritaria per edifici ed opere ubicate in zone sismiche 1 e 2 4

5 Ordinanza PCM 3274/2003 Art. 2 Comma 4 Entro sei mesi dalla data dell Ordinanza (?) il Dip. Protezione Civile e le Regioni provvedono, rispettivamente per quanto di competenza statale e regionale, ad elaborare, sulla base delle risorse finanziarie disponibili, il programma temporale delle verifiche, ad individuare le tipologie degli edifici e delle opere che presentano le caratteristiche di cui al comma 3 ed a fornire ai soggetti competenti le necessarie indicazioni per le relative verifiche tecniche, che dovranno stabilire il livello di adeguatezza di ciascuno di essi rispetto a quanto previsto dalle norme. 5

6 Ordinanza PCM 3274/2003 Art. 2 Comma 5 Nel caso di opere progettate secondo le norme vigenti dopo il 1984, non è necessaria la verifica di adeguatezza alla nuova norma per opere relative alla: I categoria nella zona 1 II categoria nella zona 2 III categoria nella zona 3 6

7 Ordinanza PCM 3274/2003 Art. 2 Comma 6 La necessità di adeguamento sismico degli edifici e delle opere di cui sopra sarà tenuta in considerazione dalle Amministrazioni pubbliche nella redazione dei piani triennali ed annuali di cui all articolo 14 della legge 11/2/1994, n. 109, e successive modifiche ed integrazioni, nonché ai fini della predisposizione del piano straordinario di messa in sicurezza antisismica di cui all articolo 80, comma 21, della legge 27/12/2002, n

8 Ordinanza 3431 del 2005 NORME TECNICHE PER IL PROGETTO, LA VALUTAZIONE E L ADEGUAMENTO SISMICO DEGLI EDIFICI Capitolo 1: Oggetto delle Norme 8

9 Oggetto delle Norme Le norme disciplinano la progettazione e la costruzione di nuovi edifici soggetti ad azioni sismiche, nonché la valutazione della sicurezza e gli interventi di adeguamento e miglioramento su EDIFICI ESISTENTI Lo scopo delle norme è di assicurare che in caso di evento sismico sia protetta la vita umana, siano limitati i danni e rimangano funzionanti le strutture essenziali agli interventi di protezione civile. 9

10 Miglioramento vs Adeguamento Il Miglioramento Sismico implica interventi volti a diminuire la vulnerabilità sismica di una struttura, senza elevare la sicurezza ai livelli previsti per le strutture nuove L Adeguamento Sismico richiede invece interventi mirati a portare la struttura ai livelli di sicurezza previsti per le strutture nuove. I carichi sismici e le verifiche sono quindi quelle richieste per le strutture nuove. 10

11 Valutazione, Miglioramento o Adeguamento 1/2 Conoscenza Geometria Caratteristiche dei materiali Condizioni di conservazione Definizione delle prestazioni richieste Sismicità dell area Destinazione d uso Livello di protezione richiesto/accettato (Miglioramento o Adeguamento Sismico) 11

12 Valutazione, Miglioramento o Adeguamento 2/2 Valutazione della struttura esistente Definizione del modello Analisi sismica Verifica della sicurezza Progetto di Adeguamento/Miglioramento Scelta in relazione a vincoli e prestazioni richieste Dimensionamento dell intervento Interventi di Rinforzo e/o Riparazione Valutazione della struttura adeguata Livello di protezione sismica? 12

13 Contenuti Cap. 11 dell Ordinanza 11.1 Generalità 11.2 Valutazione della sicurezza di edifici in cemento armato e in acciaio Requisiti di sicurezza Criteri di verifica Dati necessari per la valutazione Fattori di confidenza Valutazione della sicurezza Verifiche di sicurezza Criteri per la scelta dell intervento Progetto dell intervento 13

14 Contenuti 11.1 Generalità 11.2 Valutazione della sicurezza di edifici in cemento armato e in acciaio Requisiti di sicurezza Criteri di verifica Dati necessari per la valutazione Fattori di confidenza Valutazione della sicurezza Verifiche di sicurezza Criteri per la scelta dell intervento Progetto dell intervento 14

15 Generalità Gli edifici esistenti si distinguono da quelli di nuova progettazione per gli aspetti seguenti: Il progetto riflette le conoscenze al tempo della loro costruzione Il progetto può contenere difetti di impostazione concettuale e di realizzazione i cui effetti non sono manifesti... possono essere stati soggetti a terremoti passati o ad altre azioni accidentali i cui effetti non sono manifesti 15

16 Generalità Di conseguenza la valutazione della sicurezza ed il progetto degli interventi sono normalmente affetti da un grado di incertezza diverso da quello degli edifici di nuova progettazione. Ciò comporta l impiego di adeguati fattori di confidenza nelle verifiche di sicurezza come pure metodi di analisi e di verifica dipendenti dalla completezza e dall affidabilità dell informazione disponibile. 16

17 Generalità Negli edifici esistenti le situazioni concrete riscontrabili sono le più diverse ed è quindi impossibile prevedere regole specifiche e dettagliate per tutti i casi. I contenuti del capitolo 11 costituiscono un riferimento generale che può essere integrato, in casi particolari, da valutazioni specifiche ed anche alternative da parte del progettista. 17

18 Generalità E obbligatorio eseguire valutazioni di sicurezza sismica e, se necessario, effettuare interventi di adeguamento, a chiunque intenda: a) Sopraelevare o ampliare l edificio ( = sopraelevazione parti edificio di altezza inferiore alla massima) b) Apportare variazioni di destinazione che comportino incremento dei carichi (perm. + acc.) al singolo piano >20% c) Effettuare interventi strutturali volti a trasformare l edificio mediante un insieme sistematico di opere che portino ad un organismo edilizio diverso dal precedente d) Effettuare interventi strutturali... che implichino sostanziali alterazioni del comportamento globale 18

19 Generalità Una variazione dell altezza dell edificio, resa necessaria per l abitabilità degli ambienti senza variazioni del numero di piani, non è considerata sopraelevazione o ampliamento. Non è necessario l adeguamento sismico, sempre che non incorra nessuna delle tre condizioni precedenti b), c) e d). In particolare si deve documentare che gli interventi di variazione di altezza non comportino una variazione dei carichi >20% e che gli interventi aumentino il grado di sicurezza sismico dell edificio. 19

20 Generalità Le sopraelevazioni e le aggiunte di piani sono ammesse solo se compatibili con le larghezze delle strade (regolamenti edilizi e punto 4.2 dell Ordinanza). La variazione delle altezza (senza variazioni del numero di piani) non deve rispettare i requisiti del punto 4.2 qualora sia necessaria per l abitabilità dell edificio. 20

21 Generalità Per interventi di tipo strutturale su singoli elementi di fabbrica (attenzione!!!) oppure interventi di Miglioramento è consentito procedere senza dar luogo alle analisi e verifiche di cui al capitolo 11 Si deve dimostrare che le opere previste fanno comunque conseguire all edificio un maggior grado di sicurezza nei confronti delle azioni sismiche 21

22 Generalità Interventi su singoli elementi di fabbrica Tali interventi devono essere valutati con molta attenzione, perchè in una struttura, soprattutto se iperstatica, l aumento di duttilità/resistenza di un elemento può portare ad un peggioramento del comportamento globale dell edificio nel quadro della gerarchia delle resistenze 22

23 Generalità Le Regioni, tenendo conto della specificità delle tipologie costruttive del proprio territorio, possono consentire un miglioramento controllato della vulnerabilità, riducendo: I livelli di protezione sismica fino al 65% del livello previsto per le nuove costruzioni e quindi l entità delle azioni sismiche da considerare per i diversi stati limite Il numero degli stati limite da considerare 23

24 Generalità Per gli edifici di speciale importanza artistica è consentito derogare da quanto prescritto, se ciò comporta l esecuzione di interventi incompatibili con le esigenze di tutela e di conservazione del bene culturale E comunque richiesto di calcolare i livelli di accelerazione del suolo corrispondenti al raggiungimento di ciascuno stato limite previsto per la tipologia strutturale dell edificio, prima e dopo l eventuale intervento 24

25 Contenuti 11.5 Valutazione della sicurezza di edifici in muratura Requisiti di sicurezza e criteri di verifica Dati necessari e identificazione del LC Livelli di conoscenza Valutazione della sicurezza Verifiche di sicurezza Criteri per la scelta dell intervento Progetto dell intervento Modelli di capacità per la valutazione Modelli di capacità per il rinforzo Edifici semplici 25

26 Allegati Allegato 11.C Analisi dei meccanismi locali di collasso in edifici in muratura Allegato 11.D Tipologie e relativi parametri meccanici delle murature Allegato 11.E Criteri per gli interventi di consolidamento di edifici in muratura 26

27 Valutazione della sicurezza di edifici in muratura E un procedimento quantitativo per stabilire se un edificio esistente può resistere alla combinazione sismica di progetto Le norme forniscono gli strumenti per la valutazione di singoli edifici ed i risultati non sono estendibili a edifici diversi pur appartenenti alla stessa tipologia Oltre all analisi sismica globale, è da considerarsi anche l analisi dei meccanismi locali Si terrà conto dell esperienza, se disponibile, derivante dall esame del comportamento di edifici simili che abbiano subito in passato l effetto di eventi sismici Dissesti nelle strutture in muratura 27

28 Contenuti 11.5 Valutazione della sicurezza di edifici in muratura Requisiti di sicurezza e criteri di verifica Dati necessari e identificazione del LC Livelli di conoscenza Valutazione della sicurezza Verifiche di sicurezza Criteri per la scelta dell intervento Progetto dell intervento Modelli di capacità per la valutazione Modelli di capacità per il rinforzo Edifici semplici 28

29 pensione pensio Requisiti di sicurezza e criteri di verifica Verifica degli Stati Limite (SL) SL Danno: cui si associano danni alla struttura di modesta entità SL Ultimo: corrispondente a danni importanti negli elementi strutturali pensione SL Collasso: non si esegue 29

30 Contenuti 11.5 Valutazione della sicurezza di edifici in muratura Requisiti di sicurezza e criteri di verifica Dati necessari e identificazione del LC Livelli di conoscenza Valutazione della sicurezza Verifiche di sicurezza Criteri per la scelta dell intervento Progetto dell intervento Modelli di capacità per la valutazione Modelli di capacità per il rinforzo Edifici semplici 30

31 Dati necessari e identificazione del LC La conoscenza dell edificio in muratura può essere conseguita con diversi livelli di approfondimento, in funzione dell accuratezza: delle operazioni di rilievo delle ricerche storiche delle indagini sperimentali 31

32 Dati necessari e identificazione del LC Il piano delle indagini: fa parte sia della fase diagnostica che del progetto vero e proprio dovrà essere predisposto nell ambito di un quadro generale volto a mostrare le motivazioni e gli obiettivi delle indagini stesse 32

33 Dati necessari e identificazione del LC Sono basati su 3 aspetti Geometria Dettagli costruttivi Proprietà dei materiali 33

34 Dati necessari e identificazione del LC Geometria Deriva di regola da operazioni di rilievo (piante, alzati e sezioni), piano per piano: di tutti gli elementi in muratura di eventuali nicchie, cavità, canne fumarie delle volte (spessore e profilo) dei solai e della copertura (tipologia e orditura) delle scale (tipologia strutturale) Vanno inoltre individuati i carichi gravanti su ogni elemento di parete la tipologia delle fondazioni. 34

35 Dati necessari e identificazione del LC Geometria 35

36 Dati necessari e identificazione del LC Geometria Dovrà inoltre essere rilevato e rappresentato L eventuale quadro fessurativo classificando ciascuna lesione secondo la tipologia (distacco, rotazione, scorrimento, spostamenti fuori del piano,...) L eventuale quadro deformativo (evidenti fuori piombo, rigonfiamenti, depressioni nelle volte,...) Servono a consentire, nella successiva fase diagnostica, l individuazione dell origine e delle evoluzioni delle problematiche strutturali dell edificio 36

37 Dati necessari e identificazione del LC Geometria 37

38 Dati necessari e identificazione del LC Dettagli costruttivi Sono relativi ai seguenti elementi: Qualità del collegamento tra pareti verticali 38

39 Dati necessari e identificazione del LC Dettagli costruttivi Sono relativi ai seguenti elementi: Qualità del collegamento tra orizzontamenti e pareti ed eventuale presenza di cordoli di piano o di altri dispositivi di collegamento 39

40 Dati necessari e identificazione del LC Dettagli costruttivi Sono relativi ai seguenti elementi: Esistenza di architravi strutturalmente efficienti al di sopra delle aperture 40

41 Dati necessari e identificazione del LC Dettagli costruttivi Sono relativi ai seguenti elementi: Presenza di elementi strutturalmente efficienti atti ad eliminare le spinte eventualmente presenti 41

42 Dati necessari e identificazione del LC Dettagli costruttivi Sono relativi ai seguenti elementi: Presenza di elementi, anche non strutturali, ad elevata vulnerabilità 42

43 Dati necessari e identificazione del LC Dettagli costruttivi Sono relativi ai seguenti elementi: Tipologia della muratura (a un paramento, a due o più paramenti, con o senza collegamenti trasversali,...) Caratteristiche costruttive (eseguita in mattoni o in pietra, regolare, irregolare,...) 43

44 Dati necessari e identificazione del LC Dettagli costruttivi Si distinguono Verifiche in-situ limitate Verifiche in-situ estese ed esaustive 44

45 Dati necessari e identificazione del LC Dettagli costruttivi Verifiche in-situ limitate Basate su rilievi di tipo visivo effettuati ricorrendo a rimozione dell'intonaco e saggi nella muratura che consentano di esaminarne le caratteristiche sia in superficie che nello spessore murario, e di ammorsamento tra muri ortogonali e dei solai nelle pareti. In assenza di un rilievo diretto, o di dati sufficientemente attendibili, dovranno essere assunte, nelle successive fasi di modellazione, analisi e verifiche, le ipotesi più cautelative. 45

46 Dati necessari e identificazione del LC Dettagli costruttivi Verifiche in-situ estese ed esaustive Basate su rilievi di tipo visivo, effettuati ricorrendo a saggi nella muratura che consentano di esaminarne le caratteristiche sia in superficie che nello spessore murario, e di ammorsamento tra muri ortogonali e dei solai nelle pareti. L esame degli elementi dovrà estendersi in modo sistematico all intero edificio. 46

47 Dati necessari e identificazione del LC Proprietà dei materiali La valutazione della qualità muraria, con riferimento agli aspetti legati al rispetto o meno della regola dell arte (visiva e sperimentale), serve a stabilire se la muratura in esame è capace di un comportamento strutturale idoneo a sostenere le azioni statiche e dinamiche prevedibili. 47

48 Dati necessari e identificazione del LC Proprietà dei materiali Di particolare importanza è La presenza o meno di elementi di collegamento trasversali (es. diàtoni) La forma, tipologia e dimensione degli elementi La tessitura L orizzontalità delle giaciture Il regolare sfalsamento dei giunti La qualità e consistenza della malta. 48

49 Dati necessari e identificazione del LC Proprietà dei materiali E importante anche la caratterizzazione, mediante prove sperimentali, di: Malte tipo di legante, tipo di aggregato, rapporto legante/aggregato, livello di carbonatazione Pietre e/o mattoni caratteristiche fisiche e meccaniche Malte e pietre si preleveranno in situ Le malte si preleveranno ad almeno 5-6 cm di profondità nello spessore murario 49

50 Dati necessari e identificazione del LC Proprietà dei materiali Es. Prova di taglio diretto su una malta incoerente τ (kpa) Diagramma s - τ s (mm) (kpa) σv (kpa) 50

51 Dati necessari e identificazione del LC Proprietà dei materiali Le indagini in situ si distinguono in: Limitate Estese Esaustive Servono ad individuare la tipologia corrispondente nella tabella 11.D.1 dell'allegato 11.D 51

52 Dati necessari e identificazione del LC Proprietà dei materiali Indagini in-situ limitate servono a completare le informazioni sulle proprietà dei materiali ottenute dalla letteratura, o dalle regole in vigore all epoca della costruzione. 52

53 Dati necessari e identificazione del LC Proprietà dei materiali Indagini in-situ limitate Basate su esami visivi della superficie muraria condotti dopo la rimozione di una zona di intonaco di almeno 1m x 1m Individuare forma e dimensione dei blocchi di cui è costituita, eseguita preferibilmente in corrispondenza degli angoli, al fine di verificare anche le ammorsature tra le pareti murarie 53

54 Dati necessari e identificazione del LC Proprietà dei materiali Indagini in-situ limitate Dovrà essere valutata la compattezza della malta Dovrà essere valutata la capacità degli elementi murari ad assumere un comportamento monolitico in presenza delle azioni sismiche valutandone la qualità della connessione interna e trasversale attraverso saggi localizzati, su tutto lo spessore murario. 54

55 Dati necessari e identificazione del LC Proprietà dei materiali Indagini in-situ estese Prove con martinetto piatto doppio σ σ Sforzi [N/mm2] Sforzi [N/mm2] ε l ε v ε l ε v Deformazioni [μm/mm] Deformazioni [μm/mm] 55

56 Dati necessari e identificazione del LC Proprietà dei materiali Indagini in-situ estese Prove di caratterizzazione della malta (tipo di legante, tipo di aggregato, rapporto legante/aggregato...), Analisi granulometrica di malte incoerenti Passante in peso (%) argilla limo sabbia ghiaia 0,002 0, Santa Madonna della Pietà - fondazione Santa Madonna della Pietà - parete Santa Maria dello Iuso Diametro (mm) 56

57 Dati necessari e identificazione del LC Proprietà dei materiali Indagini in-situ estese Eventualmente di pietre e/o mattoni (fisiche e meccaniche) Una prova per ogni tipo di muratura presente. Metodi di prova non distruttivi (prove soniche, prove sclerometriche, penetrometriche per la malta,...) possono essere impiegati a complemento delle prove richieste. Se esiste una chiara comprovata corrispondenza tipologica per materiali, pezzatura dei conci, dettagli costruttivi, in sostituzione delle prove sull'edificio oggetto di studio possono essere utilizzate prove eseguite su altri edifici vicini. 57

58 Dati necessari e identificazione del LC Proprietà dei materiali Indagini in-situ esaustive Servono per ottenere informazioni quantitative sulla resistenza del materiale. Si richiede, in aggiunta alle verifiche visive, ai saggi interni ed alle prove di cui ai punti precedenti, di effettuare una ulteriore serie di prove sperimentali che, per numero e qualità, siano tali da consentire di valutare le caratteristiche meccaniche della muratura. 58

59 Dati necessari e identificazione del LC Proprietà dei materiali Indagini in-situ esaustive Esecuzione di prove, in situ o in laboratorio (su elementi non disturbati prelevati dalle strutture dell edificio). Prove di compressione diagonale su pannelli o prove combinate di compressione verticale e taglio. Metodi di prova non distruttivi possono essere impiegati in combinazione, ma non in sostituzione di quelli sopra descritti. 59

60 Dati necessari e identificazione del LC Proprietà dei materiali Indagini in-situ esaustive Se esiste una chiara comprovata corrispondenza tipologica per materiali, pezzatura dei conci, dettagli costruttivi, in sostituzione delle prove sull'edificio oggetto di studio possono essere utilizzate prove eseguite su altri edifici vicini I risultati delle prove devono essere esaminati e considerati nell ambito di un quadro di riferimento tipologico generale che tenga conto dei risultati delle prove sperimentali disponibili in letteratura sino a quel momento per le tipologie murarie in oggetto, e che consenta di valutare, anche in termini statistici, la effettiva rappresentatività dei valori trovati. 60

61 Contenuti 11.5 Valutazione della sicurezza di edifici in muratura Requisiti di sicurezza e criteri di verifica Dati necessari e identificazione del LC Livelli di conoscenza Valutazione della sicurezza Verifiche di sicurezza Criteri per la scelta dell intervento Progetto dell intervento Modelli di capacità per la valutazione Modelli di capacità per il rinforzo Edifici semplici 61

62 Livelli di conoscenza Per la scelta del tipo di analisi e dei valori dei fattori di confidenza si distinguono tre livelli di conoscenza (LC): LC1: Conoscenza Limitata LC2: Conoscenza Adeguata LC3: Conoscenza Accurata 62

63 Livelli di conoscenza LC1 si intende raggiunto se: Verifiche e indagini in situ limitate LC2 si intende raggiunto se: Verifiche in situ estese ed esaustive sui dettagli costruttivi Indagini in situ estese sulle proprietà dei materiali LC3 si intende raggiunto se: Verifiche in situ estese ed esaustive sui dettagli costruttivi Indagini in situ esaustive sulle proprietà dei materiali. 63

64 Livelli di conoscenza Tabella Livelli di conoscenza in funzione dell informazione disponibile e conseguenti metodi di analisi ammessi e valori dei fattori di confidenza per edifici in muratura LC Geometria Dettagli costruttivi Proprietà dei materiali Metodi di analisi FC LC1 Limitate verifiche in-situ Limitate indagini in-situ Tutti 1.35 LC2 LC3 Rilievo strutturale Estese ed esaustive verifiche in-situ Estese indagini in-situ Esaustive indagini in-situ Tutti Tutti

65 Importanza del livello di conoscenza COSTO intervento acquisizione dati CONOSCENZA 65

66 Livelli di conoscenza Definizione dei valori medi delle proprietà LC1 Resistenze e moduli elastici LC2 i minimi degli intervalli in tabella 11.D.1 Resistenze e moduli elastici le medie degli intervalli in tabella 11.D.1 66

67 Livelli di conoscenza Definizione dei valori medi delle proprietà LC3 a) 3 prove Resistenze media delle prove Moduli elastici media delle prove o medie degli intervalli in tabella 11.D.1 LC3 b) 1 prova Resistenze se medie degli intervalli in tabella 11.D.1 medie tabella se < medie degli intervalli in tabella 11.D.1 valore sperim. Moduli elastici media delle prove o medie degli intervalli in tabella 11.D.1 67

68 Contenuti 11.5 Valutazione della sicurezza di edifici in muratura Requisiti di sicurezza e criteri di verifica Dati necessari e identificazione del LC Livelli di conoscenza Valutazione della sicurezza Verifiche di sicurezza Criteri per la scelta dell intervento Progetto dell intervento Modelli di capacità per la valutazione Modelli di capacità per il rinforzo Edifici semplici 68

69 Valutazione della sicurezza Livelli di protezione antisismica e fattori di importanza Azione sismica Modellazione della struttura Metodi di analisi Combinazione delle componenti dell azione sismica 69

70 Livelli di protezione antisismica e fattori di importanza Vale quanto riportato ai punti 2.5 e

71 pensione pensione pensio Azione sismica per la valutazione Valori dell accelerazione orizzontale massima (PGA in g) su suolo di categoria A Zona SLD SLU SL di CO 1 / g No 2 / g No 3 / g No 4 / g No 71

72 Azione sismica per la valutazione Questo corrisponde a periodi di ritorno: SL di CO: anni a seconda della zona SLU: 475 anni di riferimento SLD: anni a seconda della zona 72

73 Azione sismica Per gli SL ultimo e di danno l'azione sismica è definita nel capitolo 3 Nel caso di verifica con analisi lineare ed impiego del fattore q, il valore da utilizzare è: q = 2.0 αu/α1 q = 1.5 αu/α1 per edifici regolari in elevazione negli altri casi in cui α u e α 1 sono definiti al punto in assenza di più precise valutazioni, potrà essere assunto un rapporto α u /α 1 pari a 1.5. La definizione di regolarità è quella al punto il requisito d) deve essere sostituito da: i solai sono ben collegati alle pareti e dotati di una sufficiente rigidezza e resistenza nel loro piano 73

74 Metodi di analisi Gli effetti dell azione sismica possono essere valutati con: Analisi statica lineare Analisi dinamica modale Analisi statica non lineare Analisi dinamica non lineare 74

75 Metodi di analisi METODO DI ANALISI MODELLO STRUTTURALE STATICO DINAMICO Forze equivalenti Push - over Spettro elastico Accelerogramma LINEARE NON LINEARE Forze equivalenti Push-over Spettro Accelerogramma

76 Modellazione della struttura Criteri di modellazione e verifica in 4.4 (modellazione) (metodi di analisi) e (verifiche di sicurezza) (modelli di capacità per la valutazione) Inoltre, per ogni edificio in muratura deve essere considerata l eventualitl eventualità che si verifichino meccanismi locali di collasso, rispetto ai quali è opportuno eseguire una verifica di sicurezza (in Allegato) Struttura del paragrafo Meccanismi locali Aggregati edilizi Edifici misti 76

77 Meccanismi locali Negli antichi edifici in muratura sono spesso assenti sistematici elementi di collegamento tra le pareti, a livello degli orizzontamenti Ciò comporta una possibile vulnerabilità nei riguardi di meccanismi locali, che possono interessare il collasso fuori dal piano di singoli pannelli murari più ampie porzioni dell edificio ribaltamento di intere pareti mal collegate, ribaltamento di pareti sommitali in presenza di edifici di diversa altezza, collassi parziali negli edifici d angolo degli aggregati edilizi È obbligatorio valutare la sicurezza dell'edificio per tali meccanismi 77

78 Meccanismi locali Pareti non connesse Pareti connesse 78

79 Meccanismi locali Collasso fuori dal piano di singoli pannelli murari 79

80 Meccanismi locali Collasso delle angolate 80

81 Meccanismi locali Ribaltamento di intere pareti 81

82 Meccanismi locali Collasso delle parti sommitali 82

83 Meccanismi locali Modello di riferimento: analisi limite dell equilibrio delle strutture murarie, considerate come corpi rigidi non resistenti a trazione La debole resistenza a trazione della muratura porta infatti ad un collasso per perdita di equilibrio La valutazione non dipende in modo significativo dalla deformabilità della struttura ma dalla geometria e dai vincoli Nonostante la grande varietà di tipologie, dimensioni e materiali, si sono osservati meccanismi locali ricorrenti a cui fare riferimento per le verifiche. Ai punti e sono indicati i criteri per la verifica sismica dei meccanismi locali 83

84 Aggregati edilizi Sono costituiti da un insieme di parti che sono il risultato di una genesi articolata e non unitaria, dovuta a molteplici fattori sequenza costruttiva cambio di materiali mutate esigenze avvicendarsi dei proprietari 84

85 Aggregati edilizi Occorre tenere conto perciò delle possibili interazioni derivanti dalla contiguità strutturale con gli edifici adiacenti, connessi o in aderenza ad esso. A tal fine dovrà essere individuata, in via preliminare, l unità strutturale (US) oggetto di studio, evidenziando le azioni che su di essa possono derivare dalle unità strutturali contigue. 85

86 Aggregati edilizi Si dovrà considerare l intero aggregato, al fine di individuare le relative connessioni spaziali fondamentali, con particolare attenzione al contesto ed ai meccanismi di giustapposizione e di sovrapposizione. 86

87 Aggregati edilizi L indagine si dovrebbe sviluppare su diversi livelli d informazione: Rapporti tra i processi di aggregazione ed organizzazione dei tessuti edilizi e l evoluzione del sistema viario Principali eventi che hanno influito sugli aspetti morfologici (fonti storiche) Morfologia delle strade (andamento, larghezza, flessi planimetrici e disassamenti dei fronti edilizi) Disposizione e gerarchia dei cortili (con accesso diretto o da androne) e posizionamento delle scale esterne Allineamento delle pareti verifiche di ortogonalità rispetto ai percorsi viari individuazione dei prolungamenti, delle rotazioni, delle intersezioni e degli slittamenti degli assi delle pareti serve ad identificare le pareti in relazione alla loro contemporaneità di costruzione e quindi a definire il loro grado di connessione 87

88 Aggregati edilizi Rapporti spaziali elementari delle singole cellule murarie, nonché i rapporti, ai diversi piani, di: Regolarità, ripetizione, modularità ciò consente di distinguere le cellule originare da quelle dovute a saturazione successiva Forma e posizione delle bucature nei muri di prospetto Assialità, simmetria, ripetizione ciò consente di determinare le zone di debolezza nel percorso di trasmissione degli sforzi, nonché di rivelare le modificazioni avvenute nel tempo Disassamenti e rastremazioni delle pareti Muri poggianti in falso sui solai sottostanti 88

89 Aggregati edilizi Sfalsamento di quota tra solai contigui ciò fornisce indicazioni sia per ricercare possibili fonti di danno in rapporto ai carichi verticali e sismici, sia per affinare l interpretazione dei meccanismi di aggregazione 89

90 Aggregati edilizi Per individuare l US si terrà conto della unitarietà del comportamento strutturale di tale porzione di aggregato nei confronti dei carichi, sia statici che dinamici. E importante rilevare la tipologia costruttiva ed il permanere degli elementi caratterizzanti, in modo da indirizzare il progetto degli interventi verso soluzioni congruenti con l originaria configurazione strutturale 90

91 Aggregati edilizi L individuazione dell US va comunque eseguita caso per caso, in ragione: della forma del sistema edilizio di riferimento a cui appartiene l US (composta da una o più unità immobiliari) della qualità e consistenza degli interventi previsti e con il criterio di minimizzare la frammentazione in interventi singoli Il progettista potrà definire la dimensione operativa minima che potrà riguardare: l insieme delle unità immobiliari costituenti il sistema in alcuni casi, porzioni più o meno estese del contesto urbano. 91

92 Aggregati edilizi L US dovrà comunque avere continuità da cielo a terra per quanto riguarda il flusso dei carichi verticali Sarà delimitata da spazi aperti, da giunti strutturali, da edifici contigui costruiti, ad esempio, con tipologie strutturali diverse, o con materiali diversi, oppure in epoche diverse. 92

93 Aggregati edilizi Tra le interazioni strutturali con gli edifici adiacenti si dovranno considerare: carichi sia verticali che orizzontali, in presenza di sisma, provenienti da solai o da pareti di US adiacenti spinte di archi e volte appartenenti ad US contigue spinte provenienti da archi di contrasto o da tiranti ancorati su altri edifici. La rappresentazione dell US attraverso piante, alzati e sezioni permetterà di valutare la diffusione delle sollecitazioni e l interazione fra le US contigue. 93

94 Aggregati edilizi Oltre a quanto normalmente previsto per gli edifici non disposti in aggregato, dovranno essere valutati gli effetti di: spinte non contrastate causate da orizzontamenti sfalsati di quota sulle pareti in comune con le US adiacenti; effetti locali causati da prospetti non allineati, o da differenze di altezza o di rigidezza tra US adiacenti, azioni di ribaltamento e di traslazione che interessano le pareti nelle US di testata delle tipologie seriali (schiere) Dovrà essere considerato inoltre il possibile martellamento nei giunti tra US adiacenti 94

95 Aggregati edilizi L'analisi di una unità strutturale secondo i metodi utilizzati per edifici isolati, senza una adeguata modellazione oppure con una modellazione approssimata dell'interazione con i corpi di fabbrica adiacenti assume un significato convenzionale. Di conseguenza, si ammette che l analisi della capacità sismica globale dell'us possa essere verificata attraverso metodologie semplificate, come descritto al punto

96 Edifici misti Alcune tipologie di edifici possono essere classificate come miste. In particolare: Edifici i cui muri perimetrali siano in muratura portante e la struttura verticale interna sia rappresentata da pilastri (per es., in c.a. o acciaio) Edifici in muratura che abbiano subito sopraelevazioni, il cui sistema strutturale sia, per es., in c.a. o acciaio, o edifici in c.a. o acciaio sopraelevati in muratura; Edifici che hanno subito ampliamenti in pianta, il cui il sistema strutturale (per es., in c.a. o acciaio) sia interconnesso con quello esistente in muratura 96

97 Edifici misti Per queste situazioni è necessario prevedere modellazioni che tengano adeguatamente in considerazione le particolarità strutturali identificate. 97

98 Metodi di analisi Nella modellazione si possono considerare travi di accoppiamento in muratura quando: la trave sia efficacemente ammorsata alle pareti la trave sia sorretta da un architrave strutturalmente efficace si possa instaurare nella trave un meccanismo resistente a puntone diagonale, che richiede quindi la possibilità di equilibrarne la componente orizzontale di compressione ad esempio mediante la presenza di una catena o di un elemento resistente a trazione in prossimità della trave. 98

99 Combinazione delle componenti dell azione sismica Valgono i criteri di cui al punto

100 Contenuti 11.5 Valutazione della sicurezza di edifici in muratura Requisiti di sicurezza e criteri di verifica Dati necessari e identificazione del LC Livelli di conoscenza Valutazione della sicurezza Verifiche di sicurezza Criteri per la scelta dell intervento Progetto dell intervento Modelli di capacità per la valutazione Modelli di capacità per il rinforzo Edifici semplici 100

101 Verifiche di sicurezza Si applica quanto prescritto ai punti e per gli edifici in muratura ordinaria, con le integrazioni al punto Per gli edifici in aggregato sono in alternativa applicabili i metodi descritti al punto Sono inoltre obbligatorie le verifiche dei meccanismi locali significativi, con la finalità di garantire la sicurezza nei riguardi dello SLU Un possibile criterio di verifica è proposto in Allegato 11.C 101

102 Verifiche di sicurezza Verifica globale per edifici in aggregato Caso di solai sufficientemente rigidi 102

103 Verifiche di sicurezza Analisi della risposta 103

104 Verifiche di sicurezza Verifica globale per edifici in aggregato Caso di solai flessibili 104

105 Verifiche di sicurezza Verifica globale semplificata per edifici in aggregato Nel caso di solai sufficientemente rigidi, la verifica può essere svolta, anche per edifici con più di due piani, mediante l'analisi statica non lineare Analizzando e verificando separatamente ciascun interpiano dell'edificio, e trascurando la variazione della forza assiale nei maschi murari dovuta all'effetto dell'azione sismica. Trascurando gli effetti torsionali e ipotizzando che i solai possano solo traslare nella direzione considerata dell'azione sismica Con l'esclusione di unità strutturali d'angolo o di testata, così come di parti di edificio non vincolate o non aderenti su alcun lato ad altre unità strutturali (es. piani superiori di un edificio di maggiore altezza rispetto a tutte le US adiacenti), 105

106 Verifiche di sicurezza Verifica globale semplificata per edifici in aggregato Nel caso di solai flessibili si procederà all'analisi delle singole pareti o dei sistemi di pareti complanari che costituiscono l'edificio, ciascuna analizzata come struttura indipendente, soggetta ai carichi verticali di competenza ed all'azione del sisma nella direzione parallela alla parete In questo caso l'analisi e le verifiche di ogni singola parete seguiranno i criteri esposti ai punti e per gli edifici in muratura ordinaria di nuova costruzione, con le integrazioni riportate al punto

107 Contenuti 11.5 Valutazione della sicurezza di edifici in muratura Requisiti di sicurezza e criteri di verifica Dati necessari e identificazione del LC Livelli di conoscenza Valutazione della sicurezza Verifiche di sicurezza Criteri per la scelta dell intervento Progetto dell intervento Modelli di capacità per la valutazione Modelli di capacità per il rinforzo Edifici semplici 107

108 Criteri per la scelta dell intervento Indicazioni generali La scelta del tipo, della tecnica, dell entità e dell urgenza dell intervento dipende dai risultati della valutazione, tenendo conto degli aspetti seguenti: Murature di qualità insufficiente a sopportare le azioni verticali ed orizzontali cui sono sottoposte devono essere adeguatamente consolidate o sostituite. Collegamenti inadeguati tra solai e pareti o tra copertura e pareti devono essere resi efficaci. Sono auspicabili interventi di collegamento fra pareti confluenti in martelli murari ed angolate. Le spinte non contrastate di coperture, archi e volte devono essere ridotte o eliminate attraverso idonei dispositivi. Elementi a forte vulnerabilità sui quali non sia possibile intervenire devono essere eliminati. 108

109 Criteri per la scelta dell intervento Indicazioni generali Nel caso di edifici fortemente irregolari (in termini di resistenza e/o rigidezza), sono auspicabili interventi che correggano tale sfavorevole situazione. La trasformazione di solai flessibili in solai rigidi comporta una diversa distribuzione delle azioni agenti sulle pareti, che può rilevarsi favorevole o sfavorevole in funzione della geometria della struttura. Di ciò si dovrà adeguatamente tenere conto nella modellazione e nelle analisi. Sono sempre opportuni interventi volti a migliorare la capacità deformativa ("duttilità") di singoli elementi. È necessario verificare che l introduzione di rinforzi locali non riduca la duttilità globale della struttura. 109

110 Criteri per la scelta dell intervento Tipo di intervento Appartiene a una o a combinazione delle seguenti categorie (elenco indicativo, non esaustivo e non prescrittivo) Rinforzo, sostituzione o ricostruzione di parte degli elementi Modifica dell organismo strutturale aggiunta di nuovi elementi resistenti come, ad esempio, nuovi setti murari, controventi in acciaio, cordoli di incatenamento per strutture murarie, incatenamenti di volte o di strutture spingenti saldatura di giunti tra corpi di fabbrica, ampliamento dei giunti, eliminazione di elementi particolarmente vulnerabili, eliminazione di eventuali piani deboli, irrigidimento di solai Trasformazione di elementi non strutturali in elementi strutturali Introduzione di una protezione passiva mediante strutture di controvento dissipative e/o isolamento alla base Riduzione delle masse Limitazione o cambiamento della destinazione d uso dell edificio Demolizione parziale o totale 110

111 Criteri per la scelta dell intervento Tipo di intervento Si rimanda all Allegato 11.E per disposizioni più specifiche sui criteri relativi agli interventi di consolidamento di edifici in muratura. Se nell intervento si fa uso di materiali compositi (FRP), ai fini delle verifiche di sicurezza degli elementi rinforzati si possono adottare le Istruzioni CNR-DT 200/

112 Contenuti 11.5 Valutazione della sicurezza di edifici in muratura Requisiti di sicurezza e criteri di verifica Dati necessari e identificazione del LC Livelli di conoscenza Valutazione della sicurezza Verifiche di sicurezza Criteri per la scelta dell intervento Progetto dell intervento Modelli di capacità per la valutazione Modelli di capacità per il rinforzo Edifici semplici 112

113 Progetto dell intervento Deve comprendere i seguenti punti: scelta motivata del tipo di intervento; scelta delle tecniche e/o dei materiali; dimensionamento preliminare dei rinforzi e degli eventuali elementi strutturali aggiuntivi; analisi strutturale con i metodi ammessi al punto considerando le caratteristiche della struttura post-intervento; le verifiche della struttura post-intervento saranno eseguite: per gli elementi esistenti, riparati o rinforzati in accordo con quanto indicato ai punti successivi, ovvero, per gli elementi di nuova costruzione, in accordo alle prescrizioni valide per tali strutture; nel caso in cui l intervento consista in un isolamento alla base si seguiranno, sia per l analisi che per le verifiche, le prescrizioni di cui al capitolo

114 Contenuti 11.5 Valutazione della sicurezza di edifici in muratura Requisiti di sicurezza e criteri di verifica Dati necessari e identificazione del LC Livelli di conoscenza Valutazione della sicurezza Verifiche di sicurezza Criteri per la scelta dell intervento Progetto dell intervento Modelli di capacità per la valutazione Modelli di capacità per il rinforzo Edifici semplici 114

115 Modelli di capacità per la valutazione Si utilizzano i modelli descritti al punto 8.2.2, con le seguenti precisazioni e prescrizioni: Nel caso di analisi elastica con il fattore q, i valori di calcolo delle resistenze sono ottenuti dividendo i valori medi per i rispettivi Fattori di Confidenza e per il coefficiente parziale dei materiali. Nel caso di analisi non lineare, i valori di calcolo delle resistenze da utilizzare sono ottenuti dividendo i valori medi per i rispettivi Fattori di Confidenza 115

116 Modelli di capacità per la valutazione Per muratura ordinaria, la resistenza a taglio di calcolo per azioni nel piano di un pannello in muratura è: V t 1.5τ = l t b 0d σ τ 0d = l t l = lunghezza del pannello, t = spessore del pannello σ 0 = tensione normale media, riferita all area totale della sezione (= P/lt, con P forza assiale agente) f td e τ 0d = valori di calcolo della resistenza a trazione per fessurazione diagonale e della corrispondente resistenza a taglio di riferimento della muratura (f t = 1.5 τ 0 ) b = coefficiente correttivo legato alla distribuzione degli sforzi sulla sezione, dipendente dalla snellezza della parete. Si può assumere b = h/l, comunque non superiore a 1.5 e non inferiore a 1, dove h è l'altezza del pannello f td b σ 1+ f 0 td 116

117 Modelli di capacità per la valutazione Nel caso di analisi non lineare, lo spostamento ultimo per azioni nel piano di ciascun pannello sarà assunto pari a: 0.4% dell'altezza del pannello, nel caso di rottura per taglio 0.6% dell'altezza del pannello, nel caso di rottura per pressoflessione 117

118 Modelli di capacità per la valutazione Solai La rigidezza e la resistenza di solai in ciascuna delle due direzioni dovrà essere valutata e considerata nel modello. I solai potranno essere considerati infinitamente rigidi e resistenti nel caso in cui rispettino quanto indicato ai punti e , salvo valutazioni più accurate da parte del progettista 118

119 Contenuti 11.5 Valutazione della sicurezza di edifici in muratura Requisiti di sicurezza e criteri di verifica Dati necessari e identificazione del LC Livelli di conoscenza Valutazione della sicurezza Verifiche di sicurezza Criteri per la scelta dell intervento Progetto dell intervento Modelli di capacità per la valutazione Modelli di capacità per il rinforzo Edifici semplici 119

120 Modelli di capacità per il rinforzo I modelli utilizzati per gli elementi rinforzati, dovranno essere giustificati dal progettista. I coefficienti parziali utilizzati dovranno corrispondere ai Livelli di Conoscenza Valutazioni effettuate sulla sola base di dati di letteratura (senza ricorrere a verifiche sperimentali) comporterà l utilizzo di Fattori di Confidenza corrispondenti ad LC1 120

121 Contenuti 11.5 Valutazione della sicurezza di edifici in muratura Requisiti di sicurezza e criteri di verifica Dati necessari e identificazione del LC Livelli di conoscenza Valutazione della sicurezza Verifiche di sicurezza Criteri per la scelta dell intervento Progetto dell intervento Modelli di capacità per la valutazione Modelli di capacità per il rinforzo Edifici semplici 121

122 Edifici semplici È consentito applicare le norme semplificate 8.1.9, con il valore medio fm, diviso per FC, al posto di fk. Dopo l intervento di adeguamento, è necessario che: Le pareti ortogonali siano tra loro ben collegate I solai siano ben collegati alle pareti Tutte le aperture siano dotate di architravi dotate di resistenza flessionale Tutti gli elementi spingenti eventualmente presenti siano dotati di accorgimenti atti ad eliminare o equilibrare le spinte Tutti gli elementi, anche non strutturali, ad elevata vulnerabilità siano stati eliminati Le murature non siano a sacco o a doppio paramento, ed in generale di cattiva qualità e scarsa resistenza (es. muratura in foratoni, o con spessori chiaramente insufficienti). 122

123 Allegati Allegato 11.C ANALISI DEI MECCANISMI LOCALI DI COLLASSO IN EDIFICI ESISTENTI IN MURATURA Allegato 11.D TIPOLOGIE E RELATIVI PARAMETRI MECCANICI DELLE MURATURE Allegato 11.E CRITERI PER GLI INTERVENTI DI CONSOLIDAMENTO DI EDIFICI IN MURATURA 123

124 Allegati Allegato 11.C ANALISI DEI MECCANISMI LOCALI DI COLLASSO IN EDIFICI ESISTENTI IN MURATURA Allegato 11.D TIPOLOGIE E RELATIVI PARAMETRI MECCANICI DELLE MURATURE Allegato 11.E CRITERI PER GLI INTERVENTI DI CONSOLIDAMENTO DI EDIFICI IN MURATURA 124

125 Analisi dei meccanismi locali di collasso in edifici esistenti in muratura Analisi cinematica lineare Analisi cinematica non lineare Legame: moltiplicatore α - spostamento generalizzato Valutazione della curva di capacità (oscillatore equivalente) Verifiche di sicurezza Stato limite di danno (SLD) Stato limite ultimo (SLU) Verifica semplificata con fattore di struttura q (analisi cinematica lineare) Verifica mediante spettro di capacità (analisi cinematica non lineare) 125

126 Analisi dei meccanismi locali di collasso in edifici esistenti in muratura Spesso avvengono collassi parziali per perdita dell'equilibrio di porzioni murarie La verifica ha senso se la parete è monolitica, senza collassi puntuali per disgregazione della muratura Meccanismi locali si verificano per azioni perpendicolari al piano nel caso di sistemi ad arco, anche per azioni nel piano 126

127 Analisi dei meccanismi locali di collasso in edifici esistenti in muratura Le verifiche si svolgono con l analisi limite dell equilibrio, secondo l approccio cinematico Questo si basa su: scelta del meccanismo di collasso valutazione dell azione orizzontale che attiva tale cinematismo. 127

128 Analisi dei meccanismi locali di collasso in edifici esistenti in muratura Scelta del meccanismo di collasso in base a: comportamento sismico di strutture analoghe già danneggiate dal terremoto presenza di eventuali stati fessurativi Tenendo inoltre presente: qualità della connessione tra le pareti murarie tessitura muraria presenza di catene interazioni con altri elementi della costruzione interazioni con gli edifici adiacenti 128

129 Analisi dei meccanismi locali di collasso in edifici esistenti in muratura Obiettivo: determinare l andamento dell azione orizzontale che la struttura è in grado di sopportare all evolversi del meccanismo Fino all annullamento di ogni capacità di sopportare azioni orizzontali (α=0) Tale curva è espressa attraverso: un moltiplicatore α rapporto tra le forze orizzontali applicate ed i corrispondenti pesi delle masse presenti lo spostamento dk di un punto di riferimento usualmente scelto in prossimità del baricentro delle masse 129

130 Analisi dei meccanismi locali di collasso in edifici esistenti in muratura Passi per ogni meccanismo locale: trasformare nella curva di capacità di un sistema equivalente ad un grado di libertà definire la capacità di spostamento ultimo del meccanismo locale confrontare con la domanda di spostamento richiesta dall azione sismica 130

131 Analisi dei meccanismi locali di collasso in edifici esistenti in muratura Più in dettaglio: Trasformazione di una parte della costruzione in un sistema labile (catena cinematica) individuazione di corpi rigidi, definiti da piani di frattura ipotizzabili per la scarsa resistenza a trazione della muratura, in grado di ruotare o scorrere tra loro (meccanismo di danno e collasso) Valutazione del moltiplicatore orizzontale dei carichi α 0 che comporta l attivazione del meccanismo (SLD) Costruzione della curva α-d k Trasformazione in curva di capacità accelerazione spettrale a* spostamento spettrale d* con spostamento ultimo per collasso del meccanismo (SLU) Verifiche di sicurezza, attraverso il controllo della compatibilità degli spostamenti e/o delle resistenze richieste alla struttura. 131

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