Ricostruzione post sisma: analisi di vulnerabilità degli edifici esistenti e adeguamento al 60% della sicurezza richiesta ad un edificio nuovo

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1 Ricostruzione post sisma: analisi di vulnerabilità degli edifici esistenti e adeguamento al 60% della sicurezza richiesta ad un edificio nuovo 2S.I. s.r.l. Ing. Gennj Venturini Sommario Cenni sulla modellazione Edifici in calcestruzzo Analisi di vulnerabilità degli edifici esistenti Interventi locali e globali su edifici non progettati con criteri antisismici; applicazione delle linee guida Reluis Adeguamento al 60% della sicurezza richiesta ad un edificio nuovo Edifici in muratura: analisi di vulnerabilità degli edifici esistenti 2 1

2 Decreto legge 74 del 06/06/2012 Interventi urgenti in favore delle popolazioni colpite dagli eventi sismici che hanno interessato il territorio delle province di Bologna, Modena, Ferrara, Mantova, Reggio Emilia e Rovigo, il 20 e il 29 maggio 2012 Convertito con modificazioni in legge 122/ Comuni interessati Agibili (non hanno diritto a contributi) Civili abitazioni Livello operativo B o C Ordinanza 12/2013 E0 Ordinanza 13/2013 Livello operativo E E1, E2, E3 Ordinanza 14/2013 Legge ER 122/2012 Produttivi Edifici pubblici/patrimonio artistico Scuole Prefabbricati e strutture con carenze fase 1 + fase 2 Produttivi con struttura priva di carenze fase 1: Ordinanza 23/2013 fase 2: Ordinanza 15/2013 Con danni Ordinanza n.15/2013 Senza danni (mantiene l agibilità) 4 Quadro normativo al 15/03/2013 2

3 Civili abitazioni Livello operativo A (agibile) Livello operativo B o C Livello operativo E Ordinanza 12/2013 (Entro il 30/06/2013) Per determinare se è E0, E1, E2 o E3 è necessario valutare fa,slv con PRO_SAP (o con metodi semplificati per edifici in muratura) Fissa le tempistiche, le modalità e i contributi massimi al mq. Sono sufficienti interventi locali di riparazione o miglioramento, calcolabili con PRO_SAP e suoi moduli E0 Ordinanza 13/2013 (entro il 31/12/2013) Adeguamento al 60% con PRO_SAP E1, E2, E3 Ordinanza 14/2013 (entro il 31/12/2013) Adeguamento al 60% con PRO_SAP Produttivi Prefabbricati e strutture con carenze fase 1 + fase 2 Produttivi non prefabbricati o con struttura priva di carenze Fase 1: Ordinanza 23/2013 Fase 2: per determinare entro quanti anni fare l adeguamento al 60% è necessario valutare il fattore di accelerazione fa,slv con PRO_SAP Con danni Ordinanza n.15/2013 Per il calcolo dei collegamenti è possibile usare PRO_SAFE Contributi pari al 70% del costo degli interventi Adeguamento al 60% con PRO_SAP Adeguamento al 60% con PRO_SAP Senza danni (mantiene l agibilità) 5 Quadro normativo al 15/03/2013 Civili abitazioni Per determinare il livello operativo è necessario il valore fa,slv che può essere valutato con PRO_SAP (nel seguito vedremo come) oppure, ma solo per edifici in muratura, con metodi semplificati dati dalla D.P.C.M 9 febbraio

4 Civili abitazioni Si riporta uno stralcio della DPCM 9 febbraio Per la valutazione semplificata della sicurezza è necessario determinare la massa sismica dell edifico, la % di massa eccitata dal primo modo di vibrare, l area resistente a taglio dei pannelli in direzione X e Y, la posizione del baricentro delle rigidezze. 7 Civili abitazioni Una volta determinato il valore fa,slv è possibile individuare il livello operativo grazie alle ordinanze 12, 13 e 14 che sono state automatizzate nel programma DL74_RE 8 4

5 Edifici produttivi Il decreto legge 6 giugno 2012, n. 74 (convertito con modificazioni in legge 122/2012) prevede 2 fasi di intervento: Una prima fase con rilascio di certificato di agibilità sismica provvisoria da fare entro 6 mesi (posticipato a giugno 2013) Una seconda fase con adeguamento sismico al 60% da fare con un tempo variabile dai 4 agli 8 anni in funzione della vulnerabilità 9 Legge 122/2012 Prima fase Il certificato di agibilità sismica potrà essere rilasciato in assenza delle carenze strutturali di seguito precisate, o eventuali altre carenze prodotte dai danneggiamenti e individuate dal tecnico incaricato, o dopo che tali carenze siano state adeguatamente risolte: Mancanza di collegamenti tra elementi strutturali verticali e elementi strutturali orizzontali e tra questi ultimi Presenza di elementi di tamponatura prefabbricati non adeguatamente ancorati alle strutture principali Presenza di scaffalature non controventate portanti materiali pesanti che possano, nel loro collasso, coinvolgere la struttura principale causandone il danneggiamento e il collasso Danni alle strutture 10 5

6 Interventi locali su edifici non progettati con criteri antisismici Gli interventi locali su edifici prefabbricati si dividono in 3 gruppi: Interventi volti ad evitare crisi per perdita di appoggio Interventi per evitare il collasso di elementi di tamponatura prefabbricati non adeguatamente ancorati alle strutture principali Interventi su elementi strutturali verticali danneggiati o carenti 11 Applicazione delle linee guida Reluis: PRO_SAFE Gli edifici industriali realizzati con elementi prefabbricati in assenza di progettazione sismica presentano generalmente connessioni tra gli elementi prive di dispositivi meccanici capaci di garantire il trasferimento degli sforzi in regime dinamico. Tale circostanza rende tali strutture assai sensibili ai fenomeni di perdita di appoggio Calcolo spostamenti da spettro Per la valutazione dello STATO LIMITE DI PERDITA DI APPOGGIO vengono fornite due procedure, semplificate, che non necessitano di un modello tridimensionale, per la valutazione degli spostamenti relativi che possono essere indotti dalle azioni sismiche tra le sommità dei pilastri Calcolo spostamenti da capacità 12 6

7 Applicazione delle linee guida Reluis: PRO_SAFE Definizione delle caratteristiche del prefabbricato 13 Applicazione delle linee guida Reluis: PRO_SAFE Definizione zonazione sismica 14 7

8 Applicazione delle linee guida Reluis: PRO_SAFE Definizione interventi 15 Applicazione delle linee guida Reluis: PRO_SAFE Relazione di calcolo 16 8

9 Legge 122/2012 In analogia a quanto disposto in occasione di precedenti eventi sismici che hanno interessato vaste porzioni del territorio nazionale, il livello di sicurezza dovrà essere definito in misura pari almeno al 60% della sicurezza richiesta ad un edificio nuovo. Tale valore dovrà essere comunque raggiunto nel caso si rendano necessari interventi di miglioramento sismico. Gli interventi eventualmente richiesti per il conseguimento del miglioramento sismico dovranno essere eseguiti entro 4-8 anni. 17 Legge 122/2012 Per completare la seconda fase degli edifici produttivi e per le abitazioni sarà necessario realizzare un intervento di Adeguamento sismico con: 60% di ag le verifiche (N/M, V/T, ) devono risultare <

10 Determinazione di fa,slv Per determinare fa,slv è sufficiente realizzare il modello dello stato di fatto ed identificare il livello di sicurezza, cioè la % di azione sismica che è in grado di sopportare effettuando la verifica dell edificio esistente. 19 Definizione delle normative Con PRO_SAP è possibile effettuare le verifiche di edifici esistenti in ottemperanza al cap. 8 delle NTC

11 Modellazione Prima di iniziare la modellazione con PRO_SAP è necessario effettuare la Caratterizzazione dei materiali, della geometria e dei dettagli strutturali La normativa definisce 3 diversi livelli di conoscenza (limitata adeguata e accurata) funzione del numero di prove e dei dettagli strutturali a disposizione del progettista. Il livello di conoscenza determina il metodo di analisi e i fattori di confidenza da adottare. 21 Livelli di conoscenza 22 11

12 Archivio dei materiali Nell archivio dei materiali è necessario inserire i valori medi che derivano dalle prove (o i valori usuali dell epoca). I valori dei coefficienti di sicurezza e dei fattori di confidenza vengono utilizzati in automatico dal programma in fase di verifica. Per quanto riguarda l acciaio, è possibile assegnare le caratteristiche nei criteri di progetto. 23 Archivio delle sezioni Sulla base del rilievo, sarà possibile assegnare l archivio delle sezioni

13 Esempio di modellazione Nella modellazione di edifici prefabbricati bisogna considerare che ai tegoli e alle travi, l azione del sisma non modifica le sollecitazioni, in quanto si tratta di elementi isostatici (a meno che non ci siano grandi luci per le quali considerare il sisma verticale). Nell'esempio riportato: - modellazione dei tegoli con travi a sezione a pi-greco svincolate alle estremità a M3 - Modellazione delle travi a sezione variabile con 2 alternative: trave a sezione variabile con fili fissi e pilastrini rigidi, oppure elementi D3. 25 Esempio di modellazione La modellazione dei pilastri prevede l input del materiale, della sezione e delle armature. Con gli «schemi armatura» è possibile assegnare le armature longitudinali e trasversali. In fondazione è possibile assegnare degli incastri, oppure dei plinti

14 Definizione dell azione sismica L input dei casi di carico sismici avviene attraverso le consuete finestre Al passo 1 è attiva la casella che consente di specificare il livello di conoscenza e il fattore di confidenza per l edificio 27 Definizione dell azione sismica Di fondamentale importanza è la definizione del fattore di struttura q: Per gli edifici in c.a. PRO_SAP stabilisce il tipo di verifica in funzione del valore di q assegnato al passo 3. In questo primo esempio assegneremo q=1,5 quindi il programma applicherà le verifiche del paragrafo C

15 Combinazioni - paragrafo Controllo spostamenti SLD-SLO C Verifiche in termini di contenimento del danno Attivare una combinazione SLE (SLD o SLO) Attivare deformazioni sismica 1000/H (per strutture a pilastri) Attivare deformazioni sismica 1000/H (nodi) (per strutture a pareti, rendendo visibili solo i nodi che appartengono agli implacati) cliccando il bottone MAX il programma si posiziona nella combinazione con il valore massimo 30 15

16 Controllo spostamenti SLD-SLO 31 Controllo spostamenti SLD 32 16

17 Controllo spostamenti SLD Ad esempio: per una struttura che ha tamponamenti collegati rigidamente alla struttura che interferiscono con la deformabilità, la verifica SLD è ok se Sismica 1000/H < 5 per una struttura che ha tamponamenti collegati rigidamente alla struttura che interferiscono con la deformabilità, la verifica SLO è ok se Sismica 1000/H < 3,33 33 Metodi di analisi C Metodi di analisi e criteri di verifica Gli effetti dell azione sismica, possono essere valutati con uno dei metodi di cui al 7.3 delle NTC, con le seguenti precisazioni. Ai fini delle verifiche di sicurezza, gli elementi strutturali vengono distinti in duttili e fragili. La classificazione degli elementi/meccanismi nelle due categorie è fornita in C per le costruzioni in c.a. e in C per le costruzioni in acciaio. I fattori di confidenza indicati nella Tabella C8A.1 servono a un duplice scopo: a) per definire le resistenze dei materiali da utilizzare nelle formule di capacità degli elementi duttili e fragili; le resistenze medie, ottenute dalle prove in situ e dalle informazioni aggiuntive, sono divise per i fattori di confidenza; b) per definire le sollecitazioni trasmesse dagli elementi duttili a quelli fragili; a tale scopo, le resistenze medie degli elementi duttili, ottenute dalle prove in situ e dalle informazioni aggiuntive, sono moltiplicate per i fattori di confidenza. Analisi statica lineare con fattore q Analisi lineare con spettro elastico Analisi statica non lineare (pushover) 34 17

18 Analisi lineare con fattore q 35 Analisi lineare con fattore q È il metodo di verifica più semplice. I controlli da effettuare sono analoghi a quelli per gli edifici nuovi. L unica differenza rispetto agli edifici nuovi è che è necessario inserire le armature. Consente di utilizzare lo spettro di progetto che si ottiene dallo spettro elastico riducendone le ordinate per il fattore di struttura q, il cui valore è scelto nel campo fra 1.5 e 3.0 sulla base della regolarità nonché sui tassi di lavoro dei materiali sotto le azioni statiche. Nel caso di uso del fattore di struttura, tutti gli elementi strutturali devono soddisfare la condizione che la sollecitazione indotta dall azione sismica ridotta sia inferiore o uguale alla corrispondente resistenza. Tutti gli elementi strutturali fragili devono, invece, soddisfare la condizione che la sollecitazione indotta dall azione sismica ridotta per q = 1.5 sia inferiore o uguale alla corrispondente resistenza (è necessario fare girare il modello assegnando q=1.5). Lo Stato Limite di Collasso (SLC) non può essere verificato con l impiego del fattore di struttura q (paragrafo C circolare DM 14/1/2008)

19 Analisi lineare con fattore q Per fare eseguire le analisi, dopo aver fatto girare il modello, bisogna selezionare: Contesto esecuzione progettazione da schemi armatura (così vengono memorizzati gli schemi) poi Contesto esecuzione progettazione verifica edificio esistente (così vengono fatte le verifiche) 37 Verifica edificio esistente con q=1,5 Gli elementi strutturali devono risultare verificati. Al termine della verifica, è necessario eseguire i seguenti controlli: TRAVI PILASTRI DUTTILI N/M 1.5<q<3 FRAGILI Verifica V/T cls Verifica V/T acciaio q=1.5 DUTTILI N/M 1.5<q<3 Verifica sismica N FRAGILI Verifica V/T cls Verifica V/T acciaio Verifica nodi q=1.5 Nel caso di verifica con fattore di struttura q non sarà attivo il menu verifica esistenti in quanto la normativa impone SOLO verifiche di resistenza. L unica verifica disponibile sarà la Verifica Nodi

20 Verifica edificio esistente con q=1,5 I controlli da effettuare sono quindi: 39 Verifica edificio esistente con q=1,5 Nelle verifiche di resistenza il programma tiene automaticamente conto dei Fattori di Confidenza assegnati al modello. Travi Verifica N/M rappresenta la verifica a pressoflessione delle travi (ok se < 1) Travi Verifica V/T lato calcestruzzo rappresenta la verifica a taglio lato calcestruzzo (ok se < 1) Travi Verifica V/T lato acciaio rappresenta la verifica a taglio lato acciaio (ok se < 1) Pilastri Verifica N/M rappresenta la verifica a pressoflessione dei pilastri (ok se < 1) Pilastri Verifica sismica N rappresenta la verifica prevista al paragrafo con resistenza ridotta del 30% (ok se < 1) Pilastri Verifica V/T cls rappresenta la verifica a taglio lato calcestruzzo (ok se < 1) Pilastri Verifica V/T acciaio rappresenta la verifica a taglio lato acciaio (ok se < 1) D3 c.l.s. s.l. Verifica N/M rappresenta la verifica a pressoflessione dei D3 (ok se < 1) 40 20

21 Verifica edificio esistente con q=1,5 Verifica nodi (OK se <1) La norma (C )prevede la verifica dei nodi non confinati secondo una verifica a trazione e compressione diagonale. 41 Verifica edificio esistente con q=1,5 Verifica nodi (OK se <1) La resistenza è legata solo al tipo di calcestruzzo, mentre la sollecitazione è legata anche all armatura longitudinale presente nella trave: la verifica è molto penalizzante

22 Intervento di miglioramento sismico Con PRO_SAP è possibile calcolare automaticamente il livello di ag per cui l edificio risulta verificato (PGA). Questo valore sarà una quota parte di ag (SLV), compresa tra 0,1 (PGA bassa) e 1 (PGA=ag). Con le impostazioni riportate verranno eseguite le verifiche con ag variabile tra 0.1 (10% azione sismica) e 1 (100% azione sismica) 43 Scansione automatica E possibile visualizzare tutte le verifiche per ogni livello di ag considerato sia per edifici in cemento armato che per edifici in muratura La scansione automatica ha effetto solo sulle MAPPE DI COLORE. In relazione vengono stampate le verifiche relative all accelerazione intera (100% ag) e anche lo stato di progetto dipende dalla ag della zona sismica (disponibile al passo1). È possibile controllare le singole verifiche (N/M, V/T, ) e i valori in mappa sono disponibili per tutti gli step di accelerazione indagati. L accelerazione sismica è disponibile al passo 1 della definizione delle masse sismiche

23 Scansione automatica A questo punto è sufficiente: 1. attivare «Sismica Esist.» 2. controllare le mappe di colore delle singole verifiche. 3. Scorrere con le frecce finché si determina il valore massimo dell accelerazione che fa risultare tutte le verifiche soddisfatte (< 1, ad esempio 0,4 ag). 4. Nel menu preferenze normative disabilitare la scansione automatica. 5. Fare un passo indietro nel contesto «assegnazione carichi» e nella definizione della pericolosità sismica assegnare la percentuale del livello di sicurezza appena determinata (ad esempio 40%) 6. Rieseguire le analisi, la verifica degli schemi e la verifica edificio esistente: la struttura deve risultare verificata. 45 Determinazione fa,slv Con la procedura appena descritta si determina il rapporto tra l accelerazione al suolo che porta al raggiungimento dello Stato Limite di salvaguardia della Vita (aslv) e quella corrispondente al periodo di ritorno di riferimento (ag,slv), ad esempio se con il 40% dell azione l edificio risulta verificato fa,slv = 0,

24 Adeguamento sismico al 60% Per la fase 2 degli edifici produttivi e per gli edifici civili, sarà necessario fare un adeguamento sismico al 60%, realizzare cioè il modello dello stato di progetto con gli interventi di adeguamento, nella definizione della pericolosità sismica assegnare un livello di sicurezza pari al 60% e assicurarsi che l edificio risulti verificato. 47 Interventi di adeguamento e miglioramento Edifici in C.A. Incamiciatura in c.a. [C8A.7.1] Incamiciatura in acciaio [C8A.7.2] Placcatura e fasciatura in materiali compositi (FRP) [C8A.7.3] Edifici in muratura Iniezioni di miscele e leganti [C8A.2] Intonaco armato [C8A.2] Placcatura e fasciatura in materiali compositi [C8A.5] 48 24

25 Incamiciatura in CA e acciaio Per realizzare una incamiciatura in c.a. è sufficiente assegnare nell archivio delle sezioni la sezione maggiorata. Le verifiche devono risultare < 0,9 L incamiciatura in acciaio sarà disponibile a breve. 49 Placcatura e fasciatura con FRP Con PRO_VLim è possibile applicare fibrorinforzi alle sezioni in c.a. Dal contesto «assegnazione dati di progetto» è sufficiente selezionare il pilastro da verificare con lo strumento di controllo, poi selezionare «genera esecutivi verifica sezione» 50 25

26 Placcatura e fasciatura con FRP 51 Esempio n 1 Sezione rettangolare inflessa- Definizione della sezione e dei materiali Gestione archivio materiali (Cls, acciaio, FRP) E possibile gestire anche l acciaio preteso 26

27 Esempio n 1 Sezione rettangolare inflessa- Definizione della sezione e dei materiali Gestione archivio materiali Deformazione caratteristica a rottura: ε fk Tensione caratteristica di rottura: f fk Esempio n 1 Sezione rettangolare inflessa- Prima dell intervento: Mx,u= knm Sezione del dominio 3d per Mxu/Myu assegnato Dominio d interazione M-N 3d Sezione del dominio 3d per Nu assegnato 27

28 Esempio n 1 Sezione rettangolare inflessa- Dopo dell intervento: Mx,u=141.9 knm +19.5% Sezione del dominio 3d per Mxu/Myu assegnato Allargamento del dominio Dominio d interazione M-N 3d Sezione del dominio 3d per Nu assegnato Interventi sulle murature La norma prevede i seguenti interventi sulle murature: 56 28

29 Caratteristiche delle murature Nel caso in cui la muratura presenti caratteristiche migliori rispetto ai suddetti elementi di valutazione, le caratteristiche meccaniche saranno ottenute, a partire dai valori di Tabella C8A.2.1, applicando coefficienti migliorativi fino ai valori indicati nella Tabella C8A.2.2, secondo le seguenti modalità: - malta di buone caratteristiche: si applica il coefficiente indicato in Tabella C8A.2.2, diversificato per le varie tipologie, sia ai parametri di resistenza (fm e τ0), sia ai moduli elastici (E e G); - giunti sottili (< 10 mm): si applica il coefficiente, diversificato per le varie tipologie, sia ai parametri di resistenza (fm eτ0), sia ai moduli elastici (E e G); nel caso della resistenza a taglio l incremento percentuale da considerarsi è metà rispetto a quanto considerato per la resistenza a compressione; nel caso di murature in pietra naturale è opportuno verificare che la lavorazione sia curata sull intero spessore del paramento. - presenza di ricorsi (o listature): si applica il coefficiente indicato in tabella ai soli parametri di resistenza (fm e τ0); tale coefficiente ha significato solo per alcune tipologie murarie, in quanto nelle altre non si riscontra tale tecnica costruttiva; - presenza di elementi di collegamento trasversale tra i paramenti: si applica il coefficiente indicato in tabella ai soli parametri di resistenza (fm e τ0); tale coefficiente ha significato solo per le murature storiche, in quanto quelle più recenti sono realizzate con una specifica e ben definita tecnica costruttiva È necessario inserirli nell archivio materiali 57 Interventi sulle murature In presenza di murature consolidate, o nel caso in cui si debba valutare la sicurezza dell edificio rinforzato, è possibile valutare le caratteristiche meccaniche per alcune tecniche di intervento, attraverso i coefficienti indicati in Tabella C8A.2.2, secondo le seguenti modalità: - consolidamento con iniezioni di miscele leganti: si applica il coefficiente indicato in tabella, diversificato per le varie tipologie, sia ai parametri di resistenza (fm e τ0), sia ai moduli elastici (E e G); nel caso in cui la muratura originale fosse stata classificata con malta di buone caratteristiche, il suddetto coefficiente va applicato al valore di riferimento per malta di scadenti caratteristiche, in quanto il risultato ottenibile attraverso questa tecnica di consolidamento è, in prima approssimazione, indipendente dalla qualità originaria della malta (in altre parole, nel caso di muratura con malta di buone caratteristiche, l incremento di resistenza e rigidezza ottenibile è percentualmente inferiore); - consolidamento con intonaco armato: per definire parametri meccanici equivalenti è possibile applicare il coefficiente indicato in tabella, diversificato per le varie tipologie, sia ai parametri di resistenza (fm e τ 0), sia ai moduli elastici (E e G); per i parametri di partenza della muratura non consolidata non si applica il coefficiente relativo alla connessione trasversale, in quanto l intonaco armato, se correttamente eseguito collegando con barre trasversali uncinate i nodi delle reti di armatura sulle due facce, realizza, tra le altre, anche questa funzione. Nei casi in cui le connessioni trasversali non soddisfino tale condizione, il coefficiente moltiplicativo dell intonaco armato deve essere diviso per il coefficiente relativo alla connessione trasversale riportato in tabella; - consolidamento con diatoni artificiali: in questo caso si applica il coefficiente indicato per le murature dotate di una buona connessione trasversale. PRO_SAP li applica in automatico 58 29

30 Interventi di riparazione Nell archivio dei materiali è possibile specificare il materiale e il tipo di intervento effettuato attraverso la casella «consolidato» SI 59 Interventi sulle murature Il programma consente di applicare gli interventi di consolidamento previsti dalla norma e amplifica le caratteristiche del materiale in automatico

31 Interventi sulle murature 61 Grazie per l attenzione 62 31