COMUNE DI AVEZZANO. Provincia di L'Aquila

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1 COMUNE DI AVEZZANO Provincia di L'Aquila VERIFICA DI VULNERABILITA' SISMICA DI UN FABBRICATO DI PROPRIETA' DELL'AMMINISTRAZIONE COMUNALE DI AVEZZANO SEDE DEGLI UFFICI TECNICI UBICATO IN PIAZZA DELLA REPUBBLICA Foglio 30 - Mappale RELAZIONE DI SINTESI COMUNE DI AVEZZANO R E L 0 4

2 RELAZIONE DI SINTESI Ing. Giancarlo Gallese Pag. 1

3 SOMMARIO 1 PREMESSA MODELLAZIONE ADOTTATA PRINCIPALI PARAMETRI DI CALCOLO SINTESI DEI RISULTATI ANALISI STATICA PER CARICHI VERTICALI ANALISI STATICA NON LINEARE (PUSHOVER) INTERVENTI PROPOSTI PER LA MITIGAZIONE DELLA VULNERABILITÀ SISMICA TEMPO DI INTERVENTO STRATEGIA DI INTERVENTO ANALISI DEI COSTI CLASSIFICAZIONE SISMICA...15 Ing. Giancarlo Gallese Pag. 2

4 1 PREMESSA La presente Relazione è una sintesi della Relazione Conclusiva, redatta per una rapida lettura dei risultati ottenuti nella complessa procedura effettuata per la determinazione dell indice di rischio. Si rimanda alla Relazione suddetta ed ai relativi allegati per maggiori approfondimenti. L edificio oggetto della verifica è una struttura mista muratura cemento armato. A livello normativo, le indicazioni relative alle strutture miste non scendono nel dettaglio dell utilizzo dell analisi non lineare perché, più specificatamente, anche in presenza di crisi anticipate su elementi in c.a. non viene indicata la condizione per la quale si debba considerare la struttura non più capace di resistere nel suo complesso. La logica riconosciuta ed accettata per lo studio in questione è quella di utilizzare il criterio indicato dalla normativa per gli edifici in muratura, ossia di proseguire l analisi non lineare fino a quando non si verifica un decremento del taglio resistente alla base superiore al 20%. Facendo corrispondere la condizione di collasso dell edificio con quella del singolo elemento non risulterebbe possibile investigare il comportamento dell edificio anche in ambito non lineare. In una struttura mista come quella oggetto del presente studio, i contributi principali al taglio globale resistente sono offerti dai setti in muratura; eventuali crisi, anche di tipo fragile, degli elementi in cemento armato passano in secondo piano rispetto a quelle dei setti in muratura, poiché la perdita del contributo conseguente alla loro crisi in termini di resistenza globale risulta minimo e quindi difficilmente determinante per la stabilità complessiva della struttura. In fase di programmazione degli interventi risulterà comunque prioritaria la correzione dell innesco delle rotture di tipo fragile. Ing. Giancarlo Gallese Pag. 3

5 1.1 MODELLAZIONE ADOTTATA Il software utilizzato per le analisi è il 3DMacro, avanzato strumento di analisi statica non lineare basato sul macro-elemento, originariamente proposto da una unità di ricerca dell Università di Catania nel 2004 e successivamente potenziato con la partecipazione di Gruppo Sismica. Figura 16-17: Vista assonometrica del modello di calcolo: geometrico e computazionale. Pannelli e pareti murarie I pannelli murari vengono modellati mediante un macro-elemento capace di modellare il comportamento nel piano della muratura cogliendo in modo distinto tutti i meccanismi di collasso: meccanismo di rottura flessionale (rocking), rottura a taglio per fessurazione diagonale e rottura a taglio per scorrimento. Si tratta di un modello meccanico equivalente costituito da un quadrilatero articolato i cui vertici sono collegati da molle diagonali non-lineari e i cui lati rigidi interagiscono con i lati degli altri macro-elementi mediante delle interfacce discrete con limitata resistenza a trazione. Figura 18: Interazione tra un pannello e gli elementi limitrofi mediante letti di molle. Ing. Giancarlo Gallese Pag. 4

6 Le pareti murarie vengono modellate mediante assemblaggio di più macro-elementi. Ciascun pannello murario, maschio o fascia di piano, può essere modellato con un singolo macroelemento, oppure utilizzando una mesh più fitta di questi per descrivere meglio i meccanismi di danno. Figura 22: Modellazione di una parete piana. Ing. Giancarlo Gallese Pag. 5

7 1.2 PRINCIPALI PARAMETRI DI CALCOLO Si riportano di seguito i parametri di calcolo adottati in termini di dati di input. Tabella 19: Dati generici di input. DATI GENERALI DI INPUT Tipo di Costruzione Opera Ordinaria Vita nominale 50 anni Classe d'uso IV Coefficiente d'uso 2 Vita di riferimento 100 anni Categoria di sottosuolo S2 Livello di conoscenza LC 2 Fattore di confidenza 1,20 Per il sito in questione è stato effettuato uno studio di risposta sismica locale, pertanto come input sismico viene utilizzato lo spettro riportato nella Relazione di risposta sismica locale redatta dalla Dott.ssa Geol. Camilla Di Bastiano. Figura 32: Confronto tra lo spettro medio e lo spettro di risposta normalizzato, con gli spettri di normativa. Tabella 20: Parametri dello spettro normalizzato. Ing. Giancarlo Gallese Pag. 6

8 2 SINTESI DEI RISULTATI 2.1 ANALISI STATICA PER CARICHI VERTICALI I risultati di questa analisi evidenziano la crisi a taglio di alcuni elementi in C.A. in corrispondenza delle combinazioni fondamentali SLU. Gli elementi che non verificano a taglio sono alcuni pilastri; il non soddisfacimento della verifica è legata all elevato passo delle staffe riscontrato in situ, che per alcuni elementi supera i 50 cm. Figura 34: Verifica a taglio aste in c.a. per carichi verticali. Nonostante la presenza di elementi non verificati ai soli carichi verticali si procede comunque alla valutazione dei risultati a seguito di un analisi statica non lineare (Pushover); ciò in virtù del fatto che le verifiche gravitazionali effettuate si riferiscono ad una condizione di Stato Limite Ultimo e non a condizioni di esercizio. Effettuando la verifica in termini di resistenza attraverso un analisi ai soli carichi gravitazionali, tenendo però conto dei coefficienti parziali di sicurezza relativi agli Stati Limite di Esercizio (SLE), gli elementi sono tutti verificati. Ing. Giancarlo Gallese Pag. 7

9 2.2 ANALISI STATICA NON LINEARE (PUSHOVER) Il calcolo della risposta della struttura viene eseguito mediante analisi statiche non lineari di tipo incrementale, nelle quali il carico viene applicato per passi successivi. Alla fine di ciascun passo lo stato del modello viene aggiornato a seguito di eventi plastici (ossia del danneggiamento della struttura). In particolare vengono eseguite delle analisi Pushover che consistono nell applicare una combinazione di carichi verticali e successivamente una distribuzione di carichi orizzontali, costante in forma e con intensità crescente fino al collasso della struttura. La valutazione della sicurezza è eseguita con riferimento ai soli SLU rispetto alla condizione di salvaguardia della vita umana (SLV), come consentito dal punto 8.3 delle NTC08. La verifica sismica della struttura consiste nel confrontare l impegno richiesto, in termini di spostamento, dal sisma di progetto con la capacità disponibile della struttura, in corrispondenza del raggiungimento dello stato limite considerato (SLV), per il quale lo spostamento del punto di controllo corrispondente ad una riduzione della resistenza pari al 20% del massimo. Figura 66: Stima della vulnerabilità "Pushover -Y Acc - e". Per quantificare il rapporto tra la capacità e la domanda viene utilizzato un parametro noto come indicatore di rischio, definito come il rapporto tra l accelerazione orizzontale massima su sito di riferimento rigido orizzontale che può essere sostenuta dall edificio, in riferimento allo stato limite considerato, e l accelerazione orizzontale massima su sito di riferimento rigido orizzontale che ha una probabilità di essere superata, definita in base allo stato limite considerato Ing. Giancarlo Gallese Pag. 8

10 (probabilità di superamento pari al 10% per SLV), in un tempo pari al periodo di riferimento dell opera. Nella figura seguente vengono riportati lo spettro di normativa e lo spettro ricavato dalla risposta sismica locale. Per lo spettro di normativa si è fatto riferimento ad una categoria di sottosuolo C, nella quale ricadrebbe il sito (classificazione in base al parametro Vs30) se non si fosse in presenza di terreni suscettibili a liquefazione, e ad una categoria topografica T1. (a) Andamento degli spettri. (b) Zoom in corrispondenza dell attacco degli spettri. Figura 67: Confronto tra gli spettri SLV: classe d uso IV. In presenza della risposta sismica locale, per stimare l accelerazione su suolo rigido orizzontale (definita in seguito solo come ag oppure PGA su suolo rigido orizzontale) si utilizza il Ing. Giancarlo Gallese Pag. 9

11 coefficiente S pari a 1,248, definito dalla normativa in funzione della pericolosità del sito, della categoria di sottosuolo e della categoria topografica. Il valore di ag stimato corrisponde pertanto a 0,337 g. Di seguito si riporta la tabella relativa ai valori degli indici di rischio per tutte le distribuzioni di forze. Il valore minimo dell indice definisce l indice di vulnerabilità per lo Stato Limite considerato (SLV). Tabella 30: Valori degli indicatori di rischio in termini di PGA su suolo rigido orizzontale. Analisi Stato limite Richiesta Capacità a g [g] a g [g] α Pushover +X Massa SLV 0,337 0,241 0,715 Pushover -X Massa SLV 0,337 0,473 1,404 Pushover +Y Massa SLV 0,337 0,521 1,546 Pushover -Y Massa SLV 0,337 0,228 0,677 Pushover +X Acc SLV 0,337 0,226 0,671 Pushover -X Acc SLV 0,337 0,332 0,985 Pushover +Y Acc SLV 0,337 0,198 0,588 Pushover -Y Acc SLV 0,337 0,151 0,448 Pushover +X Massa +e SLV 0,337 0,264 0,783 Pushover -X Massa +e SLV 0,337 0,354 1,050 Pushover +Y Massa +e SLV 0,337 0,364 1,080 Pushover -Y Massa +e SLV 0,337 0,276 0,819 Pushover +X Acc +e SLV 0,337 0,225 0,668 Pushover -X Acc +e SLV 0,337 0,344 1,021 Pushover +Y Acc +e SLV 0,337 0,160 0,475 Pushover -Y Acc +e SLV 0,337 0,211 0,626 Pushover +X Massa -e SLV 0,337 0,249 0,739 Pushover -X Massa -e SLV 0,337 0,602 1,786 Pushover +Y Massa -e SLV 0,337 0,478 1,418 Pushover -Y Massa -e SLV 0,337 0,206 0,611 Pushover +X Acc -e SLV 0,337 0,240 0,712 Pushover -X Acc -e SLV 0,337 0,334 0,991 Pushover +Y Acc -e SLV 0,337 0,183 0,543 Pushover -Y Acc -e SLV 0,337 0,147 0,436 L indice di vulnerabilità relativo allo SLV è 0,436. Ing. Giancarlo Gallese Pag. 10

12 3 INTERVENTI PROPOSTI PER LA MITIGAZIONE DELLA VULNERABILITÀ SISMICA 3.1 TEMPO DI INTERVENTO La tempistica dell eventuale intervento dipende dalla situazione di rischio riscontrata; l indice di rischio può essere utilizzato, come sostenuto dalla Commissione Grandi Rischi a seguito del sisma del 2002 in Molise e Puglia, per stabilire il tempo entro il quale devono essere presi provvedimenti di messa in sicurezza (chiusura o intervento). In questo modo si equipara, secondo la Commissione Grandi Rischi, la probabilità di accadimento del sisma che supera la capacità della struttura con la probabilità di un edificio a norma in un periodo di 50 (o più) anni. Il tempo entro il quale attivare l intervento viene stabilito in termini di vita nominale compatibile con la capacità dell opera; coerentemente con il concetto probabilistico di sicurezza, la struttura può considerarsi sicura nei riguardi di un terremoto con periodo di ritorno più breve rispetto a quello dell azione sismica di riferimento. La vita nominale rappresenta il periodo nel quale la struttura può essere considerata sicura, nel senso che è in grado di sopportare l azione simica che ha una fissata probabilità di occorrenza nel periodo di riferimento ad essa collegato (tenendo conto, attraverso il coefficiente d uso, della funzione svolta dal manufatto). La Regione Emilia Romagna, attraverso il suo Comitato Tecnico Scientifico presieduto dal prof. Petrini, nella seduta del 27 luglio 2010, ha fornito ulteriori chiarimenti, precisando che la definizione di vita nominale restante ha senso solo in relazione alla tutela economica della costruzione e non anche della tutela delle persone e/o dei beni da essa ospitati. Tuttavia, essa è la sola che consenta una programmazione degli interventi nel tempo con un fondamento tecnicoscientifico che leghi la programmazione stessa alla gravità delle carenze strutturali. Il CTS definisce tempo di intervento (ovvero vita nominale restante) il periodo entro il quale attivare il rimedio di una data inadeguatezza sismica, tale per cui: con TINT, tempo di intervento (oppure vita nominale restante); CU, coefficiente d uso; TSLV, periodo di ritorno dell azione sismica corrispondente all attivazione del meccanismo di rottura in esame allo SLV. Ing. Giancarlo Gallese Pag. 11

13 Il tempo di ritorno dell azione sismica corrispondente all attivazione del meccanismo di rottura in esame allo SLV, è pari a 129,211 anni. Attraverso la formulazione del CTS è possibile calcolare la vita nominale restante ovvero il cosiddetto tempo di intervento Si ricorda che la pericolosità sismica di un sito è descritta dalla probabilità che, in un fissato lasso di tempo, in detto sito si verifichi un evento sismico di entità almeno pari ad un valore prefissato. Nelle NTC08, tale lasso di tempo, espresso in anni, è denominato periodo di riferimento VR (edificio in classe d uso IV: VR = CU VN = 2 50 = 100 anni) e la probabilità è denominata probabilità di eccedenza o di superamento nel periodo di riferimento PVR (per SLV è pari a 10%). Alla luce delle definizioni precedenti, in linea con le considerazioni del prof. Antonio Borri (Ordinario di Scienza delle Costruzioni presso l Università degli Studi di Perugia), sembra utile ragionare anche in termini di probabilità annua di superamento della capacità della struttura [4]: Considerando la vita nominale ridotta della struttura (vita nominale restante), la probabilità di crisi annua è pari a: essendo VR = CU VN = 2 6,784 = 13,567 anni. Mentre la probabilità di crisi annua dell edificio a norma è pari a: Il rapporto tra le due probabilità, precedentemente calcolate, indica di quante volte si sottovaluta il rischio : nel nostro caso il valore calcolato è pari a: Il rischio, così calcolato, è sottovalutato di 7,4 volte. Ing. Giancarlo Gallese Pag. 12

14 3.2 STRATEGIA DI INTERVENTO I risultati mostrano la presenza di crisi anticipate su elementi in cemento armato. Risulta quindi prioritaria la correzione dell innesco delle rotture di tipo fragile. Le crisi che riguardano le aste in c.a. sono dovute alla carenza di armatura; le rotture si verificano principalmente per insufficiente resistenza a taglio trazione, ovvero per carenza di armatura trasversale (staffe). Una possibile strategia di intervento è quella di rispristinare, per gli ultimi due livelli, un adeguata resistenza del telaio in cemento armato, evitando le crisi di tipo fragile di cui sopra, mentre per i primi due livelli, considerata la notevole rigidezza dei pannelli in muratura, si procede ad un rinforzo degli elementi murari, resi solidali con le travi ed i pilastri interagenti ( inglobati con la muratura ). La soluzione possibile è quella del rinforzo attraverso il sistema di consolidamento strutturale noto come CAM, ovvero Cuciture Attive dei Manufatti. Attraverso il software 3DMacro è stata effettuata una nuova verifica globale della struttura, attraverso analisi di tipo statico non lineare, con lo scopo di verificare gli elementi strutturali rinforzati. In tale fase viene proposto un declassamento della struttura in classe d uso III, ovvero struttura con affollamenti significativi, ma senza funzioni pubbliche strategiche o importanti. Per le verifiche sismiche si è fatto riferimento, a favore di sicurezza, agli spettri di risposta definiti, per il sito in esame, dalle NTC08 con categoria di sottosuolo C e categoria topografica T1, in quanto la risposta sismica locale riferita ad una classe d uso III. La struttura declassata e rinforzata, come si evince dalle analisi numeriche svolte in via preliminare, ha un indice di vulnerabilità relativo allo stato SLV di 0,678. Figura 72: Confronto tra gli spettri SLV: classe d uso III. Ing. Giancarlo Gallese Pag. 13

15 3.3 ANALISI DEI COSTI L importo stimato dei lavori relativi agli interventi di miglioramento sismico del Palazzo per Uffici del Comune di Avezzano risulta pari a ,00 che corrisponde al 41,26 % del Costo di Ricostruzione. Il prezzo per unità di superficie è pari a 536,36 /m 2, in linea con i costi medi della ricostruzione nei comuni colpiti dal sisma del 6 aprile Nella tabella seguente si riportano i costi relativi al solo intervento CAM (fornitura e posa in opera) stimato dal preventivo di massima (preventivo n AQ) elaborato dalla società EDIL CAM Sistemi Srl e allegato alla presente Relazione Conclusiva. Tabella 40: Preventivo di massima per l applicazione del Sistema CAM. Intervento [ ] Intervento CAM sui pilastri ,48 Intervento CAM sulle travi ,58 Intervento CAM sui nodi ,75 Intervento CAM di inghisaggi e contiuità tra pilastri ,70 Intervento CAM sulle murature ,63 Totale intervento CAM ,14 Ing. Giancarlo Gallese Pag. 14

16 4.0 CLASSIFICAZIONE SISMICA In questo capitolo verrà determinata la Classe di Rischio della costruzione sia nello stato di fatto che nello stato conseguente all eventuale intervento. La classificazione è svolta ai sensi del D.M. n. 58 del 28 febbraio 2017 emanato dal Ministero delle Infrastrutture e dei Trasporti, con successive modifiche apportate dal D.M. n. 65 del 7 marzo 2017 (Linee Guida per la classificazione del rischio sismico delle costruzioni). La determinazione della classe di appartenenza di un edificio può essere condotta attraverso il metodo convenzionale. Per la determinazione della Classe di Rischio si fa riferimento a due parametri: - la Perdita Annuale Media attesa (PAM), che tiene in considerazione le perdite economiche associate ai danni degli elementi (strutturali e non) e riferite al costo di ricostruzione (CR) dell edificio; - l indice di sicurezza (IS-V) della struttura definito come il rapporto tra l accelerazione di picco al suolo (PGA, Peack Ground Acceleration) che determina il raggiungimento dello Stato Limite di salvaguardia della Vita (SLV) e la PGA che la norma indica, nello specifico sito in cui si trova la costruzione e per lo stesso stato limite, come riferimento per la progettazione di un nuovo edificio. L indice di sicurezza della struttura è meglio noto ai tecnici con la denominazione di Indice di Rischio. Calcolo della Classe di Rischio PAM Si valuta il PAM (in valore percentuale), come l area sottesa dalla spezzata individuata dalle coppie di punti (λ, CR). In base a quanto determinato e con riferimento alla tabella 1 delle linee Guida, il PAM è pari a 4,14 % e pertanto la Classe di Rischio PAM = EPAM. 100 Perdita economica diretta [% di CR] Frequenza media annua di superamento λ [%] Figura 74: Andamento della curva che individua il PAM. Ing. Giancarlo Gallese Pag. 15

17 Calcolo della Classe di Rischio IS-V Si determina l indice di sicurezza per la vita IS-V, ovvero il rapporto tra la PGAC (di capacità) che ha fatto raggiungere al fabbricato lo stato limite di salvaguardia della vita umana e la PGAD (di domanda) del sito in cui è posizionata la costruzione, con riferimento al medesimo stato limite. In base a quanto determinato e con riferimento alla tabella e delle linee Guida, l indice di sicurezza IS-V è pari a 43,62 % e pertanto la Classe di Rischio IS-V = DIS-V. Si individua la Classe di Rischio della costruzione come la peggiore tra la Classe PAM e la Classe IS-V sopra determinate, pertanto, nello stato di fatto, la Classe di Rischio della costruzione = E. Con riferimento alla costruzione, a seguito degli eventuali interventi proposti, ovvero declassamento in classe d uso III, rinforzo della muratura e delle aste in cemento armato con tecnologia CAM, si compie un salto di due classi e pertanto dalle prime analisi e in via preliminare, nello stato conseguente all eventuale intervento, la Classe di Rischio della costruzione = C (l esatto valore della classe di Rischio della costruzione potrà essere determinato solo con la redazione di un progetto esecutivo dell intervento). Ing. Giancarlo Gallese Pag. 16