Il terremoto de L'aquila: comportamento delle strutture in cemento armato

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1 Il terremoto de L'aquila: comportamento delle strutture in cemento armato Gaetano Manfredi Dipartimento di Ingegneria Strutturale Università degli Studi di Napoli Federico II

2 I nodi trave-colonna Assenza di staffe nel nodo Instabilità armatura pilastro passante nel nodo

3 I nodi trave-colonna Assenza di staffe nel nodo Scarsa qualità del calcestruzzo

4 I nodi trave-colonna

5 Dimensionamento e verifica delle pareti Sollecitazioni di calcolo: Presso-flessione Il diagramma dei momenti flettenti lungo l altezza della parete è ottenuto per traslazione verso l alto dell inviluppo del diagramma dei momenti derivante dall analisi. L inviluppo può essere assunto lineare, se la struttura non presenta significative discontinuità in termini di massa, rigidezza e resistenza lungo l altezza. La traslazione deve essere in accordo con l inclinazione degli elementi compressi nel meccanismo resistente a taglio e può essere assunta pari all altezza della zona inelastica di base hcr h cr

6 Dimensionamento e verifica delle pareti Sollecitazioni di calcolo: Taglio Per strutture sia in CD B che in CD A si deve tener conto del possibile incremento delle forze di taglio a seguito della formazione della cerniera plastica alla base della parete. Per le strutture in CD B questo requisito si ritiene soddisfatto se si incrementa del 50% il taglio derivante dall analisi. Per pareti estese debolmente armate il taglio ad ogni piano può essere ottenuto amplificando il taglio derivante dall analisi del fattore (q+1)/2.

7 Dimensionamento e verifica delle pareti Verifiche di resistenza delle pareti Presso-flessione Per tutte le pareti, la forza normale di compressione non deve eccedere rispettivamente il 40% in CD B e il 35% in CD A della resistenza massima a compressione della sezione di solo calcestruzzo. Le verifiche devono essere condotte nel modo indicato per i pilastri tenendo conto, nella determinazione della resistenza, di tutte le armature longitudinali presenti nella parete. Per le pareti estese debolmente armate occorre limitare le tensioni di compressione nel calcestruzzo per prevenire l instabilità fuori dal piano, secondo quanto indicato per i pilastri singoli.

8 Pareti e setti

9 Pareti e setti

10 La scala

11 La scala

12 Riprese di getto

13 Collassi strutturali Hotel Duca degli Abruzzi

14 Hotel Duca degli Abruzzi

15 Collassi strutturali

16 Collassi strutturali Casa dello Studente

17 Collassi strutturali Casa dello Studente

18 Danni strutturali Gli edifici di Pettino

19 Gli edifici di Pettino

20 Collassi strutturali Silos tra l Aquila e Onna

21 L edificio di Pettino: un caso studio

22 L edificio di Pettino

23 L edificio di Pettino

24 L edificio di Pettino

25 L edificio di Pettino

26 L edificio di Pettino

27 L edificio di Pettino

28 L edificio di Pettino

29 L edificio di Pettino

30 L edificio di Pettino N-S E-W

31 L edificio di Pettino Modello di edificio senza tamponature Modello di edificio con tamponature

32 L edificio di Pettino La modellazione non lineare viene effettuata tenendo in conto: del comportamento flessionale post-elastico (crisi duttile) del comportamento a taglio (crisi fragili) dell azione delle tamponature sugli elementi in c.a z cerniera a taglio cerniera a flessione z puntone

33 L edificio di Pettino La modellazione non lineare viene effettuata tenendo in conto: del comportamento flessionale post-elastico (crisi duttile) M M y θ θ y M M y θ θ y θ u

34 L edificio di Pettino La modellazione non lineare viene effettuata tenendo in conto: del comportamento a taglio (crisi fragili) V V u θ

35 L edificio di Pettino La modellazione non lineare viene effettuata tenendo in conto: dell azione delle tamponature sugli elementi in c.a N N cr

36 L edificio di Pettino Modello di edificio senza tamponature Il modello senza tamponature non fa registrare alcun tipo di crisi a taglio. Si evidenziano zone plastiche flessionali alla testa e al piede delle colonne del piano terra

37 L edificio di Pettino Modello di edificio con tamponature Il modello con tamponature fa registrare in alcuni pilastri una crisi a taglio prima della plasticizzazione flessionale. In particolare, le crisi a taglio interessano tutti pilastri di spigolo

38 L edificio di Pettino Pilastri oggetto di crisi a taglio

39 L edificio B2-3 della Scuola Allievi Sottufficiali della Guardia di Finanza ReLUIS - Rete dei Laboratori Universitari di Ingegneria sismica

40 Edificio B2-3

41 Edificio B2-3

42 Valutazione della vulnerabilità sismica Analisi modale in condizione operativa Valutazione sperimentale delle frequenze Indagini geometrico-strutturale Elaborati progettuali / strutturali e rilievo in situ Indagini sui materiali Carotaggi e SonReb sul calcestruzzo Analisi della sicurezza sismica Analisi di push-over (secondo normativa D.M. 2008)

43 Analisi modale in condizione operativa La disposizione dei sensori sulla struttura è stata definita in maniera tale che fosse garantita l osservabilità sia dei modi flessionali che dei modi torsionali. Sensori uniassiali sono stati disposti all ultimo piano in coppie secondo due direzioni ortogonali parallele agli assi principali dell edificio.

44 Analisi modale in condizione operativa

45 Indagine geometrico-strutturale - Elaborati architettonici di progetto - Elaborati strutturali di progetto - Certificati di prova originali - Rilievo in situ Definizione della carpenteria di ciascun piano: posizione e dimensioni degli elementi strutturali Definizione dei carichi permanenti: entità e disposizione (tamponature) Definizione del modello geometrico-strutturale da utilizzarsi nelle analisi numeriche

46 Indagine geometrico-strutturale - Elaborati architettonici di progetto. Piano seminterrato

47 Indagine geometrico-strutturale - Elaborati architettonici di progetto. Piano primo

48 Indagine geometrico-strutturale - Elaborati strutturali di progetto: carpenterie di piano

49 Indagine geometrico-strutturale - Elaborati strutturali di progetto. Pilastri: dimensioni e armature

50 Indagine geometrico-strutturale - Elaborati strutturali di progetto. Travi: dimensioni e armature

51 Indagine sui materiali Scansioni pacometriche Prove sclerometriche

52 Indagine sui materiali Indagini ultrasoniche Prove estrazione carote

53 Indagine sui materiali Prove di laboratorio Operazione di taglio e rettifica dei provini in calcestruzzo Misurazione ultrasoniche

54 Indagine sui materiali Prove di laboratorio Prove di schiacciamento per compressione f cm =30 MPa Redazione scheda dei rilievi

55 Indagine sui materiali Certificati di prova originali: armature f ym =500 MPa

56 Valutazione sicurezza sismica La valutazione della sicurezza sismica viene effettuata mediante una analisi statica non lineare. Sono adottate due distribuzioni di forze orizzontali Sono presentati due stati limite: Collasso, Danno E considerata l assenza e la presenza delle tamponature Il livello di conoscenza è adeguato: utilizzo di FC=1.20

57 Valutazione sicurezza sismica Definizione dell azione sismica (D.M. 2008) Ubicazione: L Aquila (Long: ; Lat: ) Vita nominale V N : 50 anni Classe d uso: IV Stati limiti: SLD ; SLCO Suolo: Categoria B Classe topografica: T1 (St=1)

58 Valutazione sicurezza sismica Definizione dell azione sismica 1.4 Sa (g) 1.2 accelerazione 1.0 SLCO SLD T (sec) Sd (m) SLCO spostamento SLD T (sec)

59 Valutazione sicurezza sismica Definizione dell azione sismica Capacity Spectrum Method Sa (g) accelerazione SLCO SLD 0.20 Sd (m) spostamento

60 Valutazione sicurezza sismica Domanda vs Capacità sismica - SLCO 1.40 Sa (g) 1.20 capacità sismica domanda sismica 1.00 Direzione longitudinale fatt.sicurezza fatt.sicurezza Sd (m) Verifica sismica soddisfatta! Non si registrano crisi a taglio

61 Valutazione sicurezza sismica Domanda vs Capacità sismica - SLCO Sa (g) capacità sismica domanda sismica Direzione trasversale 0.60 fatt.sicurezza Sd (m) Verifica sismica soddisfatta! Non si registrano crisi a taglio

62 Valutazione sicurezza sismica Domanda vs Capacità sismica - SLD Sa (g) capacità sismica Direzione longitudinale 0.40 domanda sismica fatt.sicurezza Sd (m) 0.05 fatt.sicurezza Verifica sismica soddisfatta!

63 Valutazione sicurezza sismica Domanda vs Capacità sismica - SLD Sa (g) capacità sismica domanda sismica Direzione trasversale fatt.sicurezza Sd (m) Verifica sismica soddisfatta!

64 Modello con tamponature Sono esplicitamente tenute in conto le tamponature sia esterne che interne. E riprodotta la reale distribuzione planimetrica e in elevazione delle tamponature tenendo conto delle maggiori aperture Modello di tamponatura a puntone: Fase elastica (rigidezza a taglio) Fase fessurata Fase di softening cerniera a taglio V K el =GA w /h w 0.05K el puntone V cr cerniera a flessione

65 Modello con tamponature Modo I Modo II Modo III Periodo frequenza UX UY RZ Modo Sec Hz I II II Le frequenze sono molto simili a quelle sperimentali (errore 3%)

66 Modello con tamponature Taglio alla base [kn] tamponato nudo Crisi a collasso: prima crisi di elemento duttile ovvero fragile 5000 spost. sommità [m]

67 Valutazione sicurezza sismica Domanda vs Capacità sismica - SLCO Sa (g) capacità sismica domanda sismica Direzione longitudinale 0.8 fattore sicurezza Sd (m) Verifica sismica soddisfatta! Non si registrano crisi a taglio