Operazione "Impariamo a ricostruire" rif. PA /RER GLI INTERVENTI POST-SISMA STRUTTURE IN C.A. DETTAGLI ANTISISMICI PREVISTI DALLE NTC08

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Lidia Bassi
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Nerio TULLINI Dipartimento di Ingegneria Università di Ferrara Strategie di difesa della natura -

1 Operazione "Impariamo a ricostruire" rif. PA /RER GLI INTERVENTI POST-SISMA STRUTTURE IN C.A. DETTAGLI ANTISISMICI PREVISTI DALLE NTC08 Prof. Ing. Nerio TULLINI Dipartimento di Ingegneria Università di Ferrara Strategie di difesa della natura - QUERCIA Condizioni normali Condizioni eccezionali Il comportamento fragile non consente di opporsi a venti eccezionali particolarmente violenti. 1

2 Strategie di difesa della natura - PALMA Condizioni normali Condizioni eccezionali Se si vuole restringere, si deve estendere Se si vuole rafforzare, si deve indebolire Tao-Tê-Ching - Il Libro della Via e della Virtù (VI secolo a.c.) Gerarchia delle resistenze - ERRATA Resistenza globale governata dall elemento FRAGILE La forza non può crescere oltre F. L elemento fragile si rompe. 2

3 Gerarchia delle resistenze - CORRETTA Resistenza globale governata dall elemento DUTTILE La forza non può crescere oltre F y. L elemento fragile è protetto se F è maggiore di F y (criterio di progetto). Mensola in c.a. - prova di flessione Cerniera plastica Cerniera plastica = cerniera a momento costante Il confinamento esercitato dalle staffe aumenta la freccia finale (duttilità) 3

4 Mensola in c.a: - carico ciclico 1 Tratto A-DA A = inizio prova, B = fessurazione, C = snervamento barre, D = inversione della freccia Mensola in c.a: - carico ciclico 2 E = freccia residua a carico nullo. Tratto D-ED 4

5 Mensola in c.a: - carico ciclico 3 F = chiusura delle fessure. G = inversione della freccia, H = freccia residua a carico nullo, I = carico a freccia nulla. Tratto E-G-IE Area ciclo A-I A I = Lavoro dissipato Angolo D-G D G = degrado rigidezza Mensola in c.a: - carico ciclico 4 Tratto I-D' I D'-G' G'-I' angolo D'- G' = degrado rigidezza Area ciclo I-D' I D'-G' G'-I' = Lavoro dissipato 5

Tratto E-G-IE Area ciclo A-I A I = Lavoro dissipato Angolo D-G D G = degrado rigidezza Mensola in

6 Ciclo isteretico sezioni in c.a. - 1 La duttilità aumenta con ρ = A s /A c basso ed A' s elevato Ma, Bertero, Popov. EERC76/2 Gerarchia delle resistenze - prescrizioni geometriche 6

7 Gerarchia delle resistenze - prescrizioni armature travi 1.4/f yk ρ = A s /A c A' s /A c + 3.5/f yk 0.31% ρ A' s /A c % con acciaio B450 Prove al Pacific Earthquake Engineering Research Center - 1 La duttilità diminuisce con sforzo normale elevato altezza: 4'-10" = 1.5 m, lato pilastro: 9" = 0.23 m diametri barre: #3=Φ10, #4=Φ13, #5=Φ16 7

77% con acciaio B450 Prove al Pacific Earthquake Engineering Research Center - 1 La

8 Prove al Pacific Earthquake Engineering Research Center - 2 Specimen 1: N = 0.1 f c A Prove al Pacific Earthquake Engineering Research Center - 3 Specimen 1: N = 0.1 f c A 8

1 f c A Research Center - 3 Specimen 1: N

9 Prove al Pacific Earthquake Engineering Research Center - 4 Specimen 2: N = 0.24 f c A Prove al Pacific Earthquake Engineering Research Center - 5 Specimen 2: N = 0.24 f c A 9

24 f c A Research Center - 5 Specimen 2: N

10 Gerarchia delle resistenze - pilastro forte/trave debole NO SÌ Nel collasso di piano debole a) diminuisce il moltiplicatore di collasso dei carichi ed b) aumenta, a parità di spostamento, la richiesta di duttilità nelle colonne Gerarchia delle resistenze - pilastro forte/trave debole a) diminuisce il moltiplicatore di collasso dei carichi λ 1 Σ H i δ u = 4 M up θ λ 2 Σ H i n i /n piani δ u = (8 M ut + 2 M up ) θ A parità di M ut e M up si ha λ 2 >> λ 1 10

colonne Gerarchia delle resistenze - pilastro forte/trave debole a) diminuisce il moltiplicatore di collasso dei

11 Gerarchia delle resistenze - pilastro forte/trave debole b) aumenta, a parità di spostamento, la richiesta di duttilità nelle colonne Per µ st = 4 (Park -Paulay) per n piani = 3 µ sez = 34 µ sez = 11 per n piani = 10 µ sez = 120 µ sez = 12 Gerarchia delle resistenze trave debole/pilastro forte M Rb1 M Rc2 M Rb2 La rottura per flessione della trave (duttile) deve precedere quella delle colonne (fragile). Si progettano le colonne con il massimo momento possibile in condizioni sismiche. M Rc1 ΣM Rc 1.3 Σ M Rb EN (2004) Il "progetto per capacità" (capacity design) non utilizza le sollecitazioni di calcolo ma le resistenze di progetto. 11

per flessione della trave (duttile) deve precedere quella delle colonne (fragile).

12 San Fernando, California earthquake, Feb. 9, 1971, M = 6.5 Olive View Medical Center Piano debole al primo piano (pilotis) J72 Managua, Nicaragua earthquake, Dec. 23, 1972, M = 6.19 Commercial Building "Casa Micasa S.A." Piano debole al primo piano (pilotis) J71 12

J72 Managua, Nicaragua earthquake, Dec. 23, 1972, M = 6.

13 Izmit, Turkey earthquake, Aug. 17, 1999, M = 7.4 Edifici residenziali IZT-478 Piano debole al primo piano (pilotis) IZT-583 Kobe, Japan earthquake, Jan. 17, 1995, M = 6.69 Old Kobe City Hall K0085 Crollo del VI piano; il recupero ha demolito i piani superiori K

(pilotis) IZT-583 Kobe, Japan earthquake, Jan. 17, 1995, M = 6.

14 Kobe, Japan earthquake, Jan. 17, 1995, M = 6.69 K0026 Crollo dei piani superiori, anche per edifici regolari in altezza K0071 Kobe, Japan earthquake, Jan. 17, 1995, M = 6.69 Edificio irregolare a forma di U a Nishinomiya Crollo del III piano K

regolari in altezza K0071 69 Edificio irregolare a forma di U

15 Armatura nei pilastri l cr max{h, l d /6, 450 mm} s min{b/4, 150 mm, 6Φ long } d w 8 mm 1% ρ 4% Per 30 x 30 cm 2 A s,min =4Φ18=1018 mm 2 oppure A s,min =8Φ12=905 mm 2 Per 50 x 50 cm 2 A s,min = 8Φ20 = 2513 mm 2. Nella zona critica non meno di 6 staffe Φ8/7.5' per 30x30 cm 2. Sovrapposizioni a metà altezza Sezione trasversale colonne max distanza barre 250 mm, S max = 150 mm, d w 8 mm 15

8Φ20 = 2513 mm 2. Nella zona critica non meno di 6 staffe Φ8/7.5' per 30x30 cm 2.

16 Gabbia armatura colonna Bonefro, S. Giuliano earthquake, Oct. 31, 2002, M = 5.4 Edifici IACP 16

17 Bonefro, S. Giuliano earthquake, Oct. 31, 2002, M = 5.4 Edificio IACP 4 livelli particolare pilastro lato sinistro tamponatura Bonefro, S. Giuliano earthquake, Oct. 31, 2002, M = 5.4 Edificio IACP 4 livelli particolare pilastro lato sinistro tamponatura 17

18 Gerarchia delle resistenze trave debole/pilastro forte La verifica a livello di nodo potrebbe essere non conservativa Gerarchia delle resistenze trave debole/pilastro forte 18

19 Ciclo isteretico sezioni in c.a. - 2 La duttilità diminuisce con taglio elevato Ma, Bertero, Popov. EERC76/2 Gerarchia delle resistenze - Valutazione del taglio di progetto trave pilastro La rottura per flessione (duttile) deve precedere quella per taglio (fragile). Si progetta con il massimo taglio possibile. 19

EERC76/2 Gerarchia delle resistenze - Valutazione del taglio di progetto trave

20 Northridge, California earthquake, Jan. 17, 1994, M = 6.69 Van Nuys Holiday Inn on Orion Blvd., Roscoe L Hotel ha avuto danni non strutturali nel terremoto del 1971 NR212 Northridge, California earthquake, Jan. 17, 1994, M = 6.69 Collasso per taglio nelle colonne del IV piano NR213 20

, Roscoe L Hotel ha avuto danni non strutturali nel terremoto del 1971

21 Caracas, Venezuela earthquake, July 29, 1967, M = 7.5 Hotel Macuto Sheraton. Collassi per taglio in colonne del III piano Colonne di diametro 1.10 m aventi 40Φ25 e staffe circolari Φ12/15' J70 Managua, Nicaragua earthquake, Dec. 23, 1972 M = 6.19 Nei pilastri tozzi, tali a causa dei tamponamenti, prevale il taglio S4923 Danni all edificio limitati al piano terra S

22 Sliding shear La capacità dissipativa della zona critica viene fortemente ridotta in presenza di scorrimenti lungo le fessure; occorre che risulti V S V R1 = 15 τ Rd b w d dove τ Rd = (R ck ) 2/3 /28 Barre diagonali migliorano il comportamento isteretico. Colonne tozze: disposizione barre e modo di rottura - 1 Disposizione convenzionale 22

23 Colonne tozze: disposizione barre e modo di rottura - 2 Armatura bi-diagonale e staffe Colonne tozze: disposizione barre e modo di rottura - 3 Armatura a rombo e staffe 23

24 Danni nei balconi San Fernando, California earthquake, Feb. 9, 1971, M = 6.5 Olive View Medical Center Collasso delle mensole S

25 Ancoraggio barre Izmit, Turkey earthquake, Aug. 17, 1999, M = 7.4 IZT-573 Rottura delle sovrapposizioni delle barre IZT

26 Chi-Chi, Taiwan earthquake, Sept. 21, 1999, M = 7.6 Scuola Elementare: collasso dei nodi TAI-309 Non esistono armature trasversali nei nodi TAI-310 Disposizione armatura nelle travate

27 Disposizione armatura nelle travate - 2 Gabbia armatura nodo 27

28 Anchorage, Alaska earthquake, Mar. 27, 1964, M = L Street, south wall J99 Rottura delle pareti di controvento S2113 Anchorage, Alaska earthquake, Mar. 27, 1964, M = L Street, south wall S

29 Anchorage, Alaska earthquake, Mar. 27, 1964, M = L Street, south wall Particolare della parete di controvento S2112 Anchorage, Alaska earthquake, Mar. 27, 1964, M = L Street, south wall S2116 Particolare della parete di controvento J100 29

30 Parete con rottura per flessione Parete: b w /l w 0.3, b w {150 mm oppure 200 mm se con X} h cr max{l w, H tot /6} e h cr min{2l w, h PT se n 6, h cr 2h PT se n > 6} Zona confinata lunghezza confinata l c max{0.2l w, 1.5b w } nella zona confinata valgono le prescrizioni dei pilastri (ρ, d w, p ecc.) 30

31 Disposizioni delle armature - 1 passo barre 300 mm, d w b w /10, zone non confinate ρ 0.2% Le armature sulle 2 facce devono avere almeno 9 legature per m 2 Gerarchia delle resistenze - Valutazione del taglio di progetto Parete con rottura per taglio Rottura per flessione (duttile) che precede quella per taglio (fragile). Si progetta con il massimo taglio possibile, ossia si moltiplica il taglio di calcolo per il coefficiente: α = γ Rd M Rd /M Sd con γ Rd =

32 Disposizioni delle armature - 2 Occorre evitare rotture con scorrimenti per taglio (sliding shear) Armature a X migliorano il comportamento isteretico convenzionale Parete accoppiata - travi di collegamento barre a X 32

33 Armatura a forma di X Disposizione costruttive armatura a forma di X 33

34 Connessione trave con parete 34

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