Studio Tecnico d Ingegneria Pepi

Transcript

1 Studio Tecnico d Ingegneria Pepi Viale Guido Baccelli 56, Civitavecchia (RM) - Tel. & Fax ingpepi@tin.it Calcolo strutture c.a. e acciaio - edilizia - ambiente - opere idrauliche - opere stradali sicurezza - collaudi PROTOCOLLO PER LA VALUTAZIONE DELLA VULNERABILITA SISMICA DEGLI EDIFICI PUBBLICI Civitavecchia, lì Dott. Ing. Guglielmo Pepi

2 CAPITOLO 1 - VULNERABILITÀ E RISCHIO La vulnerabilità è intesa come stima dell intensità del terremoto per la quale l edificio raggiunge una delle due condizioni seguenti: a) Condizione limite di operatività, ossia di danneggiamento lieve tale da non pregiudicare l utilizzazione della struttura. b) Condizione di collasso incipiente. Il rischio, ovviamente riferito alle condizioni di pericolosità sismica del sito in cui sorge la costruzione, tenendo conto anche di eventuali effetti di amplificazione locale, viene espresso in termini di tempo di ritorno del terremoto che produce le condizioni limite dette. CAPITOLO 2 - PROCEDURE VC/VM La metodologia di riferimento nazionale per la valutazione della vulnerabilità e del rischio sismico del singolo edificio prevede l impiego delle Procedure VC/VM, rispettivamente per edifici in c.a. ed in muratura (Ing. M. Dolce e Ing. C. Moroni Dipartimento di Strutture, Geotecnica, Geologia Applicata all Ingegneria Università degli Studi della Basilicata Potenza). Essa è basata su un modello di calcolo semplificato che permette l analisi piano per piano per la determinazione sia degli spostamenti relativi tra un piano e l altro, al fine di valutare le condizioni di operatività, sia della resistenza sismica dell organismo strutturale nei riguardi delle condizioni di collasso. La complessità del modello è commisurata al grado di conoscenza delle caratteristiche meccaniche e geometriche della struttura reale. Tale conoscenza non è mai totale e il livello di dettaglio è correlato ai tempi ed ai costi di esecuzione dei rilievi e delle indagini sperimentali sui materiali e sugli elementi componenti. Le procedure VC/VM ottimizzano l impegno richiesto, in termini di indagini in sito e in termini di calcolo L adozione di alcuni assunti sulle caratteristiche della struttura, dell azione sismica, della pericolosità del sito e dei terreni di fondazione limita l affidabilità dei risultati ottenuti, ma Studio Tecnico d Ingegneria Pepi 2

3 l applicazione della stessa procedura ad edifici diversi permette di confrontare in maniera quantitativa la loro vulnerabilità e di evidenziare le situazioni più critiche, su cui intervenire con maggiore urgenza. Molte delle strutture in cemento armato esistenti sono state progettate per soli carichi verticali e presentano bassi quantitativi di armature longitudinali nei pilastri, perciò il meccanismo di collasso più probabile è quello a colonne deboli e travi forti, caratterizzato dalla formazione di cerniere plastiche alle estremità di tutti i pilastri dei singoli piani. La valutazione della resistenza al collasso può essere allora effettuata per ogni piano in modo indipendente e richiede la conoscenza della sola resistenza dei pilastri. La non perfetta rispondenza del modello alla realtà comporta certamente qualche errore di stima, ma si tratta di approssimazioni in favore di sicurezza. Viene infatti trascurata la capacità resistente dovuta all intelaiamento degli elementi strutturali. Nel modello può essere considerato o meno il contributo in termini di resistenza di tamponature e tramezzature interne che talvolta si rivela fondamentale nella prevenzione dei collassi di piano. Le azioni sismiche vengono tradotte in forze statiche equivalenti distribuite lungo l altezza del fabbricato, tenendo conto, per determinarne l entità, del periodo proprio d oscillazione della struttura in ciascuna delle due direzioni ortogonali principali e della forma dello spettro di risposta, in funzione del tipo di suolo presente nel sito in esame. Viene determinata, piano per piano, la forza orizzontale che causa il raggiungimento delle condizioni di operatività, definite in termini di spostamento relativo di piano diviso per l altezza di interpiano (drift), e con riferimento allo stato limite di danno. Ai fini del calcolo delle condizioni di collasso la procedura determina il taglio resistente complessivo di ciascun piano, per ognuna delle due direzioni, tenendo conto delle reali capacità duttili che i singoli pilastri possono sviluppare, in relazione all entità degli sforzi di compressione e di taglio agenti. Partendo dalle resistenze di piano, o dalle forze di piano che producono gli spostamenti limite ai fini dell operatività, si può ricavare l accelerazione al suolo che determina le condizioni critiche per i due livelli prestazionali considerati, attraverso una serie di passaggi che mettono a confronto gli effetti indotti dall azione sismica (sollecitazioni, deformazioni), ossia la domanda, con le corrispondenti capacità per ciascun piano e per ciascuna direzione. Si può quindi individuare la situazione più sfavorevole nel rapporto domanda/capacità, sulla base della quale calcolare l accelerazione al suolo che ne determina il raggiungimento. Studio Tecnico d Ingegneria Pepi 3

4 2.1 Finalita e articolazione delle indagini preliminari Il programma di indagini può essere articolato in tre fasi. Obiettivo della prima fase è la raccolta dei dati in possesso dell amministrazione, utili ad una prima valutazione di vulnerabilità e la loro integrazione con rilievi geometrici che permettano di verificare la corrispondenza tra le caratteristiche effettive della struttura e la documentazione tecnica disponibile. Tali rilievi saranno di accuratezza variabile in funzione del livello di conoscenza a cui si mira, Limitata (LC1), Adeguata (LC2), Accurata (LC3) e andranno finalizzati alla determinazione, a campione, delle dimensioni degli elementi strutturali (travi e pilastri), della configurazione generale della struttura (presenza e disposizione dei telai con travi emergenti), della consistenza delle tamponature e delle tramezzature interne. Scopo della seconda fase è soprattutto quello di approfondire i rilievi sperimentali, attraverso prove non distruttive o poco distruttive sui materiali strutturali (calcestruzzi, acciai, murature). Le prove non distruttive sui calcestruzzi consistono in prove sclerometriche ed ultrasoniche, mentre la resistenza cubica (R c CAROTE ) viene derivata dalla rivalutazione della resistenza cilindrica (f car ) ottenuta direttamente dalle carote, mediante un espressione, che porta in conto le dimensioni geometriche del provino e il rimaneggiamento causato dall estrazione: Nella terza fase, infine, si studiano le tipologie di intervento più opportune, in relazione alle caratteristiche degli edifici presi in esame, ai fini del loro adeguamento o miglioramento sismico, secondo una logica di ottimizzazione della spesa e di riduzione del rischio. 2.2 Tagli di piano Il primo passo per il calcolo della vulnerabilità consiste nel determinare il taglio prodotto ai vari piani dell accelerazione agente globalmente sulla struttura, assunta convenzionalmente pari a 1g. A tale scopo si usa il metodo dell analisi statica lineare, che definisce le forze di piano seguendo una prefissata forma semplificata lineare del primo modo di vibrare della struttura: F j = F h (z j W j ) / Σ (z l W l ) in cui: F h = W poiché l accelerazione è pari a 1g F j è la forza applicata al piano j W j e W l sono i pesi delle masse ai piani j e l rispettivamente Studio Tecnico d Ingegneria Pepi 4

5 z j e z l sono le altezze dei pianii j e l W è il peso complessivo della costruzione in elevazione g è l accelerazione di gravità. Il taglio agente al piano j, V ag g,j, nella direzione considerata è ottenuto agenti al di sopra del piano j-esimo in esame: sommando le forze I rapporti SD j tra i tagli di piano V j corrispondenti alla condizione limite in esame (collasso oppure operatività) ed i corrispondenti tagli di piano agenti V ag,j (per accelerazione pari a g), definiscono la prestazione strutturale dei singoli piani dell edificio in termini di accelerazioni sulle masse strutturali, espresse come frazione di g. 2.2 Accelerazioni del suolo - Vulnerabilità Il passaggio successivo consiste nel determinare le accelerazioni massime del terreno in situ (PGA) e su roccia (a g ), corrispondenti al raggiungimento delle condizioni limite ai singoli piani e nelle due direzioni considerate. Occorre esaminare diversi effetti legati al comportamento dinamico della struttura e alle sue capacità duttili. Questi vengono messi in conto attraverso una serie di coefficienti, che legano l accelerazione del terreno che produce il raggiungimento della condizione limite in esame, definita come PGA j, all accelerazione sulle masse strutturali: Noti i coefficienti α, dall inversione di tale espressione si ricavano facilmente le accelerazioni massime al suolo in sito e su roccia (a g ), che determinano il raggiungimento delle condizioni limite: Studio Tecnico d Ingegneria Pepi 5

6 Si è dunque determinata la vulnerabilità reale della struttura, espressa in termini di accelerazione massima a terra del terremoto che produce il collasso o la perdita di operatività. 2.3 Il rischio sismico La stessa vulnerabilità consente di definire il rischio di collasso, ossia il periodo di ritorno del terremoto corrispondente all accelerazione di picco trovata. Con riferimento alle mappe della pericolosità sismica italiana si possono ottenere, per interpolazione, i periodi di ritorno corrispondenti alle accelerazioni a terra mediante l equazione: dove i parametri α e k sono funzione del sito ed a g è l accelerazionee su roccia di cui si vuole determinare la ricorrenza. CAPITOLO 3 - AFFIDABILITÀ DELLE STIME ED ASPETTI CONNESSI L attendibilità dei risultati che la procedura presentata può fornire è fortemente legata alla quantità e qualità delle informazioni oltreché alla significatività del modello realizzato. In condizioni ottimali il metodoo fornisce risultati molto affidabili e vicini sia alla realtà sperimentale, sia ai valori ottenuti con procedure più complesse e sofisticate. In assenza di tali condizioni può essere necessaria una revisione del parametro finale di vulnerabilità e di rischio, mediante un giudizio soggettivo del tecnico che valuti sia la variabilità intrinseca della stima, per la cattiva conoscenza dei parametri principali, sia la possibilità che essa non risulti cautelativa, per la presenza di fattori negativi che il metodo e il modello non possono mettere in conto. Per l attendibilità dei risultati del metodo, sono fondamentali l adeguatezza del modello relativo all edificio analizzato, la qualità delle informazioni e un buon grado di conoscenza acquisito attraverso sopralluoghi e documentazione disponibile. Saranno necessari il progetto o rilievo architettonico, il progetto strutturale o altri elaborati di carpenteria, saggi effettuati sugli elementi strutturali per individuare le armature e verificare le loro dimensioni o per determinare le caratteristiche delle murature, oltre ad un certo numero di prove sui materiali. Studio Tecnico d Ingegneria Pepi 6

7 Si ricorda, peraltro, che alcuni fattori strutturali peggiorativi delle prestazioni antisismiche degli edifici non sono portati in conto dal modello, quali: Irregolarità delle aperture e presenza di piccole nicchie nelle pareti strutturali; Presenza di spinte statiche (tetti, volte, archi, negli edifici in muratura, pareti di sostegno del terreno, ecc.); Notevole snellezza dell edificio; Elevata snellezza delle strutture verticali. L effettiva vulnerabilità dell edificio aumenta in presenza di danni preesistenti, di giunti strutturali inadeguati, di cedimenti fondali o di solai di caratteristiche non adeguate alla luce e all utilizzo (aule, palestre, ecc.) e/o con evidenti inflessioni. Da non sottovalutare, inoltre, nel giudizio complessivo sull immobile, la vulnerabilità delle parti non strutturali. Queste sono soggette a danni, anche per terremoti di bassa intensità, e possono provocare cadute pericolose di elementi pesanti. Possono considerarsi fattori di rischio le altezze d interpiano superiori ai 3.5 m senza cordoli rompitratta intermedi o altri provvedimenti atti a ridurre il rischio di ribaltamento di tamponature e tramezzi, le tamponature disposte esternamente alla maglia strutturale e/o su sbalzi, i rivestimenti pesanti in cattivo stato di manutenzione, le controsoffittature pesanti, i cornicioni e i camini in muratura e gli sbalzi di grande luce. CAPITOLO 4. COSTI DELLE VERIFICHE TECNICHE Il tema dei costi di servizi di ingegneria per la valutazione della sicurezza sismica non è facile. Al fine di orientare i titolari le Amministrazioni, alle prese con necessità di pianificazione degli investimenti, è possibile fare riferimento all Ordinanza OPCM 3362/2004, che nell allegato 2 riporta le seguenti indicazioni: Costo convenzionale di verifica per edifici Per gli edifici il costo convenzionale di verifica, comprensivo delle indagini necessarie, e' definito in funzione del volume totale dell'edificio, espresso in metri cubi e valutato dallo spiccato delle fondazioni, ed e' pari: per edifici con volume fino a m 3 al prodotto del volume dell'edificio per un costo unitario di 2,50 Euro/m 3, con un minimo di Euro/edificio; Studio Tecnico d Ingegneria Pepi 7

8 per edifici con volume superiore a m 3 e fino a m 3 alla somma del costo previsto per un edificio di m 3 e del prodotto fra il volume dell'edificio eccedente m 3 ed un costo unitario di 1,80 Euro/m 3 ; per edifici con volume superiore a m 3 e fino a m 3 alla somma del costo previsto per un edificio di m 3 e del prodotto fra il volume dell'edificio eccedente m 3 ed un costo unitario di 1,20 Euro/m 3 ; per edifici con volume superiore a m 3 e fino a m 3 alla somma del costo previsto per un edificio di m 3 e del prodotto fra il volume dell'edificio eccedente m 3 ed un costo unitario di 0,60 Euro/m 3 ; per edifici con volume superiore a m 3 alla somma del costo previsto per un edificio di m 3 e del prodotto fra il volume dell'edificio eccedente m 3 ed un costo unitario di 0,30 Euro/m 3. Studio Tecnico d Ingegneria Pepi Viale Guido Baccelli 56, Civitavecchia (RM) Tel. & Fax ingpepi@tin.it Studio Tecnico d Ingegneria Pepi 8