LA VULNERABILITA SISMICA DEGLI EDIFICI IL QUADRO NORMATIVO DI RIFERIMENTO

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1 La vulnerabilità sismica degli edifici produttivi Tecniche di intervento, costi ed incentivi fiscali Vicenza, 20 Febbraio 2017 LA VULNERABILITA SISMICA DEGLI EDIFICI IL QUADRO NORMATIVO DI RIFERIMENTO Ordinario di Tecnica delle Costruzioni Direttore del Dipartimento di Ingegneria Civile Edile e Ambientale Università degli Studi di Padova - Via Marzolo, Padova carlo.pellegrino@unipd.it IL RISCHIO SISMICO Cos è? Può essere definito come la probabilità che un determinato livello di perdita sia superato in un certo intervallo di tempo e in una certa area. ha una connotazione del tutto probabilistica da collocarsi sia nello spazio, sia nel tempo. Da quali elementi è composto? Il rischio sismico è funzione di tre elementi fondamentali: RISCHIO SISMICO = PERICOLOSITA x VULNERABILITA x ESPOSIZIONE 1

2 RISCHIO SISMICO = PERICOLOSITA x VULNERABILITA x ESPOSIZIONE PERICOLOSITA Non si può prevedere in quale luogo avverrà un terremoto e quale intensità esso avrà. Possiamo avere una stima della frequenza di superamento di alcuni parametri rappresentativi dello scuotimento del terreno. La pericolosità è una componente del rischio che dipende dalla zona specifica. Non è possibile intervenire per ridurla. Mappa di pericolosità sismica dell Italia RISCHIO SISMICO = PERICOLOSITA x VULNERABILITA x ESPOSIZIONE VULNERABILITA La vulnerabilità sismica è la probabilità che una certa struttura raggiunga o superi un determinato livello di danno a seguito di un terremoto con data intensità. Spesso ricorre all uso di curve di fragilità, ossia correlazioni analitiche tra l intensità sismica di un possibile evento sismico e la probabilità che si verifichi una serie di potenziali stati di danno. Con interventi di miglioramento ed adeguamento è possibile ridurre sensibilmente la vulnerabilità sismica. 2

3 RISCHIO SISMICO = PERICOLOSITA x VULNERABILITA x ESPOSIZIONE ESPOSIZIONE E la misura del valore esposto al rischio Aree industriali ricche e produttive Centri storici con grande patrimonio artistico/culturale Zone densamente abitate ESPOSIZIONE ELEVATA Anche l esposizione risulta spesso un elemento importante sul quale è difficile intervenire. E necessario «progettare» l uso del territorio intervenendo, per quanto possibile, sulla distribuzione e densità abitativa, sulle infrastrutture, sulle destinazioni d uso. RISCHIO SISMICO = PERICOLOSITA x VULNERABILITA x ESPOSIZIONE In Italia, anche se la pericolosità sismica non è elevata come in California o in Giappone, ma il rischio sismico risulta comunque elevato. Diversi sono i motivi che possono essere individuati: Pericolosità sismica mediamente elevata per gran parte del territorio nazionale; Valore esposto al rischio molto alto, in termini economici, artistici, anche di vite umane; Grande vulnerabilità del costruito italiano (non realizzato secondo i recenti criteri dell ingegneria sismica); Norme sismiche relativamente recenti per tutto il territorio nazionale. 3

4 EVOLUZIONE NORMATIVA 1909: prima normativa antisismica - R.D. 18/04/1909 n.193 emanato a seguito del terremoto distruttivo di Messina e Reggio Calabria del 28/12/ : D.L.1526 quantifica le forze sismiche e la loro distribuzione lungo l altezza dell edificio 4

5 1927 : R.D. n. 431 introduce due categorie sismiche a differente pericolosità, la I^ e la II^, caratterizzate da diverse forze sismiche CLASSIFICAZIONE 1927 CLASSIFICAZIONE : D.M. n mantiene due categorie sismiche, prescrive l applicazione delle norme non più solo ai Comuni già colpiti dai terremoti e rivede i limiti di altezza degli edifici in funzione della tipologia costruttiva e della larghezza delle strade CLASSIFICAZIONE

6 1974: viene introdotto il metodo di progetto e verifica agli stati limite, definito poi in modo più preciso col D.M. 26/03/1980, che modifica anche le prescrizioni in materia di percentuale di armatura minima nei pilastri e nelle travi CLASSIFICAZIONE : D.M. n.515 introduce la zona sismica di terza categoria: S=12 - S=9 - S=6 CLASSIFICAZIONE

7 N.T.C. 14/01/2008: si fa riferimento alla pericolosità sismica di base, ovverosia l'azione sismica di riferimento per la progettazione è valutata sulla base dei parametri spettrali punto per punto sul suolo nazionale Download: I valori di a g vengono forniti su griglia con passo

8 NORME TECNICHE PER LE COSTRUZIONI INDICE 1. OGGETTO 2. SICUREZZA E PRESTAZIONI ATTESE 3. AZIONI SULLE COSTRUZIONI 4. COSTRUZIONI CIVILI E INDUSTRIALI 5. PONTI 6. PROGETTAZIONE GEOTECNICA 7. PROGETTAZIONE PER AZIONI SISMICHE definisce i criteri generali per la valutazione della sicurezza 8. COSTRUZIONI ESISTENTI e per la progettazione, l esecuzione ed il collaudo degli interventi sulle costruzioni esistenti 9. COLLAUDO STATICO 10. REDAZIONE DEI PROGETTI STRUTTURALI ESECUTIVI E DELLE RELAZIONI DI CALCOLO 11. MATERIALI E PRODOTTI PER USO STRUTTURALE ALL. A - PERICOLOSITA' SISMICA ALL. B - TABELLE DEI PARAMETRI CHE DEFINISCONO L'AZIONE SISMICA NORME TECNICHE PER LE COSTRUZIONI CAP. 8.4 Si individuano le seguenti categorie di intervento: - interventi di adeguamento atti a conseguire i livelli di sicurezza previsti dalle presenti norme; - interventi di miglioramento atti ad aumentare la sicurezza strutturale esistente, pur senza necessariamente raggiungere i livelli richiesti dalle presenti norme; - riparazioni o interventi locali che interessino elementi isolati, e che comunque comportino un miglioramento delle condizioni di sicurezza preesistenti. 8

9 CRITICITA TIPICHE DEGLI EDIFICI ESISTENTI IN C.A. GETTATI IN OPERA IN RELAZIONE ALLA RISPOSTA SISMICA GIUNTI: MARTELLAMENTO L Aquila,

10 IRREGOLARITA GEOMETRICHE Edificio a Pettino (AQ), 2009 Kobe, 1995 IRREGOLARITA IN ALTEZZA: MECCANISMO DI PIANO SOFFICE AL PIANO TERRA Kocaeli (Izmit, Turkey) - Terremoto del

11 IRREGOLARITA IN ALTEZZA: MECCANISMO DI PIANO SOFFICE AI PIANI SUPERIORI Edificio a Pianola (AQ) CARENZA DI CONTROVENTI IN UNA DIREZIONE PRINCIPALE Neftegorsk,

12 ASSENZA DI GERARCHIA DELLE RESISTENZE Edifici in L Aquila, Via Vicentini Turchia, 1999 INADEGUATA SOVRAPPOSIZIONE/INFITTIMENTO DI BARRE E STAFFE Rottura a taglio della colonnadella trave, insufficienza di staffe Kocaeli (Izmit, Turkey) 1999 Edifici in L Aquila,

13 INTERAZIONE TAMPONAMENTI-TELAIO Edifici a L Aquila, 2009 Problema degli elementi pensati originariamente come non strutturali che in realtà influiscono sulla risposta locale e globale dell edificio. PROBLEMATICHE IN TELAI PARZIALMENTE TAMPONATI Edifici scolastici, L Aquila Friuli,

14 ESPULSIONE DEI TAMPONAMENTI PER ECCESSIVA DEFORMABILITA DEI TELAI L Aquila DANNI A PARAPETTI, ELEMENTI DI FACCIATA E COPERTURA, IMPIANTI Acquedotto a Paganica (AQ) Edificio della Provincia, L Aquila Residenze a Pianola (AQ) 14

15 RIBALTAMENTO E LIQUEFAZIONE Cedimenti per liquefazione Kocaeli, 1999 Fenomeni di liquefazioni Niigata, 1964 CRITICITA TIPICHE DEGLI EDIFICI ESISTENTI IN C.A. PREFABBRICATI IN RELAZIONE ALLA RISPOSTA SISMICA 15

16 Coperture a doppia pendenza p =10-15% L=10-15 m Copertura a doppia pendenza con tegoli nervati Tipologie strutturali Edifici monopiano Copertura a doppia pendenza con pannelli in laterocemento Coperture con travi a I L=10-15 m i=15-30 m Tipologie strutturali Edifici monopiano Copertura con elementi speciali in configurazione shed Copertura piana con tegoli nervati Copertura con elementi speciali intervallati o meno da lucernari 16

17 Coperture a Shed L=12-16m i=6-15 m Tipologie strutturali Edifici monopiano Copertura a shed con travi a ginocchio Copertura a shed con travi inclinate Sull estradosso delle travi vengono posizionati tegoli nervati ad estradosso ed intradosso piano, pannelli alveolari e pannelli in latero-cemento. Le falde sono realizzate con pannelli in laterocemento, alveolari o tegoli nervati. Tipologie strutturali Edifici pluripiano L= m Epoca di costruzione anni Cemento armato precompresso Due o tre piani Solai prefabbricati (tegoli alveolari o a doppio T) o gettati in opera Tipico edificio prefabbricato pluripiano senza controventi Presenza dell ammezzato per uffici 17

18 Perdita di appoggio e danni alle connessioni tra elementi strutturali Danneggiamenti registrati negli edifici produttivi in seguito all evento sismico del maggio 2012 Inadeguatezza del vincolo trave-colonna Collasso della copertura Connessione trave-pilastro con spinotto Collasso della trave principale Collasso della Capriata Perdita di appoggio e danni alle connessioni tra elementi strutturali Danneggiamenti registrati negli edifici produttivi in seguito all evento sismico del maggio 2012 Inadeguatezza del vincolo trave-colonna Collasso della copertura Connessione trave-pilastro con spinotto Collasso della trave principale Assenza/inadeguatezza di vincoli di tipo Collasso della Capriata meccanico 18

19 Collasso di elementi di tamponatura Danneggiamenti registrati negli edifici produttivi in seguito all evento sismico del maggio 2012 Pannelli di tamponatura orizzontali Pannelli di tamponatura verticali Pannelli di tamponatura in laterizio Collasso di elementi di tamponatura Danneggiamenti registrati negli edifici produttivi in seguito all evento sismico del maggio 2012 Pannelli di tamponatura orizzontali Problemi di connessione: Pannelli di tamponatura verticali Pannelli di tamponatura in laterizio pannello-pilastro pannello-trave 19

20 Danni alle scaffalature con conseguente perdita dei contenuti portati Danneggiamenti registrati negli edifici produttivi in seguito all evento sismico del maggio 2012 Danneggiamento Ribaltamento - Collasso scaffalature Danni alle scaffalature con conseguente perdita dei contenuti portati Danneggiamenti registrati negli edifici produttivi in seguito all evento sismico del maggio 2012 Assenza di adeguati sistemi di controventamento e di ancoraggio Danneggiamento Ribaltamento - Collasso scaffalature Eccessive unità di carico Interazione con la struttura portante 20

21 Danni ai pilastri Danneggiamenti registrati negli edifici produttivi in seguito all evento sismico del maggio 2012 Perdita di verticalità Formazione di cerniere plastiche Interazioni con elementi orizzontali Danni ai pilastri Danneggiamenti registrati negli edifici produttivi in seguito all evento sismico del maggio 2012 Perdita di verticalità Problemi in fondazione Formazione (plinti di cerniere a bicchiere) plastiche Interazioni con elementi orizzontali Carenza di armatura trasversale 21

22 19/02/17 Carenze degli edifici prefabbricati rispetto all azione sismica Connessioni Assenza o inadeguatezza di unioni meccaniche tra gli elementi strutturali Tamponature carenza insita nel sistema di connessione dei pannelli alla struttura Scaffalature Pilastri e Fondazioni Tra elementi orizzontali e verticali (collegamento travepilastro) Tra elementi orizzontali (collegamento copertura-trave) Difficoltà nel quantificare il contributo alla rigidezza laterale dell assieme strutturale Forze sollecitanti possono risultare maggiori di quanto previsto e dirette principalmente nel piano del pannello Assenza di sistemi di controventamento e/o ancoraggio Indotti al collasso dal loro contenuto Interazione con la struttura principale Carenze in termini di resistenza alle sollecitazioni e duttilità dei pilastri prefabbricati e inadeguatezza delle fondazioni caratterizzate da plinti a bicchiere Vulnerabilità del contenuto degli edifici 22

23 In ambito industriale risulta si individuano due principali componenti di danno: Ø Danni diretti: legati al danno fisico della struttura, macchinari, merce ecc. Ø Danni indiretti: legati al fermo della produzione. Qualora il capannone non crolli sull intero processo produttivo, il fermo della produzione dipende principalmente dalla vulnerabilità sismica dei suoi elementi (macchinari, cisterne, tubi di collegamento, scaffali di accumulo, ecc.), dall organizzazione del processo e dal tempo per ripristinare ogni componente. APPLICATIVO PER LA VALUTAZIONE DEL RISCHIO SISMICO 3 moduli PERICOLOSITA VULNERABILITA ESPOSIZIONE VALUTAZIONE DEL RISCHIO 23

24 APPLICATIVO PER LA VALUTAZIONE DEL RISCHIO SISMICO - Definizione della pericolosità sismica su ogni punto del territorio nazionale. - Libreria per la definizione della vulnerabilità di strutture, macchinari, scaffalature ecc.. Scelta materiale di costruzione, livello di proge5azione e tipologia stru5urale. APPLICATIVO PER LA VALUTAZIONE DEL RISCHIO SISMICO Non solo strutture, ma possibilità di valutare la vulnerabilità sismica anche di componenti industriali. 24

25 Applicazione in ambito industriale: possibilità di modellare la specificità di ogni processo, considerando le relazioni funzionali proprie del processo. MATERIE PRIME PRODOTTO FINALE Rappresentazione nel dettaglio di ogni elemento. Vulnerabilità Tempo di recupero Identificazione della strategia di intervento migliore per la mitigazione del rischio. CONCLUSIONI Necessità di un approccio scientifico alla stima del rischio sismico; Individuazione degli elementi di criticità che rientrano nella stima della vulnerabilità e del rischio; La vulnerabilità è spesso l unica componente del rischio su cui è ragionevolmente possibile intervenire; La Normativa prevede anche la possibilità di effettuare interventi di miglioramento senza necessariamente adeguare la struttura alle azioni sismiche previste dalla Normativa attuale (talvolta l adeguamento può comportare spese insostenibili e/o fermo produzione). Ciò permette di ridurre la vulnerabilità con costi ragionevoli. Necessità di «progettare» una ripresa dell impianto per ridurre il periodo di fermo della produzione: intervento sulla vulnerabilità degli elementi strutturali e non strutturali, sulla disponibilità di sostituzione immediata, sulle metodologia di recovery, metodi per continuare la produzione in modo alternativo ecc.. La mitigazione del rischio può passare anche attraverso la stipula di opportune polizze assicurative come si fa in altre parti del mondo aventi livelli di rischio sismico anche inferiore a quello presente in Italia. 25