Rischio Sismico, Vulnerabilità ed Interventi di Miglioramento Sismico su Edifici ad Uso Industriale e Produttivo

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1 Valutazione del Rischio Sismico negli Edifici Industriali Adempimenti Ed Opportunità Rischio Sismico, Vulnerabilità ed Interventi di Miglioramento Sismico Dipartimento di Ingegneria Università di Bergamo Dalmine 4/12/2013 Prof. Ing. Paolo Riva Dipartimento di Ingegneria Università degli Studi di Bergamo

2 2/53 RISCHIO SISMICO

3 3/53 Fonte: Prof. Mauro Dolce Protezione Civile

7 7/53 AZIONI PER LA MITIGAZIONE DEL RISCHIO SISMICO 1. MIGLIORAMENTO DELLE CONOSCENZE 2. RIDUZIONE DELLA VULNERABILITÀ E DELL ESPOSIZIONE 3. MITIGAZIONE DEGLI EFFETTI

8 8/53 VULNERABILITÀ SISMICA DI EDIFICI PREFABBRICATI

9 9/53 INQUADRAMENTO DEL PROBLEMA VALUTAZIONE DELL EDIFICIO DIAGNOSI DELLA STRUTTURA 1) NORMATIVA STORICA 2) INDAGINI PRELIMINARI 3) DISEGNI ESECUTIVI ESISTENTI CAPACITA SISMICA > DOMANDA SISMICA SCELTA DEI MATERIALI SCELTA DELL INTERVENTO (LOCALE/GLOBALE)

10 COMPORTAMENTO SISMICO DELLE STRUTTURE PREFABBRICATE: LEZIONI DAL PASSATO 10/53 Una struttura prefabbricata ben progettata può essere caratterizzata da PRESTAZIONI SISMICHE POTENZIALMENTE ELEVATE La principale causa di risposte sismiche inadeguate in edifici in c.a. gettati in opera è da ricercare nella SCARSA CURA dei PARTICOLARI COSTRUTTIVI: carenza di armatura di confinamento insufficiente lunghezza di sovrapposizione o interruzione delle barre longitudinali scorrimento delle barre di armatura inadeguata resistenza e capacità di spostamento delle connessioni Nella prefabbricazione una progettazione efficace consente di evitare il problema di realizzare NODI COMPLICATI IN OPERA CON CONGESTIONE DI ARMATURE, grazie a una produzione in ambiente controllato Alcuni problemi delle strutture gettate in opera, quindi, possono essere risolti ricorrendo alla prefabbricazione e all uso di connessioni prefabbricate La principale causa di risposte sismiche inadeguate in edifici prefabbricati è da ricercare nella MANCANZA O INADEGUATEZZA DEI COLLEGAMENTI: Mancanza di collegamento tra travi e pilastri ed elementi di copertura Mancanza di collegamento tra i plinti di fondazione Vincoli privi di duttilità oppure che non consentono spostamenti relativi Vincoli dotati di eccesiva rigidezza, non compatibili con le richieste di spostamento

11 11/53 VANTAGGI E SVANTAGGI DELLE STRUTTURE PREFABBRICATE VANTAGGI Possibile aumento della velocità di costruzione con riduzione del personale necessario in cantiere; Elevata qualità costruttiva e realizzativi dei singoli componenti e maggiore durabilità dei singoli componenti; Se opportunamente progettate, le strutture possono esibire un danneggiamento ridotto in seguito al terremoto. SVANTAGGI Devono essere sviluppati sistemi economici ed efficaci per il collegamento dei singoli componenti affinché la struttura possa resistere al sisma mantenendo la sua integrità; Le tecniche costruttive e di montaggio utilizzate per la realizzazione dei giunti possono essere inusuali per la mano d opera abituale, richiedendo un ottimo controllo della qualità nella fase di montaggio e costruzione; Può essere necessario operare con tolleranze molto ridotte. Paolo Riva, Dipartimento di Ingegneria, Università degli Studi di Bergamo

12 12/53 INFLUENZA DELLO SCHEMA STATICO SULLA RISPOSTA SISMICA Ipotizzando massa m identica fra i due sistemi: Ipotizzando che entrambi i periodi si trovino nella regione dello spettro di risposta in cui Sd (accelerazione di progetto) è inversamente proporzionale al periodo T (velocità costante):

13 13/53 INFLUENZA DELLO SCHEMA STATICO SULLA RISPOSTA SISMICA Azione sismica raddoppiata per la mensola ma momenti massimi uguali (lunghezza di libera inflessione con doppio incastro dimezzata) VANTAGGIO SPOSTAMENTI RIDOTTI Si evitano eventuali martellamenti fra parti di edificio Si scongiura la perdita di appoggio di elementi strutturali Interessano la compatibilità geometrica delle unioni fra elementi strutturali e/o non strutturali (coppelle di copertura, pannelli prefabbricati etc.)

14 14/53 VALUTAZIONE DELLO SPOSTAMENTO ALLO STATO LIMITE DI SALVAGUARDIA DELLA VITA PER UN GENERICO EDIFICIO MONOPIANO CON TRAVI INCERNIERATE Si calcola lo spostamento associato al raggiungimento dello snervamento alla base del pilastro: Considerando la relazione proposta da Priestley per sezioni rettangolari tra f y, D e e y : Con: D dimensione della sezione del pilastro nella direzione in esame, ε y deformazione a snervamento dell armatura ed H altezza del pilastro Da cui il drift elastico: Nell ipotesi che q sia maggiore di 0.1, D sarebbe quantomeno pari a 1/10 di H, da cui si ottiene: Ipotizzando che valga il criterio di uguaglianza degli spostamenti e considerando un fattore di struttura q = 4:

15 15/53 INTRODUZIONE: DIAGNOSI SUGLI EDIFICI ESISTENTI Indagini diagnostiche su numerosi edifici esistenti sull intero territorio nazionale: Progettazione ai carichi verticali, con considerazione di azioni orizzontali convenzionali e di modesta entità; Scarsa resistenza e duttilità della struttura e dei collegamenti; Collasso collegamenti pannello-struttura; Martellamento fra elementi adiacenti; Mancanza di confinamento e instabilità delle barre d armatura; NECESSITÀ DI INTERVENTI DI ADEGUAMENTO SISMICO E MIGLIORAMENTO SISMICO Paolo Riva, Dipartimento di Ingegneria, Università degli Studi di Bergamo

16 16/53 COMPORTAMENTO DELLE STRUTTURE ESISTENTI

17 17/53 DIAGNOSI SUGLI EDIFICI ESISTENTI PERDITA DI APPOGGIO

18 18/53 DIAGNOSI SUGLI EDIFICI ESISTENTI PERDITA DI APPOGGIO 18/46

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20 20/53 DIAGNOSI SUGLI EDIFICI ESISTENTI COLLASSO DI ELEMENTI DI TAMPONATURA ORIZZONTALI

21 21/53 DIAGNOSI SUGLI EDIFICI ESISTENTI

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23 23/53 DIAGNOSI SUGLI EDIFICI ESISTENTI COLLASSO DI ELEMENTI DI TAMPONATURA ORIZZONTALI

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25 25/53 DIAGNOSI SUGLI EDIFICI ESISTENTI COLLASSO DI ELEMENTI DI TAMPONATURA VERTICALI

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27 27/53 DIAGNOSI SUGLI EDIFICI ESISTENTI DANNI AI PILASTRI

28 28/53 DIAGNOSI SUGLI EDIFICI ESISTENTI DANNI AI PILASTRI

29 29/53 DIAGNOSI SUGLI EDIFICI ESISTENTI DANNI ALLE FORCELLE

30 DIAGNOSI SUGLI EDIFICI ESISTENTI DANNI ALLE FORCELLE 30/53

31 31/53 DIAGNOSI SUGLI EDIFICI ESISTENTI DANNI ALLE SCAFFALATURE

32 32/53 INTERVENTI DI MIGLIORAMENTO: PRINCIPI

33 33/53 PRINCIPI E OBIETTIVI La messa in sicurezza di edifici prefabbricati si base sui seguenti interventi strategici Confinare la sezione di base dei pilastri solo se strettamente indispensabile Limitare gli spostamenti in sommità per evitare la perdita di appoggio Creare nuovi vincoli efficaci Impedire la rotazione fuori piano di travi alte e capriate di copertura Inserire sistemi di ritenuta antiribaltamento per i pannelli di facciata Offrire stabilita indipendente dalla struttura per le scaffalature SOLO PER EDIFICI DANNEGGIATI DA SISMA ED IN ASSENZA DI VALUTAZIONI APPROFONDITE, Gli Interventi Devono Manternere lo Schema Statico e la Rigidezza del Sistema Originale per Evitare l Incremento di Sollecitazioni e il Rischio di Collasso della Struttura

34 34/53 PRINCIPI DI DIMENSIONAMENTO STRUTTURE PREFABBRICATE MONOPIANO: costituite per la maggior parte da pilastri con plinto a bicchiere e trave superiore semplicemente appoggiata Edificio associabile ad un OSCILLATORE SEMPLICE: Sm i = massa del sistema pari a quella della struttura di copertura più la quota parte di massa dei pannelli di facciata portata dai pilastri Sk i = rigidezza del sistema pari alla somma delle rigidezze di tutti i pilastri TAGLIO ALLA BASE TOTALE: Paolo Riva, Dipartimento di Ingegneria, Università degli Studi di Bergamo

35 35/53 PRINCIPI DI DIMENSIONAMENTO TAGLIO ALLA BASE DI CIASCUN PILASTRO A. Impalcato infinitamente rigido: B. Impalcato flessibile: SPOSTAMENTO IN SOMMITA DI CIASCUN PILASTRO FORZA DI PROGETTO PER I SINGOLI COLLEGAMENTI Con w i corrispondente alla somma tra la massa dell elemento e le masse corrispondenti ai carichi permanenti strutturali e non strutturali da esso portati

36 36/53 PRINCIPI DI DIMENSIONAMENTO AGGIUNTA DI MECCANISMI DI DISSIPAZIONE: VANTAGGI DIMINUZIONE DELLA PSEUDO ACCELERAZIONE DIMINUZIONE DELLO SPOSTAMENTO SPETTRALE DIMINUZIONE DEL TAGLIO ALLA BASE MINORE RICHIESTA DI CAPACITA DI SPOSTAMENTO Paolo Riva, Dipartimento di Ingegneria, Università degli Studi di Bergamo

37 37/53 PRINCIPI DI DIMENSIONAMENTO AGGIUNTA DI MECCANISMI DI DISSIPAZIONE I giunti ad emulazione del calcestruzzo gettato in opera non si prestano per l utilizzo di questa tipologia di dissipatori: Prefabbricati a emulazione di telai monolitici poco diffusa in Italia; Danni causati dalla formazione di cerniere plastiche in alcuni elementi; Il dispositivo entra in funzione soltanto una volta raggiunte sufficienti deformazioni (con conseguenti danni) nelle estremità delle travi; PREFABBRICATI A TELAIO INCERNIERATO Paolo Riva, Dipartimento di Ingegneria, Università degli Studi di Bergamo

38 38/53 PRINCIPI DI DIMENSIONAMENTO AGGIUNTA DI MECCANISMI DI DISSIPAZIONE: OSSERVAZIONI INCREMENTO DI ENERGIA DISSIPATA MAGGIORE RIGIDEZZA Diminuzione dei valori di spostamento in testa del telaio Diminuzione delle sollecitazioni alla base del pilastro Soddisfacimento delle verifiche di θ Diminuzione del periodo proprio della struttura; Aumento delle sollecitazioni nella struttura compensato dal cambio di schema statico Paolo Riva, Dipartimento di Ingegneria, Università degli Studi di Bergamo

39 39/53 TIPOLOGIE DI COLLEGAMENTO Collegamento tra pilastro e pavimento industriale Rinforzo dei pilastri alla base Collegamento orizzontale in sommita dei pilastri Collegamento tra pilastri e travi Collegamento di elementi in copertura Ritenute dei pannelli di facciata Controventamento nel piano di copertura

40 40/53 ESEMPI DI INTERVENTO

41 41/53 Utilizzo di pareti in blocchi come controventi

42 42/53 Riparazione Appoggi Travi

43 Connessione tegolo-pannello 43/53 Connessione tegolo-tegolo (dalla copertura)

44 44/53 Connessione Tegolo-Trave

45 Connessione Trave-Pilastro ed utilizzo di Trefoli 45/53

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53 53/53 Strategie di prevenzione più efficaci farebbero non solo risparmiare decine di miliardi di dollari ma salverebbero decine di migliaia di vite. Costruire una cultura di prevenzione non è facile. Mentre i costi della prevenzione debbono essere pagati nel presente, i suoi benefici si avvertono in un futuro distante. Per di più, i benefici non sono tangibili: SONO I DISASTRI NON AVVENUTI (Kofi Annan, WSSD 2002)