Vulnerabilità sismica delle strutture industriali

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Dino Gianni
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1 VADEMECUM per la SICUREZZA SISMICA DEI FABBRICATI INDUSTRIALI Vulnerabilità sismica delle strutture industriali Bernardino Chiaia Alessandro P. Fantilli

2 Indice Inquadramento del problema I capannoni prefabbricati di c.a. in zona sismica Interventi di miglioramento e adeguamento Il problema delle connessioni La resistenza dei pilastri e delle fondazioni Conclusioni 2

La sismicità nel nord Italia Prima del 2003, le zone dove è localizzata la maggior parte dei capannoni erano NC, ossia non classificate da un punto di

3 La sismicità nel nord Italia Prima del 2003, le zone dove è localizzata la maggior parte dei capannoni erano NC, ossia non classificate da un punto di vista sismico. In tali zone, i capannoni sono stati progettati in assenza di azioni indotte dal sisma. Le uniche azioni orizzontali erano dovute al vento. 3

4 La sismicità nel nord Italia Dal 2003, le zone NC sono diventate zone 4, ed in alcuni casi zone 3 (vedi Pinerolo, Giaveno ecc ). NTC2008: pericolosità locale In accordo con le NTC 2008, nelle nuove costruzioni occorre applicare le azioni sismiche (e.g., in zona 4, l azione orizzontale è pari a circa il 7% del peso), oltre all azione del vento. 4

5 Modellare un capannone TEGOLO TRAVE PILASTRO PLINTO F s TAMPONAMENTO Le varie parti di un capannone si possono schematizzare con il pendolo rovescio. La massa, localizzata prevalentemente in alto, produce un azione sismica pari a: Fs = mam " 5

6 F s vs. azione del vento F V F s H F v B1 B2 In zona 4 a M =0.07 g I capannoni in c.a. della vecchia zona NC, con buona probabilità, non garantiscono gli standard di sicurezza previsti dalle attuali norme Nelle strutture industriali occorre conoscere il rischio, così come si è obbligati a conoscere la classe energetica di un edificio (L.81/08) 6

7 Le nuove costruzioni n n Se la struttura di c.a. di un capannone industriale è progettata secondo le norme attuali, resiste all azione sismica. Prova di laboratorio in scala reale: l azione che porta a rottura supera di 3 volte quella prevista in zona 1 n Un capannone che ha ben resistito al sisma dell Aquila (magnitudo > 5) 7

8 Il caso dell Emilia Se le attuali norme e regole non sono rispettate, i capannoni crollano (vedi terremoto dell Emilia). Capannone Haemotronics 8

9 Il caso dell Emilia 9

10 Memoria corta COTONIFICIO GEMONESE (1976) 10

11 Analisi dei crolli TEGOLO TRAVE PILASTRO PLINTO TAMPONAMENTO Criticità nei collegamenti Copertura Trave Trave Pilastro Struttura tamponamento " Criticità nella resistenza dei pilastri delle fondazioni 11

12 Connessione copertura-trave Semplice appoggio della copertura sulla trave (resistenza orizzontale affidata unicamente all attrito) Collassi per perdita di appoggio (eccessivo spostamento) 12

13 Possibile soluzione Possibile soluzione: creazione del collegamento mediante angolari d acciaio ancorati con bulloni alla trave ed al tegolo 13

14 Connessione copertura-trave 14

attrito) Collassi nel piano per perdita di appoggio (eccessivo

15 Connessione trave pilastro Semplice appoggio della trave sul pilastro (resistenza orizzontale affidata unicamente all attrito) Collassi nel piano per perdita di appoggio (eccessivo spostamento) Collassi fuori dal piano, torsione, (rottura della forcella) 15

16 Connessione trave pilastro Semplice appoggio della trave sul pilastro (resistenza orizzontale affidata unicamente all attrito) Scorrimento e rottura locale per attrito Rottura della forcella 16

17 Possibile soluzione Possibile soluzione per evitare lo scorrimento nel piano e la rottura della forcella 17

18 Connessione trave pilastro Prima dell intervento n Dopo l intervento n 18

19 Aggancio pannello struttura 19

20 Aggancio pannello struttura Possibili soluzioni Ancoraggio al pilastro (pannelli orizzontali) Ancoraggio alla trave (pannelli verticali) 20

I pilastri in zona sismica Se si eseguono solo gli interventi descritti in precedenza, si ottiene un miglioramento, ossia un aumento della sicurezza

4 NTC 2008) La realizzazione dei collegamenti non fa altro che trasferire la forza orizzontale ai pilastri, che risultano quindi soggetti anche a

21 I pilastri in zona sismica Se si eseguono solo gli interventi descritti in precedenza, si ottiene un miglioramento, ossia un aumento della sicurezza strutturale, pur senza necessariamente raggiungere i livelli richiesti dalle norme ( 8.4 NTC 2008) La realizzazione dei collegamenti non fa altro che trasferire la forza orizzontale ai pilastri, che risultano quindi soggetti anche a flessione e taglio (maggiori alla base) Nei capannoni esistenti in c.a. spesso non c è sufficiente armatura per sopportare il taglio ed il momento flettente (sono stati progettati per sforzo normale prevalente) 21

22 I pilastri in zona sismica La presenza di armatura alla base dei pilastri (normativa Canadese) Prestazioni non da zona sismica (prima del 2000) Prestazioni da zona sismica (dopo il 2000) 22

23 I pilastri in zona sismica Possibile soluzione: cerchiatura alla base 23

24 I pilastri in zona sismica Rotture nei pilastri resi tozzi dal tamponamento 24

25 I pilastri in zona sismica Possibile intervento per aumentare la resistenza a taglio e flessione del pilastro in prossimità della finestra a nastro 25

26 Le fondazioni rotazione per liquefazione del terreno rotazione per rottura alla base 26

27 Le fondazioni In presenza di azioni orizzontali, la base di appoggio del plinto potrebbe essere troppo piccola 27

28 Analisi di vulnerabilità - 0 Nello spirito del "livello 0 di Protezione Civile, si dovrebbe rilevare il grado di vulnerabilità associato a ciascun fabbricato, mediante: studio della documentazione sopralluogo visivo analisi strutturali speditive (es. RESISTO, ecc ) Successivamente, tramite metodologia multi-criterio, il valore di vulnerabilità va combinato con: la pericolosità locale (zonazione sismica e caratteristiche geologiche) l esposizione (vite umane, impianti e macchine, interruzione attività) In tal modo si stila un elenco di priorità per gli approfondimenti successivi. 28

29 Analisi di vulnerabilità - 1 Nello spirito del cosiddetto "livello 1, l attività successiva (soltanto sugli edifici a rischio individuati dalla prima fase), consiste in: acquisizione delle conoscenze sui materiali (resistenze residue ricavate mediante indagine su campioni estratti dalle strutture) calcolo strutturale approfondito (analisi dinamiche, lineari e nonlineari, pushover, curve di capacità ecc ) valutazioni sulla funzionalità degli impianti (SL Operatività) definizione del valore di PGA sostenibile dalla struttura, e quindi del cosiddetto tempo di vita utile Successivamente, evidenziate con precisione le criticità, si può passare a definire la strategia di intervento: miglioramento sismico (raggiungimento di una% di PGA minima) adeguamento sismico (100% di PGA) nello spirito della normativa e sulla base delle richieste aziendali. 29

30 I capannoni industriali Più del 65% dei capannoni in vendita sono localizzati in Piemonte, Lombardia, Veneto e Liguria. Si tratta di circa capannoni Costo minimo 500 /m 2 Superficie media 1000 m 2 Totale: 5 miliardi di euro (come il fatturato di una grande azienda italiana) 30

contesto storico, economico e culturale in cui è stato progettato.

31 Possibili miglioramenti Si può intervenire per migliorare. Attenzione!! Il capannone è un prodotto tecnologico, i cui standard di sicurezza e prestazionali sono legati al contesto storico, economico e culturale in cui è stato progettato. Un capannone industriale esistente è come una vecchia auto: si può aggiungere ciò che non era previsto nel progetto iniziale, ma è difficile adeguarsi alle prestazioni degli attuali autoveicoli. 31

32 Conclusioni È opportuno definire una classe sismica dei capannoni, anche con metodologie speditive (analisi di vulnerabilità) Esistono molte metodologie di intervento per il miglioramento. L adeguamento, in generale, può essere molto invasivo e costoso. In certi casi, l analisi costi-benefici suggerisce la demolizione/ ricostruzione (si pensi al caso in cui oltre al problema sismico si aggiunge anche quello all incendio e le prestazioni energetiche ) Per alcuni prodotti tecnologici realizzati in passato, è infatti praticamente impossibile soddisfare tutti gli standard attuali. 32

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