CLASSIFICAZIONE SISMICA DEGLI EDIFICI

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1 CLASSIFICAZIONE SISMICA DEGLI EDIFICI D.M. 58 del 28/02/2017 "Sisma Bonus" (Update number _01) Copyright of ITALY G R U P P O S I S M I C A S. R. L.

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3 INDICE GENERALE 1. PREMESSA 4 2. RIFERIMENTI NORMATIVI 4 3. DETERMINAZIONE DELLA CLASSE DI RISCHIO SISMICO Metodo convenzionale METODO SEMPLIFICATO Lim i ti de l Met od o semplific ato Interventi e passaggio di classe di rischio 9 4. CASO DI STUDIO: DETERMINAZIONE DELLA CLASSE DI RISCHIO SISMICO DI UN EDIFICIO IN MURATURA Descrizione stato di fatto ANALISI E DETERMINAZIONE DELLA CLASSE di Rischio Sismico 13 3

4 1. PREMESSA Il presente tutorial tratta i criteri di classificazione del Rischio Sismico delle costruzioni, secondo il Decreto Minsteriale n. 58, emanato dal Ministero delle Infrastrutture e dei Trasporti del 28/02/2017, recante Sisma Bonus Linee Guida per la classificazione del rischio sismico delle costruzioni nonché le modalità per l attestazione, da parte di professionisti abilitati, dell efficacia degli interventi effettuati. La finalità delle Linee Guida è quella di attualizzare e formalizzare la legge di Stabilità 2017 (Legge, 11/12/2016 n 232), art. 1, comma 2, lettera c, concernente il beneficio fiscale per le opere connesse alla riduzione del rischio sismico degli edifici (Sisma Bonus). In virtù di detta legge, e dell attuazione della stessa mediante la emanazione di linee guida per la determinazione concreta del rischio sismico degli edifici, vengono conferiti a chi migliori la Classe di rischio sismico dell edificio degli sgravi fiscali, commisurati al miglioramento conseguito: Sgravi del 50% del costo dell intervento per quelli che non migliorano la Classe di Rischio Sgravi del 70% del costo dell intervento per quelli che migliorano di una Classe di Rischio Sgravi dell 80% del costo dell intervento per quelli che migliorano di due o più Classi di Rischio Nel caso di interventi in condomini le detrazioni del 70% e 80% diventano del 75% e 85%, se gli interventi riguardano le parti comuni dell edificio. Fanno parte integrante del Decreto i seguenti allegati: Allegato A: Allegato B: Linee guida per la classificazione del rischio sismico delle costruzioni; Modello per l`asseverazione prevista dal Decreto. Le indicazioni riportate nel decreto consentono di misurare l efficacia di interventi finalizzati alla riduzione del rischio sismico, che dovrà essere asseverata dal progettista dell'intervento strutturale. Quest ultimo, ad integrazione di quanto già previsto dal decreto del Presidente della Repubblica n. 380 del 2001 e dal D.M. 14 gennaio 2008, e secondo i contenuti delle attuali linee guida (allegato B), assevera la classe di rischio dell'edificio precedente l'intervento e quella conseguibile a seguito dell'esecuzione dell'intervento progettato. Nella prima parte del presente tutorial vengono descritte le procedure per la determinazione della Classe di Rischio sismico di un edificio, secondo quanto descritto nell'egato A, distinguendo tra il metodo convenzionale e il metodo semplificato. Nella seconda parte del documento viene riportato un esempio di calcolo della Classe di Rischio sismico di un edificio in muratura, mediante il metodo convenzionale, utilizzando i risultati delle analisi push-over eseguite con 3DMacro. 2. RIFERIMENTI NORMATIVI D.M Norme Tecniche per le Costruzioni Circolare n 617/2009 Istruzioni di cui al D.M

5 D.M. 28/02/2017 n Sisma Bonus Linee guida per la classificazione del rischio sismico delle costruzioni, nonché le mo.dalità per l attestazione, da parte di professionisti abilitati, dell efficazia degli interventi effettuati. 3. DETERMINAZIONE DELLA CLASSE DI RISCHIO SISMICO Il D.M.28/02/2017 all Allegato A individua e classifica i seguenti metodi di determinazione della classe di rischio sismico: Metodo convenzionale Metodo semplificato Il metodo convenzionale è applicabile a qualsiasi tipologia di costruzione ed è basato sulla applicazione dei normali metodi di analisi previsti dalle Norme Tecniche per le Costruzioni e consente la valutazione della Classe di Rischio della costruzione sia nello stato di fatto, che in quello successivo all eventuale intervento. Il calcolo della Classe di Rischio sismico viene ricondotto a due parametri: 1. La Perdita Annuale Media attesa (PAM), che tiene in considerazione le perdite economiche associate ai danni da sisma, riferite al Costo di Ricostruzione. 2. L indice di sicurezza (IS-V) della struttura, noto anche come Indice di Rischio, legato alla salvaguardia delle vite umane. Vengono definite otto classi di rischio sismico, da A+ a G. Il metodo semplificato si basa su una classificazione macrosismica dell edificio ed è utilizzabile per una valutazione speditiva della Classe di Rischio dei soli edifice in muratura. Esso può essere utilizzato sia per una valutazione preliminare indicative, sia per determinare (per i soli edifici in muratura) la classe di rischio relativi all adozione dei soli interventi di tipo locale. Nel caso di edifici, la classe di rischio da associare alla singola unità abitativa coincide con quella dell edificio a cui essa appartiene e, comunque, il fattore di sicurezza strutturale deve essere quello relativo alla struttura dell edificio nella sua interezza METODO CONVENZIONALE Il Metodo Convenzionale consente di assegnare una Classe di rischio sismico alla costruzione, in funzione del parametro economico PAM (Perdite Annuale Media attesa) e dell indice di sicurezza strutturale di salvaguardia della vita (IS-V), prima definiti. Detto metodo è applicabile a tutti i tipi di costruzione previsti dalle Norme Tecniche per le Costruzioni (NTC 2008). Per poter assegnare la Classe di Rischio è necessario valutare la Classe PAM (mediante il paramentro economico PAM) e la Classe IS-V (mediante l indice di sicurezza strutturale IS-V), in cui ricade la costruzione in esame. La peggiore tra le classi così determinate, costituisce la Classe di rischio sismico della costruzione. Preliminarmente è necessario determinare, con riferimento al sito in cui sorge l'edificio, la capacità della costruzione di resistere al sisma di progetto, per gli Stati Limite previsti dalle NCT

6 Il parametro PAM può essere assimilato al costo di riparazione dei danni prodotti dagli eventi sismici, che si manifestano nel corso della vita della costruzione, ripartito annualmente, ed espresso come percentuale del costo di ricostruzione. Esso può essere valutato come l'area sottesa alla curva rappresentante le perdite economiche dirette, in funzione della frequenza media annua di superamento (inverso del periodo medio di ritorno) degli eventi che provocano il raggiungimento di uno stato limite per la struttura (v. Fig.1). Detta curva viene discretizzata da una spezzata e determinata per punti, come meglio specificato nel seguito. Minore risulta l area sottesa alla curva e minore sarà la perdita economica media annua attesa (PAM). Fig.1 Andamento della curva che individua il PAM, riferita a una costruzione con vita nominale 50 anni e appratenente alla classe d uso II (cfr. Allegato A del D.M. n.58 del 28/02/2017) I valori di riferimento per la determinazione della Classe PAM sono di seguito riportati: Perdita Media Annua attesa (PAM) Classe PAM PAM 0,5% A + PAM 0,5% PAM 1,0% APAM 1,0% PAM 1,5% BPAM 1,5% PAM 2,5% CPAM 2,5% PAM 3,5% DPAM 3,5% PAM 4,5% EPAM 4,5% PAM 7,5% FPAM 7,5% PAM GPAM Tabella 1 Perdita Media Annua Attesa e Classe PAM La determinazione del parametro PAM (Perdita Media Annua attesa) viene effettuata mediante i seguenti passaggi: 1. Analisi della struttura, secondo i metodi canonici previsti dalle NCT '08; 6

7 2. Determinazione delle accelerazioni al suolo di capacità (PGA C ) per ciascuno Stato Limite: PGA SLC, PGA SLV, PGA SLD, PGA SLO. In via semplificata è possibile calcolare le PGA limitatamente ai soli SLV e SLD; 3. Valutazione dei periodi di ritorno Tr C corrispondenti alle accelerazioni al suolo prima calcolate, per ciascuno Stato Limite considerato, utilizzando la seguente espressione: TR C = TR D (PGA C /PGA D ) η Per ciascuno Tr C è possibile associare una frquenza media annuale di superamento, pari all inverso del periodo di ritorno λ C = 1/Tr C. Nel caso in cui si è operato con modo approssimato, verificando soltando due stati limite, le frequenze medie per i restanti stati limite vengono determinate utilizzando le seguenti relazioni: λ (SLO)= 1.67 λ (SLD) λ (SLC)= 0.49 λ (SLV) 4. Vengono definiti due Stati Limite aggiuntivi: a. SLDI (Stato Limite di Danno Incipiente), a cui è associata una perdita economica nulla, in corrispondenza di un evento sismico, ed il cui periodo di ritorno è assuntto convenzionalmente pari a 10 anni (λ=0,1); b. SLR (Stato Limite di Ricostruzione), a cui è associata una perdita economica pari al 100%, stante la criticità generale che presenta la costruzione dopo il sisma, tale da rendere pressochè impossibile la esecuzione di un intervento diverso da demolizione e ricostruzione. 5. Associato a ciascuno dei λ così calcolati si determina il corrispondente valore della perdita economica, espressa in percentuale di costo di ricostruzione CR (%) determinato secondo la seguente tabella: Tabella 2 Valore della perdita economica (CR %) associata ad ogni stato limite 6. Determinate le coppie di punti (λ, CR), per ciascuno dei sopra indicati Stati Limite, si calcola l area sottesa alla spezzata, mediante l espressione: 5 PAM = [λ(sl i 1 )-λ(sl i ] i=2 [CR%(SL i 1) + CR%(SL i )] + λ(slc) CR%(SLR) 2 dove i rappresenta il generico Stato Limite (i=1 per lo SLID ed i=5 per lo SLC) 7

8 7. Noto il valore del PAM, mediante la tabella 1, si determina la Classe PAM. 8. Il secondo indice è rappresentato dall indice di Sicurezza per la Vita IS-V, coincidente con l Indice di rischio allo SLV, valutato come rapporto tra la PGA di capacità per lo SLV (PGA C,SLV ) e la PGA di domanda per lo SLV (PGA D,SLV ). 9. Noto il valore dell indice di Sicurezza per la Vita IS-V, dalla tabella 3 si determina la Classe IS-V: Indice di Sicurezza IS-V Classe IS-V 100% < IS-V A + IS-V 80% < IS-V 100% AIS-V 60% < IS-V 80% BIS-V 45% < IS-V 60% CIS-V 30% < IS-V 45% DIS-V 15% < IS-V 30% EIS-V IS-V 15% FIS-V Tabella 3 Indice di Sicurezza e Classe IS-V La Classe di Rischio Sismico si determina come la minore tra la Classe PAM e la Classe IS-V METODO SEMPLIFICATO In alternativa al metodo convenzionale e limitatamente ai soli edifici in muratura, può essere utilizzato il Metodo Semplificato, che consente di determinarre la Classe di Rischio Sismico della costruzione a partire dalla Classe di Vulnerabilità, definita dalla Scala Macrosismica Europea (EMS). Ulteriori dettagli su questo metodo vengono in questa sede trascurati e si rimanda per una trattazione completa all Allegato A del DM n.58 del 28/02/ LIMITI DEL METODO SEMPLIFICATO Nonostante il Metodo semplificato si presti alla determinazione della classe di rischio sismico di aggregati edilizi in muratura, in cui è più complessa l individuazione dell unità strutturale, è necessario precisare che la stima della Classe di rischio sismico mediante questo metodo si può ritenere una stima attendibile, ma non sempre coerente con quella ottenuta con il metodo convenzionale. Pertanto, quest ultimo rappresenta, allo stato attuale, il necessario riferimento omogeneo e convenzionale per la valutazione della classe di rischio sismico di un edificio (cfr. Allegato A del D.M. 28/02/2017). Altro limite del Metodo semplificato è quello di consentire la classificazione sismica dei soli edifici in muratura, mentre non è applicabile per tutte le altre tipologie costruttive. Infine, ricordiamo che l utilizzo del Metodo semplificato per la valutazione della classe di rischio sismico di un eficio è applicabile per i soli interventi che possono essere inquadrati come interventi locali 8

9 (secondo la definizione dell NTC2008) cioè l entità degli interventi deve essere tale da non produrre sostanziali modifiche del comportamento globale della struttura. Inoltre questo metodo consente di ottenere un miglioramento dell edificio di una sola classe di rischio INTERVENTI E PASSAGGIO DI CLASSE DI RISCHIO Gli interventi posti in atto allo scopo di diminuire il Rischio sismico e quindi migliorare la Classe hanno effetti sia sulla Classe PAM, che su quella IS-V. Utilizzando il Metodo Convenzionale per poter determinare l effetto degli interventi per la riduzione del rischio, in termini di numero di Classi di rischio, è determinabile valutando la Classe di Rischio della costruzione prima dell intervento e quella post-intervento. Con questo metodo si può conseguire il paggaggio di una, due o più classi di rischio, quantificando il miglioramento che si è attuato con l intervento. Quando invece la Classe di Rischio viene determinata con il Metodo Semplificato, si può ritenere valido il passaggio alla classe immediatamente superiore se sono soddisfatte le condizioni riportate nell Allegato A di cui già sopra detto, specifiche per ciascuna tipologia. 9

10 4. CASO DI STUDIO: DETERMINAZIONE DELLA CLASSE DI RISCHIO SISMICO DI UN EDIFICIO IN MURATURA Nel presente capitolo si riporta un esempio tratto da un caso studio di intervento globale su un edificio in muratura, utilizzando il Metodo Convenzionale DESCRIZIONE MODELLO DATI GENERALI DELL OPERA - Livello di conoscenza : LC2 - Sito di costruzione : Regione Abruzzo; Comune Acciano (AQ) ( N; E ) - PGA (10% in 50 anni) : g - Tipo di costruzione : ordinaria - Classe d uso : II - vita nominale : 50 anni - Coefficiente d uso : 1,00 - Categoria di suolo : A - Condizione topografica : T1 CARATTERISTICHE MECCANICHE DELLA MURATURA LC2 FC=1.2 10

11 CARATTERISTICHE DEL CLS LC2 FC=1.2 CARATTERISTICHE DELL ACCIAIO LC2 FC=1.2 11

12 CARATTERISTICHE DELLE SEZIONI IN C.A Trave in c.a (dimensioni): 30x50 cm Armatura longitudinale: 2+2 Φ 14 Amatura di parete: 2 Φ 14 Armatura trasversale: Φ8/15 cm CARICHI SULLA PARETE PROVENIENTI DAI SOLAI Solai abitazione Solaio copertura 12

13 MODELLO SOLIDO TRIDIMENSIONALE E COMPUTAZIONALE 4.2. ANALISI E DETERMINAZIONE DELLA CLASSE DI RISCHIO SISMICO Per ciascuna delle analisi sismiche eseguite e per ciascuno degli stati limite considerati, vengono determinate le PGA di Domanda e di Capacità, da cui si ricavano i relativi Periodi di Ritorno T r e la frequenza media annua di superamento λ=1/t r. Scegliendo di porcedere per via semplificata, vengono eseguite le verifiche limitatamente allo SLV e SLD. Agli altri due Stati Limite (SLO ed SLC) dovranno essere attribuiti i valori di λ (SLO) = 1.67 λ (SLD) e λ (SLC) = 0.49 λ (SLV). Viene quindi determinata la Classe PGA ed IS-V per ciascuna Analisi eseguita. Tra tutte viene individuata la classe minima, che rappresenta la Classe di Rischio sismico dell edificio. CALCOLO DELLA PGA DI DOMANDA E DEI PERIODI DI RITORNO Tabella degli stati limite considerati 13

14 PGA DI CAPACITA Tabella degli Indicatori di Rischio CALCOLO DELLA CLASSE PAM Dalla tabella degli Indicatori di Rischio si ricava la PGA di capacità minima, tra tutti i meccanismi verificati. Stato Limite PGA (Domanda) (g) TR (Domanda) (anni) PGA (Capacità) (g) Tempo di Ritorno TRC (anni) Frequenza media annua di superamento λ (%) SLD 0, ,127 79,61 1,26% SLV 0, , ,96 0,94% Nota la frequenza media annua di superamento per i due stati limite, SLV e SLD, si determina quella relativa a SLO ed SLC λ (SLO) = 1.67 λ (SLD) e λ (SLC) = 0.49 λ (SLV). Punto di riferimento λ (%) CR % - 0,00% 100 SLR 0,46% 100 SLC 0,46% 80 SLV 0,94% 50 SLD 1,26% 15 SLO 2,10% 7 SLID 10,00% 0 14

15 CR (%) - Costo di Ricostruzione 3DMacro - CLASSIFICAZIONE SISMICA EDIFICI ,00% 2,00% 4,00% 6,00% 8,00% 10,00% 12,00% λ (%) - Frequenza media annua di superamento Grafico dell andamento di CR (%) in funzione di λ(%) In base a quanto determinato e con riferimento alla Tabella 1 delle Linee Guida, la Classe PAM: PAM = 1,25 % => Classe PAM = B PAM CALCOLO DELLA CLASSE IS-V Dalla tabella degli Indicatori di Rischio si ricava l indicatore di rischio minimo, associato allo SLV. Tabella degli Indicatori di Rischio Noto il valore di IS-V(%),pari al rapporto tra la PGA C (SLV) e la PGA D (SLV), facendo riferimento alla Tabella 2 delle Linee Guida, si ottiene la Classe IS-V. IS-V = 55,8 % => Classe IS-V = C IS-V Si individua la Classe di Rischio della costruzione, come la peggiore tra la Classe PAM e la Classe IS-V sopra determinate. Classe Rischio dell Edificio => Classe C 15