Criteri per il miglioramento e l adeguamento di edifici in struttura prefabbricata

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1 Cinque mesi dopo il sisma Tecniche innovative per una ripresa efficiente e sicura Criteri per il miglioramento e l adeguamento di edifici in struttura prefabbricata Prof. ing. Gennaro Magliulo ReLuis - Università di Napoli "Federico II" Bologna, 20 ottobre 2012

2 Le strutture prefabbricate Strutture monopiano per uso industriale Strutture pluripiano per uso commerciale 2

3 Le strutture prefabbricate Insieme di pilastri prefabbricati ancorati al suolo, generalmente tramite un plinto a bicchiere. I pilastri sono collegati da travi semplicemente appoggiate per attrito o tramite connessione spinottata. Le travi, a loro volta, sostengono gli elementi di copertura il cui collegamento può essere di tipo attritivo o essere assicurato da spinotti. Il sistema di chiusura esterna tipicamente impiegato è costituito da pannelli prefabbricati orizzontali o verticali, collegati rispettivamente ai pilastri o alle travi. Unione trave-pilastro Unione tegolo - trave Unione Pilastro-fondazione Unione pannello-struttura 3

4 Le unioni nelle strutture prefabbricate Unione pilastro-fondazione mediante plinto a bicchiere Unione tegolo-trave mediante angolari metallici Unione spinottata trave-pilastro 4

5 Le unioni nelle strutture prefabbricate Pannelli prefabbricati orizzontali collegati ai pilastri Alberto Dal Lago et al. Alberto Dal Lago et al. Pannelli prefabbricati verticali collegati in sommità alle travi Alberto Dal Lago et al. Alberto Dal Lago et al. 5

6 Il comportamento delle strutture prefabbricate nel terremoto de L Aquila(2009) Caratteristiche dell evento sismico principale: Ml = 5.8 Epicentro : L Aquila Vittime: 308 morti 1500 feriti sfollati Danni: Notevoli al patrimonio storicoartistico (più di 100 chiese distrutte) Collassi di edifici in c.a. Collassi non diffusi di strutture prefabbricate 6

7 Il comportamento delle strutture prefabbricate nel terremoto de L Aquila(2009) Magliulo 2009 Magliulo 2009 Magliulo 2009 Magliulo

8 Il comportamento delle strutture prefabbricate nel terremoto dell Emilia(2012) Caratteristiche degli eventi sismici principali: Evento del 20 Maggio Ml = 5.9 Epicentro: Finale Emilia(MO) Evento del 29 Maggio Ml = 5.2 Epicentro: Medolla (MO) Vittime: 27 morti 400 feriti sfollati Danni: Patrimonio storico-artistico Patrimonio rurale Ingenti per le strutture prefabbricate 8

9 Il comportamento delle strutture prefabbricate nel terremoto dell Emilia(2012) 9

10 Carenze strutturali degli edifici prefabbricati Criticità dei sistemi di connessione copertura-trave Collasso dei tegoli di copertura a causa della crisi della connessione tegolo-trave (perdita di appoggio) Dettaglio della connessione attritiva 10

11 Carenze strutturali degli edifici prefabbricati Criticità dei sistemi di connessione trave-pilastro Perdita di appoggio della trave a causa del collasso della connessione trave-pilastro 11

12 Carenze strutturali degli edifici prefabbricati Criticità dei sistemi di connessione trave-pilastro Collasso della connessione spinottata con conseguente perdita di appoggio della trave e collasso della copertura Rotazione della trave e conseguente rottura dell appoggio 12

13 Carenze strutturali degli edifici prefabbricati Criticità dei sistemi di connessione pannello-struttura Crollo dei pannelli di tamponamento verticali ed orizzontali a causa del collasso della connessione alla struttura 13

14 Carenze strutturali degli edifici prefabbricati Formazione di cerniere plastiche alla base dei pilastri Perdita di verticalità dei pilastri prefabbricati (possibile problema a livello delle fondazioni) 14

15 Carenze strutturali degli edifici prefabbricati In sintesi le principali carenze riscontrate riguardano: Assenza di unione meccanica tra gli elementi strutturali, ricorrendo sovente all attrito con meccanismo fortemente vulnerabile nei confronti delle azioni sismiche e strutture fortemente sensibili ai fenomeni di perdita di appoggio; Collegamento meccanico trave-pilastro non efficace (ad esempio spessori di copriferro ridotti nel caso di utilizzo di spinotto metallico); Inadeguatezza della connessione del sistema di tamponatura esterna degli edifici prefabbricati (pannelli prefabbricati in c.a. ed alleggeriti) alla struttura; Carenze in termini di resistenza e/o duttilità nei sistemi resistenti verticali e nei sistemi di fondazione a causa di progettazione in accordo a norme obsolete o, comunque, non sismiche. 15

16 Criteri per il miglioramento e l adeguamento delle strutture prefabbricate Nel capitolo 8 delle NTC (D.M. 14/01/2008) sono definiti i criteri generali per la valutazione della sicurezza e la progettazione di interventi su costruzioni esistenti: "La valutazione della sicurezza e la progettazione degli interventi sulle costruzioni esistenti potranno essere eseguiti con riferimento ai soli SLU, salvo che per le costruzioni in classe d uso IV, per le quali sono richieste anche le verifiche agli SLE " "Le verifiche agli SLU, per la combinazione sismica, possono essere eseguite rispetto alla condizione di salvaguardia della vita umana o in alternativa alla condizione di collasso" "Le costruzioni esistenti devono essere sottoposte a valutazione della sicurezza ( 8.3) quando ricorra anche una sola delle seguenti situazioni: - riduzione evidente della capacità resistente e/o deformativadella struttura o di alcune sue parti dovuta a danneggiamenti prodotti da azioni ambientali (sisma, vento, neve e temperatura) - provati gravi errori di progetto o di costruzione - cambio della destinazione d uso della costruzione. - interventi non dichiaratamente strutturali, qualora essi interagiscano, anche solo in parte, con elementi aventi funzione strutturale " 16

17 Criteri per il miglioramento e l adeguamento delle strutture prefabbricate Nel capitolo 8 delle NTC (D.M. 14/01/2008) sono definiti i criteri generali per la valutazione della sicurezza e la progettazione di interventi su costruzioni esistenti: "La valutazione della sicurezza deve permettere di stabilire se: - l uso della costruzione possa continuare senza interventi; -l uso debba essere modificato (declassamento, cambio di destinazione e/o imposizione di limitazioni e/o cautele nell uso); -sia necessario procedere ad aumentare o ripristinare la capacità portante." Interventi di miglioramento o adeguamento 17

18 Criteri per il miglioramento e l adeguamento delle strutture prefabbricate Nel capitolo 8 delle NTC (D.M. 14/01/2008) sono definiti i criteri generali per la valutazione della sicurezza e la progettazione di interventi su costruzioni esistenti: " Si individuano le seguenti categorie di intervento ( 8.4): interventi di adeguamento atti ad aumentare la sicurezza strutturale esistente, conseguendo i livelli di sicurezza previsti dalle presenti norme; " La valutazione della sicurezza, nel caso di intervento di adeguamento, è finalizzata a stabilire se la struttura, a seguito dell intervento, è in grado di resistere alle combinazioni delle azioni di progetto contenute nelle NTC." (Circolare 617/2009) interventi di miglioramento atti ad aumentare la sicurezza strutturale esistente, " In generale ricadono in questa categoria tutti gli interventi che [ ] fanno variare significativamente la rigidezza, la resistenza e/o la duttilità dei singoli elementi o parti strutturali e/o introducono nuovi elementi strutturali, così che il comportamento strutturale locale o globale, particolarmente rispetto alle azioni sismiche, ne sia significativamente modificato."(circolare 617/2009) riparazioni o interventi locali che interessino singoli elementi strutturali e che comunque non riducano le condizioni di sicurezza preesistenti" 18

19 Criteri per il miglioramento e l adeguamento delle strutture prefabbricate Criteri e tipi di intervento ( 8.7.4) " Per tutte le tipologie di costruzioni esistenti gli interventi di consolidamento vanno applicati in modo regolare ed uniforme. L esecuzione di interventi su porzioni limitate dell edificio va opportunamente valutata e giustificata, considerando la variazione nella distribuzione delle rigidezze e delle resistenze e la conseguente eventuale interazione con le parti restanti della struttura. Particolare attenzione deve essere posta alla fase esecutiva degli interventi, in quanto una cattiva esecuzione può peggiorare il comportamento globale delle costruzioni... " " La scelta del tipo, della tecnica, dell entità e dell urgenza dell intervento dipende dai risultati della precedente fase di valutazione, dovendo mirare prioritariamente a contrastare lo sviluppo di meccanismi locali e/o di meccanismi fragilie, quindi, a migliorare il comportamento globale della costruzione... " 19

20 Criteri per il miglioramento e l adeguamento delle strutture prefabbricate Progetto dell intervento ( 8.7.5) " Per tutte le tipologie costruttive, il progetto dell intervento di adeguamento o miglioramento sismico deve comprendere: a) verifica della struttura prima dell intervento con identificazione delle carenze e del livello di azione sismica per la quale viene raggiunto lo SLU (e SLE se richiesto); b) scelta motivata del tipo di intervento; c) scelta delle tecniche e/o dei materiali; d) dimensionamento preliminare dei rinforzi e degli eventuali elementi strutturali aggiuntivi; e) analisi strutturale considerando le caratteristiche della struttura post-intervento; f) verifica della struttura post-intervento con determinazione del livello di azione sismica per la quale viene raggiunto lo SLU (e SLE se richiesto)." 20

21 Criteri per il miglioramento e l adeguamento delle strutture prefabbricate Sulla base di: Capitolo 8 delle NTC relativo alle costruzioni esistenti " Le linee di indirizzo" Il D.L. 6 giugno 2012 n. 74 Interventi immediati per il superamento dell emergenza M1 Legge 1/08/2012, n. 122 nascono le linee di indirizzo per interventi locali e globali su edifici prefabbricati 21

22 Diapositiva 21 M1 Si deve inserire anche l L di agosto che ha modificato in parte il DL del 6 giungo (c'è il riferimento sulla presentazione che ti ho inviato). forse anche in questo caso possiamo riportare cosa dice tale legge con riferimento particolare sul migliramento dopo il sisma (anche per questo ci sono due slide sulla presentazione che penso tu posso copiare) Marianna; 16/10/2012

23 Criteri per il miglioramento e l adeguamento delle strutture prefabbricate Interventi immediati per il superamento dell emergenza D.L. 6 giugno 2012 n.74 convertito in Legge 1/08/2012, n.122 Il processo viene coordinato e realizzato in due fasi: A. Fase 1: Eliminazione delle carenze strutturali più rilevanti, nel rispetto del comportamento complessivo dell organismo strutturale [Articolo 3, 8] B. Fase 2: Interventi estesi e sistematici per il conseguimento delle prestazioni richieste, integrando in un contesto più ampio e incisivo i correttivi posti in essere nel corso della prima fase - [Articolo 3, 10] 22

24 Criteri per il miglioramento e l adeguamento delle strutture prefabbricate Interventi immediati per il superamento dell emergenza D.L. 6 giugno 2012 n.74 convertito in Legge 1/08/2012, n.122 A. Fase 1: il certificato provvisorio di agibilita' sismica B. Fase 2: in caso di assenza di danno: Se l'accelerazione spettrale subita dalla costruzione in esame supera il 70% dell'accelerazione spettrale elastica per una costruzione nuova di analoghe caratteristiche, per sottosuolo corrispondente, la verifica di sicurezza risulta soddisfatta Se l'accelerazione spettrale subita non supera il 70% è necessaria la valutazione della sicurezza (capitolo 8.3 delle NTC 2008) entro 6 mesi dal decreto Se il livello di sicurezza risulta inferiore al 60% della sicurezza richiesta ad un edificio nuovo è necessario il miglioramento sismico al 60% (da 4 a 8 anni in base alla percentuale a partire dal termine della valutazione) 23

25 Criteri per il miglioramento e l adeguamento delle strutture prefabbricate 1. Interventi volti ad evitare crisi per perdita di appoggio trave-pilastro Requisiti della connessione trave-pilastro Non consentire la perdita di appoggio della trave dal pilastro Non modificare lo schema statico preesistente Contrastare la rotazione torsionale delle travi alte e delle capriate Bloccare, oltre un limite prefissato, tutte le traslazioni relative tra gli elementi attraverso meccanismi di trasmissione degli sforzi possibilmente di natura isostatica Ancoraggio dei dispositivi di connessione lontano dai lembi esterni degli elementi (elevati copriferri) 24

26 Criteri per il miglioramento e l adeguamento delle strutture prefabbricate 1. Interventi volti ad evitare crisi per perdita di appoggio trave-pilastro Categorie di intervento 1. Inserimento di nuovi dispositivi meccanici di connessione tra i due elementi 2. Aumento della base di appoggio della trave sul pilastro : si può intervenire lasciando gli appoggi scorrevoli ma aumentando la base di appoggio (non facile stima degli spostamenti orizzontali, facendo attenzione alla componente verticale del sisma) Sistema brevettato SICURLINK 25

27 Criteri per il miglioramento e l adeguamento delle strutture prefabbricate 1. Interventi volti ad evitare crisi per perdita di appoggio trave-pilastro Categorie di intervento In aggiunta ai dispositivi meccanici è possibile prevedere dispositivi di dissipazione energetica in modo tale che a seguito del terremoto pilastro e trave non dovrebbero danneggiarsi ed il dispositivo è l unico elemento che va sostituito Con l inserimento di nuovi connettori potrebbe essere necessario prevedere un confinamento locale del pilastro con incravattatura metallica o fasciatura con guaina in fibre di carbonio Collegamento dissipativo 26

28 Criteri per il miglioramento e l adeguamento delle strutture prefabbricate 1. Interventi volti ad evitare crisi per perdita di appoggio copertura - trave Requisiti della connessione copertura - trave Impedire la perdita di appoggio di copertura della trave Non modificare lo schema statico preesistente Bloccare, oltre un limite prefissato, tutte le traslazioni relative tra gli elementi attraverso meccanismi di trasmissione degli sforzi possibilmente di natura isostatica Ancoraggio dei dispositivi di connessione lontano dai lembi esterni degli elementi (elevati copriferri) 27

29 Criteri per il miglioramento e l adeguamento delle strutture prefabbricate 1. Interventi volti ad evitare crisi per perdita di appoggio copertura - trave Categorie di intervento 1. Inserimento nuovi dispositivi meccanici di connessione tra gli elementi: tra tegolo e trave è possibile inserire nuovi connettori in acciaio bullonati a trave e nervatura del tegolo Collegamento trave- tegolo con squadrette metalliche deformabili e viti di connessione NOTA: Con l inserimento di nuovi connettori diventa indispensabile considerare nelle fasi di esecuzione la possibile interferenza del dispositivo con le armature di precompressione negli elementi collegati 28

30 Criteri per il miglioramento e l adeguamento delle strutture prefabbricate 2. Interventi per evitare il collasso di elementi di tamponatura prefabbricati non adeguatamente ancorati alle strutture principali Requisiti della connessione tamponatura-struttura Si deve prendere in considerazione la capacità della connessione non solamente nei termini richiesti dallo SLD, ma anche e soprattutto in modo tale da poter garantire alla connessione la capacità di sviluppare le deformazioni imposte dallo SLV senza che il collasso venga raggiunto Consentire, se possibile, le traslazioni relative struttura-pannello nel piano del pannello al fine di evitare qualunque collaborazione tra i componenti non strutturali e l ossatura portante dell edificio Il cedimento anche di un singolo elemento del sistema di ancoraggio comporta il rovesciamento del pannello a terra, con notevoli rischi per l incolumità delle persone: un intervento minimo di prima fase può essere di prevedere collegamenti di ritenuta anti-ribaltamento 29

31 Criteri per il miglioramento e l adeguamento delle strutture prefabbricate 2. Interventi per evitare il collasso di elementi di tamponatura prefabbricati non adeguatamente ancorati alle strutture principali Categorie di intervento 1. Nuovi elementi di collegamento meccanico tra pannello e struttura: angolari in acciaio bullonati e staffe in lamiera 2. Cavi anti-caduta fissati a pilastro e pannello ai quattro spigoli o fissati a trave e pannello ai due attacchi superiori Collegamento di pannelli verticali mediante squadrette in acciaio Inserimento di cavi anti-caduta per pannelli orizzontali 30

32 Criteri per il miglioramento e l adeguamento delle strutture prefabbricate 3. Interventi su elementi strutturali verticali danneggiati o carenti (fondazioni e pilastri) Requisiti degli elementi di fondazione Adeguata rigidezza nei confronti della rotazione, sufficiente a garantire l incastro alla base dei pilastri Adeguata resistenza nei confronti delle azioni laterali, trasmesse dal pilastro. In un contesto di gerarchia delle resistenze, si rende necessario sovradimensionare la resistenza di tale elemento rispetto alla sovrastruttura Requisiti dei pilastri Adeguata rigidezza nei confronti delle sollecitazioni di progetto Adeguata resistenza nei confronti delle sollecitazioni di progetto Adeguata duttilità nei confronti delle sollecitazioni di progetto 31

33 Criteri per il miglioramento e l adeguamento delle strutture prefabbricate 3. Interventi su elementi strutturali verticali danneggiati o carenti (fondazioni e pilastri) 1. Collegamento plinto con pavimentazione industriale aumento rigidezza 2. Consolidamento del terreno circostante la fondazione 3. Ringrossi aumento di resistenza, rigidezza e duttilità 4. Rinforzo con fibre aumento resistenza e duttilità 5. Incamiciatura aumento resistenza e duttilità Collegamento plinto-pavimento pavimento Ringrosso Incamiciatura industriale 32

34 Criteri per il miglioramento e l adeguamento delle strutture prefabbricate 4. Interventi sulle scaffalature Requisiti delle scaffalature Data la massa portata ed eventuali vincoli con la struttura circostante le scaffalature possono interagire con la struttura, causando danni e/o perdendo il contenuto da essi portato Nell'immediato periodo è necessario ridurre la portata al 60% di quella nominale, dichiarata dai cartelli di portata, scaricando le zone/piani dell'impianto maggiormente distanti dai vincoli a terra Nel medio periodo dovrebbero essere verificate le portate di tutte le scaffalature, tenendo conto del grado di sismicità locale. Questa verifica deve essere estesa alle fondazioni e agli altri componenti strutturali ai quali sono vincolati 33

35 Grazie per l attenzione gmagliul@unina.it 34