Corso di Riabilitazione Strutturale POTENZA, a.a. 2011 2012 La valutazione di edifici in c.a. Il processo di conoscenza della struttura (1) Dott. Marco VONA DiSGG, Università di Basilicata marco.vona@unibas.it http://www.unibas.it/utenti/vona/
PROCESSO DI CONOSCENZA PER GLI EDIFICI ESISTENTI Metodi di indagine 1. GENERALITÀ 2. LIVELLI DI CONOSCENZA 3. IL PROGETTO SIMULATO 4. PROGRAMMA DELLE INDAGINI 5. SAGGI E PROVE CRITERI METODI DISTRUTTIVI METODI NON DISTRUTTIVI METODI COMBINATI 6. ESEMPIO DI PIANIFICAZIONE DELLE INDAGINI
LE PRINCIPALI INNOVAZIONI DELLA NTC 2008 La chiara definizione del LIVELLO DI CONOSCENZA, con riferimento alle indagini conoscitive La presa in conto del livello di conoscenza nella valutazione (assessment) La definizione delle possibili indagini (distruttive e non) In alternativa all adeguamento, si prevede un miglioramento controllato o adeguamento ridotto, con livelli di azioni sismiche ridotti
EDIFICI ESISTENTI COMPORTAMENTO EDIFICI IN C.A. SOGGETTI AD AZIONI SISMICHE CAPACITÀ del singolo elemento in termini di resistenza e duttilità RICHIESTA al singolo elemento in termini di resistenza e duttilità
EDIFICI ESISTENTI STRUTTURA NUOVA Calcolo elastico Dettagli costruttivi (Norme) Adeguato livello di sicurezza STRUTTURA ESISTENTE Calcolo elastico Inadeguato Dettagli costruttivi NON SODDISFACENTI
EDIFICI ESISTENTI Maggiore pericolo a persone e beni da edifici esistenti Deficit di protezione sismica PROBLEMA OPPORTUNITÀ
EDIFICI ESISTENTI Costi elevati dell adeguamento Scarsa sensibilità della comunità verso la sicurezza (non solo sismica!) Mancanza di attenzione della classe politica verso la prevenzione Errata convinzione che il collaudo sismico positivo non renderebbe necessario l adeguamento
EDIFICI ESISTENTI L adeguamento sismico è più complesso della progettazione ex-novo Particolare difficoltà per l accertamento della capacità resistente In genere si deve operare su strutture delle quali si ha una conoscenza limitata Problema aperto dei livelli di sicurezza da adottare nell adeguamento (materiali, vita utile residua, )
EDIFICI ESISTENTI: GENERALITÀ Gli edifici esistenti si distinguono da quelli di nuova progettazione per gli aspetti seguenti: Il progetto riflette lo stato delle conoscenze al tempo della loro costruzione Il progetto può contenere difetti di impostazione concettuale e di realizzazione non immediatamente visibili Possono essere stati soggetti a terremoti passati o ad altre azioni accidentali i cui effetti non sono manifesti con evidenza Inoltre, possono esserci stati errori o negligenze nell esecuzione
EDIFICI ESISTENTI: DIFETTI TIPICI Interasse eccessivo tra staffe o addirittura mancanza dell'armatura trasversale nei pilastri e/o nei nodi trave-pilastro Ancoraggio insufficiente delle staffe nel nucleo di calcestruzzo Giunzioni per sovrapposizione delle barre longitudinali concentrate nella stessa zona del pilastro e/o aventi lunghezza insufficiente
EDIFICI ESISTENTI: DEFICIT DI MANUTENZIONE
EDIFICI ESISTENTI: DEFICIT DI MANUTENZIONE
EDIFICI ESISTENTI: DEFICIT DI MANUTENZIONE
EDIFICI ESISTENTI: LE INDAGINI La SCARSA ATTENZIONE dedicata dai professionisti alle INDAGINI sulle strutture, sia in termini globali che sui materiali costituenti, determina: - da un lato e più frequentemente ASSUNZIONI TROPPO CONSERVATIVE, dunque inutilmente dispendiose, negative rispetto ad una strategia globale di mitigazione del rischio sismico in condizioni di limitatezza delle risorse; - dall altro lato, per fortuna meno frequentemente, ASSUNZIONI NON CONSERVATIVE con conseguenze potenzialmente gravi sulla sicurezza.
EDIFICI ESISTENTI: LE INDAGINI Vanno riconosciute le DIFFICOLTÀ OGGETTIVE, sia di carattere logistico che economico, nelle quali il professionista è spesso chiamato ad operare, senza superare le quali è difficile che un passo avanti in tal senso possa essere compiuto. Deve inoltre essere ricordato il RITARDO CULTURALE presente nel settore dell ingegneria civile sul tema della diagnosi, specie se raffrontato con altri settori come quello medico nel quale indagini, esami, analisi sono oramai patrimonio diffuso ed irrinunciabile da parte degli operatori e, cosa ancor più importante, da parte degli utenti-committenti.
EDIFICI ESISTENTI: LE INDAGINI Le nuove norme consentono una graduazione dei fattori di confidenza in base al livello di conoscenza acquisito, dando più opportunità al professionista, ma anche maggiori responsabilità Il professionista dovrà (POTRÀ?) decidere di investire maggiori risorse nelle indagini per la conoscenza della struttura, da recuperare successivamente avendo la possibilità di effettuare interventi di adeguamento più mirati e meno onerosi Stante il grande deficit di protezione sismica che si è accumulato nel nostro paese, l efficienza degli interventi appare importante in termini generali ed ancor più se ci riferisce al patrimonio edilizio pubblico costituito in larga parte da edifici non o parzialmente protetti dal sisma
EDIFICI ESISTENTI: LE INDAGINI Nel definire le modalità di svolgimento di una campagna di indagini due aspetti appaiono di particolare importanza: QUALI e QUANTI dati vanno raccolti per poter effettuare la valutazione INTERPRETATI ed ELABORATI questi dati Il professionista deve conoscere le principali metodiche disponibili ed i VANTAGGI e SVANTAGGI ad esse connesse in termini di affidabilità ed limiti di applicabilità
EDIFICI ESISTENTI: LE INDAGINI Il professionista dovrà conoscere le principali metodiche disponibili ed i vantaggi e svantaggi nell utilizzo di ognuna di esse, con particolare riferimento alla loro affidabilità ed ai limiti di applicabilità Inoltre va detto che, per quanto tali metodiche abbiano subito una consistente evoluzione nel corso degli ultimi anni tale da renderle molto efficienti ed affidabili, è da ritenere che un ruolo determinante abbia ed avrà ancora l indagine visiva ( esame clinico ), attività di specifica pertinenza del professionista incaricato
EDIFICI ESISTENTI: LE INDAGINI Le NTC 2008 che, al capitolo 8, trattano specificamente il tema delle costruzioni esistenti citano testualmente. la conoscenza delle proprietà meccaniche dei materiali insitu è un elemento essenziale per la definizione del modello strutturale da adoperare per la valutazione della sicurezza e la progettazione degli interventi su costruzioni esistenti, viene evidenziato che tale conoscenza non risente delle incertezze legate alla produzione e posa in opera ma solo della omogeneità dei materiali stessi all interno della costruzione, del livello di approfondimento delle indagini conoscitive e dell affidabilità delle stesse. Il paragrafo 8.5.3 prevede che per conseguire un adeguata conoscenza delle caratteristiche dei materiali e del loro degrado, ci si baserà su documentazione già disponibile, su verifiche visive in situ e su indagini sperimentali
DATI NECESSARI PER LA VALUTAZIONE Informazioni sulle norme impiegate nel progetto originale Identificazione della categoria di suolo Identificazione delle strutture di fondazione Identificazione dell organismo strutturale Dimensioni geometriche degli elementi strutturali, quantitativi armature, proprietà meccaniche dei materiali, collegamenti con elementi non strutturali Individuazione dei possibili difetti locali dei materiali e nei dettagli costruttivi Destinazione d uso attuale e futura dell edificio Natura ed entità di eventuali danni e riparazioni conseguenti
LIVELLI DI CONOSCENZA (LC) LC1 Conoscenza Limitata LC2 Conoscenza Adeguata LC3 Conoscenza Accurata Gli aspetti che definiscono i livelli di conoscenza sono: Geometria: caratteristiche geometriche degli elementi strutturali Dettagli strutturali: quantità e disposizione delle armature (c.a.), collegamenti (acciaio), collegamenti tra elementi strutturali diversi, elementi non strutturali collaboranti Materiali: proprietà meccaniche dei materiali Il livello di conoscenza LC acquisito determina: - metodo di analisi - valori dei fattori di confidenza da applicare alle proprietà dei materiali
LIVELLI DI CONOSCENZA (LC) Geometria (carpenterie) Dettagli strutturali Proprietà dei materiali Metodi di Analisi FC LC1 Progetto simulato in accordo alle norme dell epoca e limitate verifiche in-situ Valori usuali per la pratica costruttiva dell epoca e limitate prove in-situ Analisi lineare statica o dinamica 1.35 + LC2 LC3 Da disegni di carpenteria originali con rilievo visivo a campione oppure rilievo ex-novo completo Disegni costruttivi incompleti + limitate verifiche in situ oppure estese verifiche in-situ Disegni costruttivi completi + limitate verifiche in situ oppure esaustive verifiche in-situ Dalle specifiche originali di progetto o dai certificati di prova originali + limitate oppure estese prove in-situ Dalle specifiche originali di progetto o dai certificati di prova originali + estese oppure esaustive prove in-situ Tutti 1.20 Tutti 1.00 -
NORMA EUROPEA EC8-3 EUROPEAN STANDARD pren 1998-3 NORME EUROPÉENNE EUROPÄISCHE NORM Doc CEN/TC250/SC8/N388A English version Eurocode 8: Design of structures for earthquake resistance Part 3: Assessment and retrofitting of buildings Draft No 6 June 2005 CEN European Committee for Standardization Comité Européen de Normalisation Europäisches Komitee für Normung Central Secretariat: rue de Stassart 36, B1050 Brussels
LIVELLI DI CONOSCENZA (LC) Knowledge Levels (KL) and corresponding methods of analysis and Confidence Factors (CF) Knowledge Level KL1 KL2 KL3 Geometry Details Materials Analysis CF From original outline construction drawings with sample visual survey or from full survey Simulated design according to relevant practice and from limited in-situ inspection From incomplete original detailed construction drawings with limited in-situ inspection or from extended in-situ inspection From original detailed construction drawings with limited in-situ inspection or from comprehensive in-situ inspection Default values according to standards of the time of construction and from limited in-situ testing From original design specifications with limited in-situ testing or from extended in-situ testing From original test reports with limited insitu testing or from comprehensive in-situ testing LS-LD The values ascribed to the confidence factors to be used in a country may be found in its National Annex. The recommended values are CF KL1 = 1.35, CF KL2 = 1.20 and CF KL3 = 1.00. All All CF KL1 CF KL2 CF KL3
RUOLO DEI FATTORI DI CONFIDENZA f d = f med FC f med f d = resistenza media ottenuta dalle indagini = resistenza di calcolo Effettuando indagini approfondite si può conseguire un livello di conoscenza che consente di adottare resistenze di calcolo f d più elevate IMPORTANZA DELLA DIAGNOSI INTERVENTI PIÙ EFFICACI & PIÙ EFFICIENTI
DATI NECESSARI PER LA VALUTAZIONE Informazioni sulle norme impiegate nel progetto originale Identificazione della categoria di suolo Identificazione delle strutture di fondazione Identificazione dell organismo strutturale Dimensioni geometriche degli elementi strutturali, quantitativi armature, proprietà meccaniche dei materiali, collegamenti con elementi non strutturali Individuazione dei possibili difetti locali dei materiali e nei dettagli costruttivi Destinazione d uso attuale e futura dell edificio Natura ed entità di eventuali danni e riparazioni conseguenti
IL PROGRAMMA DELLE INDAGINI Raccolta ed esame critico di informazioni su: Dimensioni Caratteristiche e condizioni dei materiali Caratteristiche e condizioni degli elementi strutturali Elementi da caratterizzare: ORGANISMO STRUTTURALE DETTAGLI COSTRUTTIVI PROPRIETÀ DEI MATERIALI PRESENZA DI COMPORTAMENTI NON SODDISFACENTI Articolazione indagini: INDAGINE PRELIMINARE INDAGINE DETTAGLIATA
LE INDAGINI PRELIMINARI Informazioni principali da raccogliere: Periodo di progettazione e periodo di costruzione Elaborati di progetto, di collaudo e contabili Ricostruzione della storia relativa a variazioni d uso e stato di manutenzione Ricostruzione della storia relativa agli eventi sismici e/o altri eventi Eventuali condizioni di danno/degrado e loro evoluzione nel tempo Corpi aggiunti e/o sopraelevazioni Destinazione d'uso attuale ed eventuali previsioni di cambiamento
LE INDAGINI PRELIMINARI Attività principali da effettuare: Attenta ispezione visiva della struttura Rilievo (strutturale e non strutturale) Revisione critica delle documentazioni progettuali, contrattuali e contabili (se disponibili) Informazioni progettuali (progettista, costruttore, direttore dei lavori, collaudatore, tecnici della P.A., ecc.) ORIENTARE L INDAGINE DETTAGLIATA
L INDAGINE DETTAGLIATA Attività principali da effettuare: ESAME completo ed accurato della struttura sulla base degli elaborati di PROGETTO e del RILIEVO Scelta dei punti su cui effettuare sondaggi o prove, ossia il CAMPIONAMENTO in termini di numero ed ubicazione dei punti da esaminare e tipo di prove da effettuare SAGGI e PROVE IN SITO per individuare i dettagli costruttivi e valutare le condizioni dei materiali in opera PRELIEVO di campioni da esaminare e PROVE DI LABORATORIO in numero definito dal livello di conoscenza prescelto
L INDAGINE DETTAGLIATA NOTE IMPORTANTI 1. Requisito fondamentale del campionamento é la RAPPRESENTATIVITÀ dello stato complessivo dell'edificio, cercando di rifletterne le caratteristiche di variabilità 2. L impostazione e l estensione della campagna di indagine dipende dalla disponibilità, completezza ed affidabilità degli elaborati di progetto originali
IL PROGRAMMA DELLE INDAGINI: GEOMETRIA Come impostare la campagna di indagini? Quale livello di estensione e completezza considerare? DEFINIZIONE DELLA GEOMETRIA STRUTTURALE DISPONIBILITÀ Disegni originali di carpenteria SI NO RILIEVO VISIVO (a campione) RILIEVO COMPLETO Verifica soddisfacente Verifica NON soddisfacente Costruzione del modello Costruzione del modello Esecuzione delle analisi numeriche
INDIVIDUAZIONE DELLA GEOMETRIA Disegni originali di carpenteria: descrivono la geometria della struttura, gli elementi strutturali e le loro dimensioni, individuano l organismo strutturale resistente (azioni orizzontali e verticali) Disegni costruttivi o esecutivi: oltre a consentire di individuare l organismo strutturale resistente, contengono la descrizione della quantità, disposizione e dettagli costruttivi di tutte le armature, nonché le caratteristiche nominali dei materiali usati Rilievo visivo: serve a controllare a campione la corrispondenza tra l effettiva geometria della struttura e i disegni originali di carpenteria disponibili Rilievo completo: serve a produrre disegni completi di carpenteria (con lo stesso grado di dettaglio di disegni originali) nel caso in cui quelli originali siano mancanti o si sia riscontrata una non corrispondenza tra questi ultimi e la struttura
TIPOLOGIA DELLE TAMPONATURE Tamponature a due paramenti
TIPOLOGIA DELLE TAMPONATURE Disposizione delle Tamponature
MODALITÀ DI COLLASSO DELLE TAMPONATURE Verifiche ai sensi della NTC 2008-7.3.6.3
MODALITÀ DI COLLASSO DELLE TAMPONATURE Accorgimenti previsti della NTC 2008-7.3.6.3
MODALITÀ DI COLLASSO DELLE TAMPONATURE Accorgimenti previsti della NTC 2008-7.3.6.3
INTERAZIONE STRUTTURA TAMPONATURE 39.75 10.92 4.80 0.60 4.92 0.60 3.70 3.70 2.50 4.90 3.70 3.70 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 15 16 17 18 19 20 27 25 13 14 7 8 9 10 11 12 27 25 4.90 2.50 3.70 3.70 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 19' 18' 17' 16' 15' 14' 13' 11' 10' 9' 8' 7' 40x20 27 27 1 2 3 4 5 6 5' 4' 3' 2' 1' Damaged Structural Element Damaged Infill Panel Accelerometer