Costruzioni in cemento armato antisismiche

Terremoti:
sicurezza nei luoghi di lavoro
Costruzioni in cemento armato antisismiche adeguamento patrimonio edilizio industriale
esistente
Antonella Colombo
ASSOBETON
Capannori, 23 ottobre 2012
Edifici prefabbricati
ad uso industriale
Il fatto
20 e 29 maggio 2012:
• due scosse sismiche hanno devastato una zona
dell’Emilia (ma anche della Lombardia e del
Veneto)
• Sono crollati molti edifici industriali
• Ci sono state molte vittime
• E’ stato penalizzato severamente un tessuto
industriale fiorente
L’antefatto
• Imposizione azione sismica per norma:
OPCM 3274 del 2003 vs NTC 08 del 2009
• Adozione classificazione sismica (materia
concorrente): in Emilia Delibera GR 1677 del
2005 (classificazione dal 23 ottobre ma con norme
“vecchie” fino al 1 luglio 2009)
• DM 3 dicembre 1987: divieto di utilizzo di
connessioni attritive nelle zone sismiche
L’antefatto …
Progettazione:
• allo SLU per una determinata accelerazione max
• comportamento non-lineare delle strutture con q
• si accetta un determinato livello di danno
Poniamoci la domanda …
•
•
•
Norme obsolete
Zonizzazione inesistente/non aggiornata
Sollecitazioni più alte di quelle di progetto
E’ ragionevole aspettarsi strutture non danneggiate?
Cosa è successo
SLV - orizzontale - 200512
• Delibera GR 1677 del 2005
(classificazione dal 23 ottobre
ma con norme “vecchie” fino al
1 luglio 2009)
• Molti edifici costruiti negli anni
’70-’80
• Corsa al deposito pre-NTC08
Stazione di Mirandola – 20 maggio
1200
800
Type C
Type D
600
EW
NS
400
200
0
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
Period (s)
SLV - orizzontale - 290512
Stazione di Mirandola – 29 maggio
1200
1000
PSA (cm/sec2)
PSA (cm/sec2)
1000
800
Type C
Type D
600
EW
NS
400
200
0
0
0.5
1
1.5
Period (s)
2
2.5
3
…
In attuazione dell’art. 21 della legge n. 1086/1971 è stato emanato quale ultimo
aggiornamento della normativa tecnica il
• D.M. 09/01/1996 – Norme tecniche per il calcolo, l’esecuzione ed il
collaudo delle strutture in cemento armato, normale e precompresso e per
le strutture metalliche.
In attuazione dell’art. 1 della legge n. 64/1974 sono stati emanati quali ultimi
aggiornamenti di normativa tecnica:
• D.M. 20/11/1987 – Norme tecniche per la progettazione, esecuzione e
collaudo degli edifici in muratura e per il loro consolidamento
• D.M. 16/01/1996 – Norme tecniche relative ai "Criteri generali per la
verifica di sicurezza delle costruzioni e dei carichi e sovraccarichi"
• D.M. 11/03/1988 – Norme tecniche riguardanti le indagini sui terreni e
sulle rocce, la stabilità dei pendii naturali e delle scarpate, i criteri
generali e le prescrizioni per la progettazione, l'esecuzione ed il collaudo
delle opere di sostegno delle terre e delle opere di fondazione
• D.M. 03/12/1987 – Norme tecniche per la progettazione, esecuzione e
collaudo delle costruzioni prefabbricate
In attuazione dell’art. 3 della legge n. 64/1974 è stato emanato quale ultimo
aggiornamento di normativa tecnica il
• D.M. 16/01/1996 – Norme tecniche per le costruzioni in zone sismiche
Terremoti:
sicurezza nei luoghi di lavoro
Costruzioni in cemento armato antisismiche adeguamento patrimonio edilizio industriale esistente
non progettato con criteri antisismici attuali
E per terremoti più cattivi di quelli previsti?
…incrociamo le dita!!!
D.L. 6 giugno 2012 n. 74
Art. 3
…
7. Al fine di favorire la rapida ripresa delle attività
produttive e delle normali condizioni di vita e di
lavoro in condizioni di sicurezza adeguate…il
titolare dell'attività produttiva…deve acquisire la
certificazione di agibilità sismica rilasciata, a
seguito di verifica di sicurezza effettuata ai sensi
delle norme tecniche vigenti (cap. 8 NTC), da un
professionista abilitato...
…
8. Nelle more dell'esecuzione della suddetta verifica di
sicurezza…in via provvisoria, il certificato di agibilità
sismica potrà essere rilasciato in assenza delle carenze
strutturali di seguito precisate, o eventuali altre carenze
prodotte dai danneggiamenti e individuate dal tecnico
incaricato, o dopo che tali carenze siano state
adeguatamente risolte:
• collegamenti tra elementi strutturali verticali e elementi
strutturali orizzontali e tra questi ultimi
• elementi di tamponatura prefabbricati non adeguatamente
ancorati alle strutture principali
• scaffalature non controventate portanti materiali pesanti
che possano, nel loro collasso, coinvolgere la struttura
principale causandone il danneggiamento e il collasso
Peculiarità degli edifici esistenti
non progettati con criteri antisismici
Progettazione eseguita per:
• Carichi gravitazionali, permanenti e portati
• Vento (DM 16 gennaio 1996 e precedenti)
• Neve (DM 16 gennaio 1996 e precedenti)
• Eventuali carriponte (CNR 10021)
• Stabilità locale e d’insieme (DM 03/12/87): “… In via
semplificativa …, la struttura deve essere verificata sotto
l’azione di forze orizzontali convenzionali di calcolo
comunque dirette, pari almeno all’1,5% dei carichi
verticali concomitanti (permanenti e sovraccarichi)
combinati nel modo più sfavorevole, durante le fasi
transitorie; e almeno al 2,0% degli stessi in fase finale.”
Peculiarità degli edifici esistenti …
non progettati con criteri antisismici
• Scarsa resistenza e duttilità della struttura e
dei collegamenti (alla luce delle NTC08);
• Collasso collegamenti pannello-struttura;
• Martellamento fra elementi adiacenti;
• Mancanza di confinamento (alla luce delle
NTC08) e instabilità delle barre d’armatura;
• Comportamento modificato da “aggiunte”
non previste in fase di progetto
Peculiarità degli edifici esistenti …
non progettati con criteri antisismici
Pannelli:
• prefabbricati / muratura
• appesi / infilati
• orizzontali / verticali
Tipologie:
• innumerevoli
Alcune tipologie
• Copertura con travi a doppia pendenza
(perdita di appoggio, rottura della forcella, …)
…
• Copertura piana con tegoli alari
(perdita di appoggio, cerniera plastica nei pilastri, …)
…
• Copertura a shed (anni 70)
(perdita di appoggio, …)
Diagnosi sugli edifici esistenti
Perdita di appoggio
Diagnosi sugli edifici esistenti …
Perdita di appoggio …
Diagnosi sugli edifici esistenti …
Perdita di appoggio …
Diagnosi sugli edifici esistenti …
Perdita di appoggio …
Diagnosi sugli edifici esistenti …
Danni alla tamponatura
Diagnosi sugli edifici esistenti …
Danni alla tamponatura …
Diagnosi sugli edifici esistenti …
Danni alla tamponatura …
Diagnosi sugli edifici esistenti …
Danni alla tamponatura …
Diagnosi sugli edifici esistenti …
Danni ai pilastri
Diagnosi sugli edifici esistenti …
Danni ai pilastri …
Diagnosi sugli edifici esistenti …
Danni ai pilastri …
Diagnosi sugli edifici esistenti …
Danni a scaffalature
Eucentre
Interventi su edifici esistenti
Linee di indirizzo
Il documento ha la finalità di indicare un percorso operativo
che consenta di combinare l’esigenza di sicurezza a breve
termine – agibilità sismica – con quelle a medio lungo
termine – miglioramento e/o adeguamento sismico.
Esso può rappresentare un supporto per i tecnici operanti sul
patrimonio costruito prefabbricato nell’impostazione – nel
pieno e assoluto rispetto dell’autonomia e della
titolarità delle scelte progettuali – di un percorso
coerente con il quadro normativo vigente e finalizzato a
restituire alla collettività piani di intervento sostenibili
sotto il profilo economico e sociale, nonché compatibili
con le esigenze di sicurezza e di operatività in una fase di
emergenza sismica.
Messa in sicurezza
Possibile solo quando il danno sui principali elementi
strutturali è di modesta entità.
Obiettivi:
• Creare nuovi vincoli efficaci
(meglio non modificare in maniera sostanziale lo schema statico e non
incrementare in maniera significativa la rigidezza della struttura, al fine
di evitare l’incremento delle azioni sismiche dovuta ad una riduzione
del periodo proprio di vibrare principale.
I nuovi vincoli non devono introdurre significativi momenti flettenti
all’estremità degli elementi sui quali si interviene, perché la struttura
esistente potrebbe essere non sufficientemente armata.)
• Limitare gli spostamenti in sommità ai pilastri per evitare
la perdita di appoggio
• Impedire la rotazione fuori piano di travi alte e capriate di
copertura
Messa in sicurezza …
• Inserire sistemi di ritenuta antiribaltamento per i pannelli
di facciata
(sistemi che non limitano gli spostamenti della struttura portante, con il
solo obiettivo di limitare le conseguenze di un eventuale collasso.
In generale meglio utilizzare sistemi di connessione deformabili nel
piano ed evitare l’inserimento di connessioni rigide che incrementano
la collaborazione nel piano di struttura portante e pannelli)
Collegamento trave-pilastro…
Collegamento con perni
Vantaggi
• Semplicità esecutiva.
• Velocità di messa in opera.
• Mantenimento dello schema statico originale.
• Utilizzabile come soluzione di pronto intervento.
Svantaggi
• Deve essere valutata con attenzione la resistenza della forcella entro la quale è inserita la
trave.
Collegamento trave-pilastro…
Collegamento con perni e piastre
Vantaggi
• Semplicità esecutiva.
• Velocità di messa in opera.
• Mantenimento dello schema statico originale.
• Utilizzabile come soluzione di pronto intervento.
Svantaggi
• Deve essere valutata con attenzione la resistenza della forcella entro la quale è inserita la
trave.
Collegamento trave-pilastro…
Collegamento con perni e piastre
Vantaggi
• Appoggio bilatero tra le estremità delle travi e la sommità dei pilastri.
• Elimina ogni fenomeno di rocking della trave rispetto alla superficie superiore del pilastro.
• L’assenza di giochi nella direzione orizzontale consente di evitare fenomeni di
martellamento delle testate.
Svantaggi
• La deformazione assiale dovuta alla dilatazione termica può non essere trascurabile pertanto
ci si attende uno schiacciamento localizzato in corrispondenza della barra passante.
• Le estremità delle travi saranno soggette ad un momento il cui valore massimo sarà fissato
dalla capacità portante delle barre soggette in uno schema di doppio incastro a flessione e
taglio all’interno degli scatolari o dalla capacità portante degli UPN a flessione e taglio.
Collegamento trave-pilastro…
Collegamento con cavetti in acciaio
Vantaggi
• Semplicità esecutiva.
• Velocità di messa in opera.
• Mantenimento dello schema statico originale.
• Utilizzabile come soluzione di pronto intervento.
Svantaggi
• Vincolo unilatero, per cui la forza dovuta all’intera massa della trave viene applicata
alternativamente solo ad uno o all’altro pilastro sovrasollecitando i pilastri.
• Possono esserci difficoltà di accesso al nodo. L’operatività va valutata con attenzione.
• Bassa efficacia nel contenimento degli spostamenti trasversali della trave.
• Necessità di combinazione con interventi mirati al contrasto delle rotazioni torsionali della
trave.
• La sollecitazione nei cavetti di acciaio può avere carattere impulsivo il cui valore è di
complessa determinazione.
8.8
8.8
8.8
8.8
8.8
8.8
8.8
8.8
Collegamento trave-pilastro…
Collegamento con sistemi dissipativi
Vantaggi
• Semplicità.
• Sostituibilità.
• Possibilità di aggiungere un elemento di ricentraggio nella diagonale.
Collegamento tegolo-trave
Collegamento con cavetti in acciaio
Vantaggi
• Semplicità esecutiva.
• Velocità di messa in opera.
• Mantenimento dello schema statico originale.
• Utilizzabile come soluzione di pronto intervento.
Svantaggi
• Vincolo unilatero, per cui la forza dovuta all’intera massa del tegolo viene applicata
alternativamente solo ad una o all’altra trave.
• Possono esserci difficoltà di accesso al nodo. L’operatività va valutata con attenzione.
• Bisogna assicurare un opportuno copriferro rispetto al lato della trave, onde evitare la
rottura del calcestruzzo.
• La sollecitazione nei cavetti di acciaio può avere carattere impulsivo il cui valore è di
complessa determinazione.
Collegamento tegolo-trave
Collegamento con squadrette rigide o deformabili
Collegamento pannello-struttura
Situazione attuale:
• Struttura progettata come un telaio con i pannelli modellati solo
come massa (no rigidezza)
• Pannelli (elementi non strutturali) collegati alla struttura con inserti
dimensionati per una forza ortogonale al pannello
Ma…..
L’aquila 2009
Nuove poste
Centro commerciale
l’aquilone
L’aquila 2009 - Lorca 2011
L’aquila 2009
SAFECLADDING – Il problema
• L’attuale approccio progettuale non funziona: il comportamento
reale differisce da quello ipotizzato.
• I pannelli costituiscono parte del sistema sismoresistente,
condizionando il comportamento globale.
• Connessioni:
– Forze maggiori rispetto a quelle calcolate con il modello a telaio
– Importante domanda in spostamento per consentire la dissipazione sismica
alla base dei pilastri
• Struttura: quale fattore di comportamento?
• Necessità di nuove soluzioni con specifiche regole di progetto.
Collegamento pannello-struttura
Collegamento con cavetti in acciaio
Vantaggi
• Semplicità esecutiva.
• Velocità di messa in opera.
• Mantenimento dello schema statico originale.
• Utilizzabile come soluzione di pronto intervento.
Svantaggi
• Effettuabile solo se il supporto del pannello è integro. L’integrità del supporto può essere
verificata controllando che le distanze verticali tra pannelli si siano mantenute invariate.
• Si deve prestare attenzione al posizionamento dei cavetti, per non introdurre un vincolo agli
spostamenti nel piano del pannello.
• Può causare martellamenti fra il pannello e gli altri pannelli, e fra il pannello e le strutture
retrostanti.
• La sollecitazione nei cavetti in acciaio può avere carattere impulsivo il cui valore è di
complessa determinazione.
Collegamento pannello-struttura
Collegamento con squadrette asolate
Vantaggi
• Semplicità esecutiva.
• Velocità di messa in opera.
• Mantenimento dello schema statico originale.
• Utilizzabile come soluzione di pronto intervento.
• Le asole consentono comunque spostamenti relativi tra pannello e struttura.
Svantaggi
• Data la presenza di fori asolati, le squadrette risultano piuttosto ampie, e di costo
relativamente elevato.
Interventi di adeguamento
Capitolo 8 delle NTC 08: Un intervento è detto di
adeguamento sismico se conferisce alla struttura
un livello di sicurezza pari a quello previsto per le
nuove costruzioni.
Quando, a seguito di un sisma, sono emanate leggi
che prescrivono l’adeguamento sismico di grandi
patrimoni edilizi esistenti, tipicamente viene
prescritto l’adeguamento ad azioni inferiori
rispetto a quelle previste dalle norme:
DL 74 del 6 giugno 2012 – 60%
Interventi di adeguamento …
Informazioni necessarie:
• Rilievo geometrico-strutturale del fabbricato
(particolari costruttivi, interazione con parti non strutturali e/o aggiunte, …)
• Caratterizzazione meccanica dei materiali
• Valori delle azioni e le loro combinazioni come per
edifici nuovi
Interventi di adeguamento …
Modalità di calcolo:
• verifica della struttura prima dell’intervento con
identificazione delle carenze e del livello di azione
sismica per la quale viene raggiunto lo SLU;
• scelta motivata del tipo di intervento;
• scelta delle tecniche e/o dei materiali;
• dimensionamento preliminare dei rinforzi e degli
eventuali elementi strutturali aggiuntivi;
• analisi strutturale considerando le caratteristiche della
struttura post-intervento.
Interventi di adeguamento …
In funzione della tipologia di fabbricato e dei risultati
ottenuti dall’analisi della struttura esistente possono
essere seguite differenti strategie per l’adeguamento
alle azioni di progetto:
• Incremento della resistenza degli elementi strutturali;
• Incremento della duttilità degli elementi strutturali;
• Riduzione dell’azione sismica sulla struttura.
Interventi di adeguamento …
Gli elementi più vulnerabili sono in genere i collegamenti fra
gli elementi strutturali, l’interazione (e i collegamenti) fra
la struttura ed i componenti non strutturali (tamponature,
scaffalature, …), i pilastri e le fondazioni.
Un intervento di adeguamento può prevedere due tipi di
strategie:
• rinforzo dei singoli elementi strutturali e dei collegamenti
(adeguamento delle connessioni, incremento di resistenza e duttilità dei pilastri)
• modifica dello schema strutturale mediante l’inserimento
di nuovi elementi (ad esempio controventature)
(schema statico modificato; necessità di verificare elementi strutturali e
collegamenti)
Terremoti:
sicurezza nei luoghi di lavoro
GRAZIE!!!
Antonella Colombo
ASSOBETON