Diapositiva 1 - INFN Sezione di Napoli

Università degli Studi “Federico II” di Napoli
Dottorato di Ricerca in Rischio Sismico
XXII ciclo
Seismic Vulnerability of Existing R.C. Structures
with Special Focus on High-Priority Buildings in
Central America
Maria Isabella Verbicaro
Tutore: Prof. Gaetano Manfredi
Referenti: Prof. Giovanni Fabbrocino
Dott. Gerardo M. Verderame
Seismic Vulnerability of Existing R.C. Structures With Special Focus on High-Priority Buildings in Central America
Maria Isabella Verbicaro
 Introduction
 Seismic Risk in Central American Countries
 Vulnerability Assessment
 High-Priority Buildings in Central America Selection
 Analytical Mechanical Vulnerability Assessment
 Conclusions
Seismic Vulnerability of Existing R.C. Structures With Special Focus on High-Priority Buildings in Central America
Maria Isabella Verbicaro
RESIS-II = Reducción de Riesgo Sísmico en Guatemala,
El Salvador y Nicaragua con Cooperación Regional de
Honduras, Costa Rica y Panamá
 più di 15 anni di cooperazione in sismologia
 interesse per cooperazione continuativa
 necessità di nuovi e interessanti argomenti
 2003 visita in Guatemala, El Salvador e Nicaragua per preparare
le proposte progettuali
 finanziamento del progetto dal Ministero degli Affari Esteri,
Norvegia
Seismic Vulnerability of Existing R.C. Structures With Special Focus on High-Priority Buildings in Central America
Maria Isabella Verbicaro
RESIS-II = Reducción de Riesgo Sísmico en Guatemala,
El Salvador y Nicaragua con Cooperación Regional de
Honduras, Costa Rica y Panamá
Riduzione del rischio sismico per i bersagli di maggiore importanza per la società:
edifici pubblici e di importanza strategica
Risultato atteso è la stesura di linee guida per la mitigazione, da far adottare ai gestori
e alle autorità
Studio della capacità strutturale in Centro America seguendo la strategia dell’imparare
facendo (corsi di formazione, workshops e meetings)
Informazione e attività di sensibilizzazione mirate alla popolazione “strategica”
(Proprietari, Autorità Nazionali e Comunali, responsabili della Pianificazione Urbana,
progettisti strutturali, e proprietari di edifici importanti e di industrie)
Seismic Vulnerability of Existing R.C. Structures With Special Focus on High-Priority Buildings in Central America
Maria Isabella Verbicaro
Background del progetto: Obiettivi
Seismic Vulnerability of Existing R.C. Structures With Special Focus on High-Priority Buildings in Central America
Maria Isabella Verbicaro
Background del progetto: Argomenti
Task 1: Detailed mapping of typical structures in the main cities
Task 2: Municipalities at risk
Task 3: Hospitals and health centers
Task 4: Schools
Task 5: Major roads and bridges (Guatemala)
Task 6: Microzonation and slope stability (San Salvador)
Task 7: Seismic hazard updates
Task 8: Regional workshops and meetings
Task 9: Promotion of education activities and university
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Maria Isabella Verbicaro
Perché ospedali e scuole?
 entrambi sono strutture ad alta priorità
 entrambe le tipologie strutturali sono estremamente importanti subito dopo un
disastro (rifugio, punto di raccolta, centro organizzativo)
 entrambe le tipologie strutturali hanno un tasso di occupazione estremamente alto
(o persone/mq)
e.g. Tasso di occupazione giornaliera
(FEMA 174, 1989):
permanent dwelling
1.2 occupants per 100 m2
government service
4.0
hospitals
5.0
fast-food restaurants
10.0
educational buildings
20.0
(24 h / 7d !!)
"(..) among EUROPA-MHA*) member states, earthquakes have only caused severe damage
to a small portion of existing buildings – most were schools, some were hospitals."
Multinovic (2004)
*)
Nota: MHA - Multi-hazard Agreement
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Inquadramento attività di rilievo
 Livello I: empirico
a) Sviluppo e applicazione di questionari
b) Valutazione indice di vulnerabilità strutturale (SVI) e non strutturale
c) Lista di priorità di edifici da studiare
 Livello II: modellazione e analisi
Seismic Vulnerability of Existing R.C. Structures With Special Focus on High-Priority Buildings in Central America
Maria Isabella Verbicaro
Inquadramento attività di rilievo
 Livello I: empirico
a) Sviluppo e applicazione di questionari
b) Valutazione indice di vulnerabilità strutturale (SVI) e non strutturale
c) Lista di priorità di edifici da studiare
 Livello II: modellazione e analisi
RC
No.
FEATURES AFFECTING THE STRUCTURAL SEISMIC VULNERABILITY
01
Is the building irregular in plan?
8
0
02
Are the columns regularly distributed?
0
4
03
Are both building directions adequately braced (RC frames or shear walls, URM walls)?
0
04
Does the ratio between the building’s length and width is > 2.5 ?
4
05
Does the building possess eccentric cores (staircases or elevators)?
06
YES NO
URM
NA
YES NO
NA
10
0
16
0
20
0
10
0
8
0
10
0
Does the building have a soft story?
16
0
0
07
Is the building irregular in elevation caused by setbacks of upper stories?
8
0
0
20
0
0
08
Does the building have cantilevering upper stories?
8
0
0
10
0
0
09
Does the building possess a heavy mass at the top or at roof level?
4
0
5
0
10
Are pounding effects possible?
4
0
5
0
11
Does the building have short columns?
8
0
12
Are strong beams–weak columns available?
16
0
13
Does the building possess shear walls ?
0
4
14
Did the building suffer any significant structural damage in the past?
4
0
5
0
15
Does the building possess seismic retrofitting or strengthening measures?
0
8
0
5
SUM
max 120
max 100
NO. OF ANSWERED QUESTIONS
12 or 15
8 or 10
STRUCTURAL VULNERABILITY INDEX SVI (= Sum  No. of questions)
Metodo ispirato da FEMA 154 e PAHO
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Hazard Sismico
In 50 years, there is a 10%
chance of exceeding the
indicated ground acceleration
(in [g]-units)
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 g
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Esposizione
Urban Explosion  Population is growing in hazardous regions
City
Population
Population density [people/km2]
Guatemala City
1,000,000 (2006)
4,505
San Salvador
535,000 (2006)
7,064
Managua
950,000 (2006)
5,700
Panama City
708,000 (2000)
275
San José
340,000 (2005)
7,546
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Tipo di costruito
Minifalda
Taquezal
Unreinforced
claybrick
masonry
Adobe brick-masonry
Bahareque
Confined
claybrick
masonry
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Tipo di costruito
Internal reinforced
concrete block
masonry
Unreinforced
concrete block
masonry
Confined
concrete block
masonry
Block panel
Piedra de cantera
Laminada
troquelada
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Inquadramento attività di rilievo
Da una iniziale applicazione della metodologia in Centro America si ha:
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Ospedali e cliniche sanitarie
Caratteristiche peculiari:
 una alta percentuale di occupanti sono disabili
 Attrezzature pericolose e altre installazioni (ossigeno e altri gas, agenti chimici,
ecc.) possono causare danni (es. incendi)
 Molte sono installazioni sensibili all’accelerazione (ascensori, tubazioni,
controsoffittature sospese) che possono rompersi facilmente e provocare danni
 Danni alle attrezzature mediche causano grosse perdite economiche
 Costi indiretti sono spesso considerati, ma possono essere maggiori dei costi
diretti di sostituzione
 I costi indiretti includono:
• perdite dovute all’interruzione dei servizi ospedalieri (laboratori, ecc.)  gli
ospedali privati possono andare in bancarotta
• incremento dei costi per le emergenze
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Scuole
Caratteristiche peculiari:
- psicologiche/etiche/sentimentali ragioni:
"NON C’E’ PIU’ GRANDE TESORO PER UNA SOCIETA’ CHE I SUOI BAMBINI"
- i bambini non si comportano come gli adulti  perdite maggiori
- le scuole sono spesso di una certa epoca  alcune deficienze
 negli edifici scolastici possono esserci differenze tra il progetto principale, lo stato
attuale e quello di mantenimento
- spesso le scuole sono vecchie/vulnerabili/a più piani
- cambi socio-economici drammatici nelle nazioni in via di sviluppo:
 economia basata sull’agricoltura a quella industriale
 rapida urbanizzazione
 incremento di costruzioni improprie
 incremento di vulnerabilità ed esposizione
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Questionari
Sviluppo di questionari basati su:
Federal Emergency Management Agency (2003). FEMA 396 – Incremental Seismic
Rehabilitation of Hospital Buildings. Washington, December 2003.
Federal Emergency Management Agency (2004). FEMA 389 – Primer for Design
Professionals, Chapter 9. Design and Performance Issues relating to Healthcare Facilities.
Washington, January 2004.
Federal Emergency Management Agency (2005). FEMA 452 – Risk Assessment, A How-to
Guide to mitigate potential Terrorist Attacks against Buildings. Washington, January 2005.
Pan American Health Organization PAHO (2000). Disaster Mitigation for Health Facilities:
Guidelines for Vulnerability Appraisal and Reduction in the Caribbean.
World Health Organization WHO (2002). A Structural Vulnerability Assessment of
Hospitals in Kathmandu Valley. Kathmandu, Nepal, August 2002.
World Health Organization WHO (2007). Seismic Vulnerability Assessment of a Key Health
Facility in The former Yugoslav Republic of Macedonia - A handbook. WHO, Copenhagen.
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Valutazione della Vulnerabilità
Metodo semplificato
 Seguendo procedure già esistenti presentate da PAHO, FEMA
 Questionari su vulnerabilità strutturale e non-strutturale trascurando la
vulnerabilità funzionale
 Da applicare solo a ospedali e edifici scolastici  questionari leggermenti
diversi
 Ancora nella fase di taratura, prime applicazioni: Northern India, Guatemala,
Nicaragua, El Salvador
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Questionari
Part 1. General information
Part 3. Non-structural parameters
Part 2. Structural parameters
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Part 1. General information
 Stima delle principali caratteristiche (influenzata soggettivamente dal compilatore)
 Le informazoni su età e stato attuale sono usate per incrementare/decrementare gli
indici di vulnerabilità
equal for hospitals and schools
for hospitals
for schools
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Part 2. Structural vulnerability assessment
Caratteristiche che influenzano la vulnerabilità strutturale:
Importance levels:
low
medium
high














Definizione di tre livelli di importanza connessi al Fattore di Livello di Importanza FIL :
low
medium
high
FIL = 1
FIL = 4
FIL = 9
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Part 2. Structural vulnerability assessment
Structural vulnerability index SVI:
 SVI = [( Imp. Level Factor) / No. of answers] · Age Factor · Actual State Factor
0.9 ... 1.1
0.9 ... 1.1
per i casi maggiormente sfavorevoli:
SVI
Age factor:
Age:
Actual state factor:
< 10 years
10 - 20 years
20 - 40 years
> 40 years
0.90
1.00
1.05
1.10
Good
0.90
3.99
4.43
4.65
4.87
Recently renovated
1.00
4.43
4.92
5.17
5.42
In need of renovation
1.05
4.65
5.17
5.43
5.69
Bad (decayed)
1.10
4.87
5.42
5.69
5.96
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Valutazione della Vulnerabilità
1. Identificazione di una possibile soluzione strutturale connessa al generico
edificio;
2. Generazione dei corrispondenti modelli a plasticità concentrata per analisi
non lineari;
3. Esecuzione di analisi di pushover per la determinazione dei parametri di
capacità non lineari.
Per valutare diversi livelli prestazionali, tre stati limite sono stati considerati:
- Danno limitato (DL) → attingimento della qy;
- Danno severo (SD) → attingimento di q = 3/4qu;
- Collasso incipiente (NC) → attingimento della qu.
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Analisi di pushover
(1) Generazione del modello strutturale
(2) Definizione delle proprietà delle cerniere non
lineari (legame momento-rotazione) per gli
elementi strutturali (travi, colonne)
(3) Definizione dei carichi
 carichi permanenti ed accidentali
 definizione della combinazione di carichi permanenti
e sismici ( indicazioni normative)
(4) Calcolo masse sismiche
(5) Analisi di Pushover
δi
Θi
δi
Θi
(G + Ψ2i  Q)
Gk + ∑i (Ψ2i  QKi)
with:
Ψ2i = 0.6 : for schools and hospitals
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Analisi di pushover
V
δ
structural model
ADRS spectrum
capacity (pushover) curve
equivalent SDOF
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Analisi di pushover: caratterizzazione delle cerniere plastiche
Θy
Θmax
Θu
Mcr
My
Mmax
Mu
- yield rotation
- maximum rotation (=1.5 Θy )
- ultimate rotation
- 'cracking' moment
- yield moment
- maximum moment
- ultimate moment (≈ 0.8 Mmax)
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Analisi di pushover: caratterizzazione delle cerniere plastiche
Calcolo della rotazione di yielding Θy secondo Euro Code EN1998:
 Per colonne e travi considerando taglio e scorrimento delle barre
db  f y

Lv  av  z
H


 y = y 
 0.0013  1  1.5    0.13   y 
3
Lv 
fc

with: y
Lv
H
db
fy
fc
- yield curvature
- shear length
- total section heigth
- mean diameter of the longitudinal bars in the affected section (ø18 = 18 mm)
- yield strength of the longitudinal reinforcement steel [MPa]
- concrete compression strength [MPa]
 La rotazione di yielding Θy è principalmente dipendente dall’armatura!!
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Analisi di pushover: caratterizzazione delle cerniere plastiche
Calcolo della rotazione ultima Θu:
pl
u =  y  um
Calcolo della rotazione plastica Θumpl:
 Basata su analisi di regressione
 um
pl
γel
ν
Ac
ω
ω'
fy , fyw
=
 max 0,01;  '
 0,0145  0,25  

 el
 max 0,01;   
1


0, 3
 fc
0.2
L 
 V 
 h 
0, 35
 25
f

    sx  yw

fc






 1,275100 d
- experimentally gained factor for primary structural elements (=1.0 in this study)
fc - concrete compression strength [MPa]
- normalized axial load [ν = N/(fc ∙Ac)]
α - confinement efficiency factor (eq. 8)
- concrete section
ρsx - transversal steel percentage (eq. 9)
- bar mechanical percentages in tension
ρd - percentage of diagonal reinforcement (eq.
- bar mechanical percentages in compression
10)[MPa]
- longitudinal and transversal yield strength of steel
A f
A ' f
= s y
' = s y
b  H  fc
b  H  fc
 La rotazione plastica Θumpl è influenzata dal calcestruzzo!!

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Analisi di pushover: resistenza a taglio
VR =

1 h  x
 L
 min N ;0.55 Ac  f c   1  0.05 min 5; pl  0.16 max 0.5;100 tot   1  0.16 min  5; V

 el  2 Lv
 h

with: γel
h
x
N
LV
Ac
fc
ρtot
VW



- experimentally gained factor for primary structural elements
- depth of cross-section
- compression zone depth
- compressive axial force
- ratio moment/shear at the end section
- cross section area
- concrete compression strength [MPa]
- total longitudinal reinforcement ratio
- contribution of transverse reinforcement to shear resistance
Vw =  w  bw  z  f yw
with: ρw - tranverse reinforcement ratio
z - length of the internal lever arm
fyw - yield stress of the transverse reinforcement [MPa]


   f c  Ac  Vw 


As’
h
bw
As
Total longitudinal reinforcement:
 tot =
As  As '
bw  h
Seismic Vulnerability of Existing R.C. Structures With Special Focus on High-Priority Buildings in Central America
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Analisi di pushover: caratterizzazione delle cerniere plastiche
Variabilità nelle caratteristiche meccaniche dei materiali (valutazione parametrica):
1. La resistenza del calcestruzzo è considerata distribuita normalmente con un valore medio
dipendente dalle caratteristiche in situ e dalle pratiche progettuali adottate e un CoV uguale al
25 %
2. La resistenza dell’acciaio è considerata distribuita normalmente con un valore medio
dipendente dalle caratteristiche in situ e dalle pratiche progettuali adottate e un CoV uguale al
8%
fc
Experimental test on new C.A. steel bar in Univ.
of Naples’s Official Laboratory:
700
fy
600
500
400
300
200
100
0
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
Seismic Vulnerability of Existing R.C. Structures With Special Focus on High-Priority Buildings in Central America
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Analisi di pushover: variability in thresholds
Variabilità dei parametri caratterizzanti le cerniere non lineari (valutazione parametrica):
1. Rotazione di yielding qy : distribuzione lognormale, valore medio uguale alla qy
corrispondente a materiali “medi” e CoV = 42 %
2. Rotazione plastica qpl : distribuzione lognormale con valore medio uguale alla qpl
corrispondente ai materiali medi e CoV = 42 %
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Analisi di pushover: parametri non lineari
Dalla curva di capacità bilineare i Parametri non lineari per il sistema SDOF
2500
possono essere derivati:
1)
Periodo effettivo:
Base shear, Vb [kN]
2000
T = 2  
m
i
i
 i
1500
MDOF
1000
k*
Bilinear equivalent
SDOF
500
2) Resistenza non lineare:
Cs =
Vy
 m   
2
i
3) Spostamento non lineare: C d =
*
i
 i mi  
Roof displacement, u [m]
0
2
i
0
0.03
0.06
0.09
0.12
i
u

in cui:
mi è la massa all’i-esimo impalcato, e i è lo spostamento
adimensionalizzato al livello i rispetto allo spostamento
del tetto,  è il fattore di partecipazione e
rigidezza non lineare
k*
è la
k =
*
Vy
*
y
m 

=
 m 
i
i
i
i
i
2
i
0.15
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Domanda: spettro IBC 2006
S a T  = S a @ 0.3   0.4  0.6  T 
TA 

1
0  T  TA
S a T  = S a @ 0.3
Spectral Acceleration, Sa [g]
0.9
0.8
Classificazione suolo
(NEHRP)
TA  T  TAV
S a T  =
0.7
0.6
S a @1.0
S a T  =
0.5
T
TAV  T  TVd
S a @ 1.0  TVD
T
2
TVD  T  10 s
0.4
0.3
0.2
0.1
Period, T [s]
0
0
0.5
1
A
1.5
B
C
2
D
E
2.5
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Curve di capacità – curve di fragilità
2500
Base shear, Vb [kN]
Cd : spostamento capace del SDOF
2000
Cs : coefficiente di taglio alla base
1500
funzione di Vmax del SDOF e
MDOF
1000
della massa generalizzata
Bilinear equivalent
SDOF
T: periodo effettivo del SDOF
500
Roof displacement, u [m]
0
0
0.03
0.06
0.09
0.12
0.15
Estrazione casuale di un vettore di parametri (qy, qpl , Cd, Cs e T)
 Spettro di domanda elastica corrispondente al periodo T dell’estrazione casuale
 Riduzione dello spettro elastico in inelastico mediante i fattori CR e R
 Confronto Capacità – Domanda per ognuno degli stati limite considerati
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Ospedali e scuole rilevati
Ospedali (Guatemala City):
Roosevelt - Maternidad
Scuole (Guatemala City):
Republica de Austria
Republica de Colombia
Ospedali:
Nacional Dr. Luis E. Vasquez (Chalatenango)
Scuole:
Complejo Educativo Catolico 'S. Domingo' (Chiltiupan)
Alberto Mazzini (San Salvador)
Ospedali (Managua):
Roberto Calderon Gutierrez
Velez Paiz
Scuole (Managua):
Instituto Nacional Azarias H. Pallais
Instituto Nacional Rigoberto Lopez Perez
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Ospedali e scuole rilevati: El Salvador
Ospedali:
Nacional Dr. Luis E. Vasquez (Chalatenango)
Scuole:
Complejo Educativo Catolico 'S. Domingo' (Chiltiupan)
Alberto Mazzini (San Salvador)
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Ospedali e scuole rilevati: Nicaragua
Ospedali (Managua):
Roberto Calderon Gutierrez
Velez Paiz
Scuole (Managua):
Instituto Nacional Azarias H. Pallais
Instituto Nacional Rigoberto Lopez Perez
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Ospedali e scuole rilevati: Guatemala
Ospedali (Guatemala City):
Roosevelt - Maternidad
Scuole (Guatemala City):
Republica de Austria
Republica de Colombia
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Ospedali e scuole rilevati: Guatemala
Ospedali (Guatemala City):
Roosevelt - Maternidad
Scuole (Guatemala City):
Republica de Austria
Republica de Colombia
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Escuela Republica de Colombia: Guatemala City
Guatemala City
Zona 11
Zona 11:
occupazione residenziale e commerciale
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Escuela Republica de Colombia: Guatemala City
 anno di costruzione: 1965 (sopravvissuta al terremoto del 1976, M 7.5)
 suolo: classe C secondo la classificazione NEHRP (vs,30 = 360–760 m/sec)
 proprietà dei materiali assegnate dai test effettuati in situ, opportunamente
corretti in funzione delle pratiche progettuali del posto:
a) calcestruzzo fc=21.00 N/mm2
b) acciaio di armatura fy~310.00 N/mm2
 Assenza di normativa sismica
56.90 m
20.60 m
pianta
sezione
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Modellazione strutturale
Modello a plasticità concentrata per analisi di pushover
pl
q u = q y  q um
q y = y 

LV  aV z
h
 0,0013  1  1,5 
3
LV

d f

  0,13   y  b y
fc

q max = 1.5  q y
Diagramma momento – rotazione adottato
pl
q um
 max 0,01;  '
=
 0,0145  0,25  

 el
 max 0,01;   
1
el adottato pari a 1


0,3
0, 2  L 
 fc   V 
 h 
0, 35
 25
f 

    sx  yw 

f c 


 1,275100 d

Relazioni da EC8
Seismic Vulnerability of Existing R.C. Structures With Special Focus on High-Priority Buildings in Central America
Maria Isabella Verbicaro
Modellazione strutturale
(1) Effetto P–Δ
 Entità del carico assiale;
 Snellezza dell’intera struttura;
 Snellezza dei singoli elementi.
Dettaglio colonna (l’armatura è rilevata con test pacometrici)
Seismic Vulnerability of Existing R.C. Structures With Special Focus on High-Priority Buildings in Central America
Maria Isabella Verbicaro
Modellazione strutturale
(1) Effetto P–Δ
 Entità del carico assiale;
 Snellezza dell’intera struttura;
 Snellezza dei singoli elementi.
2500
Base shear, Vb [kN]
2000
1500
1000
500
Roof displacement, u [m]
0
0
Dettaglio colonna (l’armatura è rilevata con test pacometrici)
0.03
0.06
without P-delta
0.09
with P-delta
0.12
0.15
Seismic Vulnerability of Existing R.C. Structures With Special Focus on High-Priority Buildings in Central America
Maria Isabella Verbicaro
Modellazione strutturale
(2) Deformabilità del tetto
 Diaframma rigido;
 Shell deformabili su travi di legno.
2500
Base shear, Vb
[kN]
2000
rigid roof
Lamiera ondulata in metallo su travi di legno
1500
deformable roof
1000
500
Roof displacement, u
[m]
0
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
Seismic Vulnerability of Existing R.C. Structures With Special Focus on High-Priority Buildings in Central America
Maria Isabella Verbicaro
Modellazione strutturale
(3) Variabilità nelle caratteristiche meccaniche
 Distribuzione lognormale per qy (CoV = 0 .42);
 Distribuzione lognormale per qpl (CoV = 0 .42).
qy percentile
Panagiotakos e Fardis, 2001
0.16
0.34
0.50
0.66
0.84
0.16
0.34
q pl percentile
0.50
1
6
11
16
21
2
7
12
17
22
3
8
13
18
23
0.66
0.84
4
9
14
19
24
5
10
15
20
25
Variabilità nel modello meccanico
(qy e qpl )
non considerata in alcun metodo
per tener in conto errori di
regressione nella determinazione di q
Seismic Vulnerability of Existing R.C. Structures With Special Focus on High-Priority Buildings in Central America
Maria Isabella Verbicaro
Risultati di analisi: capacità strutturali
Effetto della rotazione plastica e di yielding sulla capacità strutturale
qpl growing
2500
qy growing
2500
Base shear, Vb [kN]
2000
2000
1500
1500
1000
1000
500
500
Roof displacement, u [m]
0
0
0.03
0.06
Damage Limitation
0.09
Significant Damage
0.12
Near Collapse
Base shear, Vb [kN]
Roof displacement, u [m]
0
0.15
0
0.03
0.06
Damage Limitation
0.09
Significant Damage
0.12
Near Collapse
0.15
Seismic Vulnerability of Existing R.C. Structures With Special Focus on High-Priority Buildings in Central America
Maria Isabella Verbicaro
Risultati di analisi: capacità strutturali
Effetto della rotazione plastica e di yielding sulla capacità strutturale
Lo spostamento capace
aumenta al crescere di qpl
2500
La rigidezza strutturale decresce,
pertanto il periodo effettivo
aumenta al crescere di qy
2500
Base shear, Vb [kN]
2000
2000
1500
1500
1000
1000
500
500
qpl growing
0
0
0.03
0.06
Damage Limitation
Roof displacement, u [m]
0.09
Significant Damage
0.12
Near Collapse
Base shear, Vb [kN]
qy growing
Roof displacement, u [m]
0
0.15
0
0.03
0.06
Damage Limitation
0.09
Significant Damage
0.12
Near Collapse
0.15
Seismic Vulnerability of Existing R.C. Structures With Special Focus on High-Priority Buildings in Central America
Maria Isabella Verbicaro
Risultati di analisi: parametri non lineari
1.00
0.10
T* [sec]
0.90
0.09
0.80
0.08
0.70
0.07
0.60
0.06
0.50
0.05
0.40
0.04
0.30
0.03
0.20
0.02
0.10
0.00
0.10
0.01
qy
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
0.00
0.00
0.10
CdSD [m]
0.09
0.09
0.08
0.08
0.07
0.07
0.06
0.06
0.05
0.05
0.04
0.04
0.03
0.03
0.02
0.02
0.01
0.00
0.00
qy
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
CdDL [m]
1.00
qy
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
CdNC [m]
0.01
0.00
0.00
qy
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
Seismic Vulnerability of Existing R.C. Structures With Special Focus on High-Priority Buildings in Central America
Maria Isabella Verbicaro
Risultati di analisi: Fragilità Strutturali
1.0
0.9
1.0
Pf
0.9
0.8
0.8
0.7
0.7
0.6
0.6
0.5
0.5
0.4
0.4
0.3
0.3
0.2
0.2
0.1
Pf
0.1
PGA [g]
0.0
PGA [g]
0.0
0.0
0.1
0.2
0.3
Damage Limitation
0.4
0.5
0.6
0.7
Significant Damage
0.8
0.9
Near Collapse
direzione longitudinale
1.0
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
Damage Limitation
0.5
0.6
Significant Damage
0.7
0.8
0.9
Near Collapse
direzione trasversale
Stati limite (crisi elemento → crisi struttura)

Danno limitato (DL): un primo elemento attinge lo snervamento

Danno severo (SD): un primo elemento attinge una rotazione pari a ¾ di quella ultima

Collasso imminente (NC): un primo elemento attinge una rotazione pari a quella ultima
1.0
Seismic Vulnerability of Existing R.C. Structures With Special Focus on High-Priority Buildings in Central America
Maria Isabella Verbicaro
Ospedali e scuole rilevati: El Salvador
Ospedali:
Nacional Dr. Luis E. Vasquez (Chalatenango)
Scuole:
Complejo Educativo Catolico 'S. Domingo' (Chiltiupan)
Alberto Mazzini (San Salvador)
Seismic Vulnerability of Existing R.C. Structures With Special Focus on High-Priority Buildings in Central America
Maria Isabella Verbicaro
Ospedali e scuole rilevati: El Salvador
Ospedali:
Nacional Dr. Luis E. Vasquez (Chalatenango)
Scuole:
Complejo Educativo Catolico 'S. Domingo' (Chiltiupan)
Alberto Mazzini (San Salvador)
Seismic Vulnerability of Existing R.C. Structures With Special Focus on High-Priority Buildings in Central America
Maria Isabella Verbicaro
Ospedale Nacional Dr. Luis E. Vasquez: El Salvador
El Salvador
Seismic Vulnerability of Existing R.C. Structures With Special Focus on High-Priority Buildings in Central America
Maria Isabella Verbicaro
Ospedale Nacional Dr. Luis E. Vasquez: El Salvador
 anno di costruzione: 1971 (sopravvissuto ai terremoti del 2001, M 7.7 – 6.6)
 suolo: classe C secondo la classificazione NEHRP (vs,30 = 360–760 m/sec)
 proprietà dei materiali assegnate dai test effettuati in situ, opportunamente
corretti in funzione delle pratiche progettuali del posto:
a) calcestruzzo fc=19.00 N/mm2
b) acciaio di armatura fy~345.00 N/mm2
 Antecedente alla norma sismica (El Salvador Seismic Code 1989 – El Salvador
Hospitals Code 2004)
 6 piani (hint=3.8 m)
42.00 m
12.80 m
pianta
Seismic Vulnerability of Existing R.C. Structures With Special Focus on High-Priority Buildings in Central America
Maria Isabella Verbicaro
Ospedale Nacional Dr. Luis E. Vasquez: El Salvador
 Percentuale di armatura non conosciuta → processo di progettazione simulata
a) travi: percentuale di acciaio funzione del rapporto tra momento flettente
(G+Q) e il prodotto di base e quadrato dell’altezza utile della sezione e di
rapporto tra copriferro e altezza utile della sezione (ACI - 63)
b) pilastri: percentuale geometrica di armatura = 0.01 - 0.08 della sezione (ACI 63), tarata con la pratica progettuale del posto (in Laboratorio Max Bloch
Central, area di acciaio = 0.015 dell’area della sezione)
Seismic Vulnerability of Existing R.C. Structures With Special Focus on High-Priority Buildings in Central America
Maria Isabella Verbicaro
Modellazione strutturale ospedale
Modello a plasticità concentrata per analisi di pushover
pl
q u = q y  q um
q y = y 

LV  aV z
h
 0,0013  1  1,5 
3
LV

d f

  0,13   y  b y
fc

q max = 1.5  q y
Diagramma momento – rotazione adottato
pl
q um
 max 0,01;  '
=
 0,0145  0,25  

 el
 max 0,01;   
1
el adottato pari a 1


0,3
0, 2  L 
 fc   V 
 h 
0, 35
 25
f 

    sx  yw 

f c 


 1,275100 d

Relazioni da EC8
Seismic Vulnerability of Existing R.C. Structures With Special Focus on High-Priority Buildings in Central America
Maria Isabella Verbicaro
Modellazione strutturale
Variabilità nelle caratteristiche meccaniche
 Distribuzione lognormale per qy (CoV = 0 .42);
qy percentile
 Distribuzione lognormale per qpl (CoV = 0 .42).
0.16
0.34
0.50
0.66
0.84
0.16
0.34
q pl percentile
0.50
1
6
11
16
21
2
7
12
17
22
3
8
13
18
23
0.66
0.84
4
9
14
19
24
5
10
15
20
25
Variabilità nel modello meccanico
(qy e qpl )
non considerata in alcun metodo
per tener in conto errori di
regressione nella determinazione di q
Seismic Vulnerability of Existing R.C. Structures With Special Focus on High-Priority Buildings in Central America
Maria Isabella Verbicaro
Analisi di pushover: caratterizzazione delle cerniere plastiche
Variabilità nelle caratteristiche meccaniche dei materiali (valutazione parametrica):
1. Distribuzione normale della resistenza del calcestruzzo,  = 19 MPa e CoV = 25 %
fc [MPa]
2. Distribuzione normale della resistenza dell’acciaio,  = 345 MPa e CoV = 8 %
9.50
14.25
19.00
23.75
28.50
290
317
f y [MPa]
345
1
6
11
16
21
2
7
12
17
22
3
8
13
18
23
373
400
4
9
14
19
24
5
10
15
20
25
fcm=19 MPa
CoV=25%
Variabilità nella caratterizzazione dei
materiali
fym= 345 MPa
(fy e fc )
CoV=8%
per tener in conto approssimazioni
nella determinazione delle f
Seismic Vulnerability of Existing R.C. Structures With Special Focus on High-Priority Buildings in Central America
Maria Isabella Verbicaro
Parametri non lineari: risultati
2,00
1,80
T* [sec]
1,60
Il periodo effettivo aumenta
al crescere della qy
1,40
1,20
1,00
0,80
0,60
0,40
0,20
0,00
0,00
qy
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
0,90
1,00
2.00
1.80
T* [sec]
1.60
1.40
Il periodo effettivo aumenta
al crescere della qpl
1.20
1.00
0.80
0.60
0.40
0.20
0.00
0.00
qpl
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
Seismic Vulnerability of Existing R.C. Structures With Special Focus on High-Priority Buildings in Central America
Maria Isabella Verbicaro
Parametri non lineari: risultati
0,30
Cs [g]
0,25
Cs aumenta al crescere della resistenza
a compressione del calcestruzzo
0,20
0,15
0,10
0,05
fc [MPa]
0,00
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
0.30
0.25
0.20
Cs aumenta al crescere della resistenza
dell’acciaio
0.15
0.10
0.05
0.00
250
270
290
310
330
350
370
390
410
430
450
Seismic Vulnerability of Existing R.C. Structures With Special Focus on High-Priority Buildings in Central America
Maria Isabella Verbicaro
Parametri non lineari: risultati
0,35
CdCO [g]
0,30
Cd aumenta al crescere della rotazione
di snervamento
0,25
0,20
0,15
0,10
0,05
0,00
0,00
qy
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
0,90
1,00
0,35
CdCO [g]
0,30
0,25
Cd aumenta al crescere della rotazione
plastica
0,20
0,15
0,10
0,05
qpl
0,00
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
Seismic Vulnerability of Existing R.C. Structures With Special Focus on High-Priority Buildings in Central America
Maria Isabella Verbicaro
Conclusioni
 Sviluppo di questionari → lista di priorità
 Sviluppo di funzioni di vulnerabilità strutturale considerando variabilità nel
modello
 Scelta di una struttura rappresentativa per le scuole e una per gli ospedali rilevati
in Centro America
 Sono stati considerati:
a)
Distribuzioni lognormali nella caratterizzazione del modello meccanico
b) Distribuzioni normali nelle caratteristiche dei materiali
c)
Diverse tipologie di tetto
d)
Effetto P - 
 Sviluppo di funzioni di fragilità in termini di PGA, per tre stati limite (DL, SD e
NC), considerando variabilità nel modello, negli stati limite e nella domanda
inelastica.
Seismic Vulnerability of Existing R.C. Structures With Special Focus on High-Priority Buildings in Central America
Maria Isabella Verbicaro
Conclusioni
I risultati ottenuti verranno utilizzati per:
 Taratura di un Index Method per la valutazione della vulnerabilità strutturale e
non strutturale di scuole e ospedali nei paesi del Centro America, in corso di
sperimentazione
 Semplici linee guida per l’adeguamento sismico di edifici strategici in Centro
America
 Analisi Costi-Benefici
Seismic Vulnerability of Existing R.C. Structures With Special Focus on High-Priority Buildings in Central America
Maria Isabella Verbicaro
Conclusioni
OECD experts’ recommendations
“The motivation for school seismic safety is much broader than the universal human instinct to protect and
love children. The education of children is essential to maintaining free societies ... most nations make
education compulsory. A state requirement for compulsory education, while allowing the continued use of
seismically unsafe buildings, is an unjustifiable practice. School seismic safety initiatives are based on the
premise that the very future of society is dependent upon the safety of the children of the world.”
Tucker et al. (2004)
UN Recommendations on School Seismic Safety
October 2006, UN Secretary General Kofi Annan launches a 2 yr global campaign to make
schools a focal point for disaster reduction:
“Children are especially vulnerable to the threats posed by natural hazards.”
“Strengthening school buildings and educating students about how to prepare for disasters will save lives.”
“Governments must act now to reduce the devastating impact of disasters on their citizens, especially their
children.”
Seismic Vulnerability of Existing R.C. Structures With Special Focus on High-Priority Buildings in Central America
Maria Isabella Verbicaro