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09.03.2012 – Riproduzione Riservata BIS ed Edifici Esistenti nelle NTC 1 / 60

LE NUOVE PROSPETTIVE PER L'ADEGUAMENTO SISMICO DEGLI EDIFICI ESISTENTI CON LE NTC

pierpaolo cicchiello ([email protected] - [email protected])

ISOLAMENTO SISMICO:


Membro itCold (Sezione Italiana Commissione Internazionale Grandi Dighe)Responsabile Ingegneria Antisismica www.ingegneri.cc

Politecnico di Milano (Tecnica delle Costruzioni)

Testi Pubblicati o in corso di pubblicazione con Maggioli (M) e Flaccovio (F):Diagnostica strutturale, 2010, M

Progettazione strutturale antisismica degli edifici, 2010, MIl progetto architettonico antisismico, 2010, M

La messa in sicurezza e l'adeguamento sismico degli edifici esistenti, 2011, MCriteri di progettazione antisismica per strutture miste, 2011, M

Metodi non convenzionali di protezione antisismica, 2011, MLa Regolarità Strutturale (in pubblicazione), M

Guida Operativa alla Consulenza Tecnica nella Patologia Edilizia, (in pubblicazione) F*

Progettista, DL, Collaudatore di oltre 300 Strutture Ordinarie e SpecialiIngegnere Esperto UNI-ISO 9927-1 (Vita utile strutture metalliche)

Ingegnere OTIA 5300 (Canton Ticino, Svizzera)AISC (American Institute of Steel Costruction) Profess. Member

* Con l’Avv. Silvia Annamaria BRAMBILLA


Cosa succede ad un edificio in occasione di un sisma?

Il moto del terreno e la sua trasmissione al terreno: edifici rigidi e flessibili


Come si può adeguare sismicamente un edificio esistente?

• Classiche tecniche di rinforzo• Rafforzamento diffuso su tutti gli elementi strutturali

1. Metodi tradizionali2. Metodi innovativi (CAM)

• Inserimento nuovi elementi con rigidezza e resistenza elevata (pareti, controventi)

• Metodi moderni– Isolamento alla base– Controventi dissipativi

• Metodi innovativiControllo attivo


Il PRG di un BIS su edifici esistenti comporta:

Aspetti delicati del BIS seismic-retrofit

1. Spostamenti relativi rispetto al terreno elevati

2. Verificare compatibilità con:1. funzionamento corretto degli impianti2. presenza di edifici contigui

3. Inserimento degli isolatori tra struttura e fondazione

4. Manutenzione ed ispezione da affidare a ditte competenti

5. Progetto più difficile

6. Realizzazione più delicata


Come si può adeguare sismicamente un edificio esistente?

Classiche tecniche di rinforzo1. Si incrementa la sicurezza al collasso delle strutture con

aumento di resistenza e duttilità2. Sono necessari estesi interventi di rifacimento delle parti

non strutturali3. L’incremento dei pesi si traduce in una sovraccarico

ulteriore sulla fondazione, con conseguenti sensibili aumenti dei costi di intervento

INCREMENTO DEI COSTI DI REALIZZAZIONE

Vantaggi del BIS seismic-retrofit1. si riducono le sollecitazioni sugli elementi strutturali e sulle

fondazioni2. Si può evitare di intervenire sulla struttura in elevazione


Effetti dell’isolamento sismico alla base (BIS) sull’ edificio?

STRATEGIA DI DIFESA “BIS”:– EFFICACIA CRESCENTE CON aG– EFFICACIA CRESCENTE CON SUOLI SCADENTI (C,D,E)– RICHIEDONO REGOLE SPECIFICHE (Diversamente dalla

DISSIPAZIONE)



STRATEGIE DI ISOLAMENTO SISMICO:1. AUMENTO PERIODO FONDAMENTALE:

RIDUZIONE DELL’ACCELERAZIONE DI RISPOSTA2. RIDUZIONE FORZA ORIZZONTALE TRASMESSA3. DISSIPARE BUONA PARTE DELL’ENERGIA IN

INGRESSO

– Per ogni edificio esistente si adotta una scelta principale e si può abbinarvi una scelta secondaria

– Ogni struttura esistente presenta peculiarità tali da far propendere per una linea operativa

– IMPORTANZA ANALISI COMPORTAMENTO DINAMICO



STRATEGIE DI ISOLAMENTO SISMICO:– AUMENTO PERIODO FONDAMENTALE: RIDUZIONE RISPOSTA– Le strutture in muratura, nell’aftershock, si “autoisolano”,

attraverso la creazione di meccanismi che modificano il comportamento dinamico dell’edificio

(M. Dolce)



STRATEGIE DI ISOLAMENTO SISMICO:– INCREMENTO DEL PERIODO E DISSIPAZIONE DI ENERGIA



STRATEGIE DI ISOLAMENTO SISMICO:– RIDUZIONE DELLA FORZA


PUNTI FONDAMENTALI PER PRG DI “BIS”1. IL SISTEMA DI ISOLAMENTO SISMICO DEVE ESSERE

CARATTERIZZATO DA UN LIVELLO DI AFFIDABILITA’SUPERIORE, PER LA CENTRALITA’ DEL RUOLO RIVESTITO

2. IL DISPOSITIVO DI ISOLAMENTO SARA’ DEFINITO IN TERMINI DI COMPORTAMENTO MECCANICO:– ATTRAVERSO UN MODELLO RAPPRESENTATIVO DELLA

DINAMICA STRUTTURALE CHE SIA REALISTICO, NON NECESSARIAMENTE COMPLICATO. Attenzione ai cataloghi dei Produttori che finiscono “di peso” nel DB del SW

– SPERIMENTAZIONE DI LABORATORIO CONDOTTA CON “STORIA DI CARICO ADEGUATA ALLE CONDIZIONI DI UTILIZZO EFFETTIVE (in termini di accelerazione, velocità, spostamenti)

3. Il progetto deve essere redatto con attenzione particolare ai dettagli esecutivi

4. Coinvolgere il Collaudatore sin dalle fasi iniziali del progetto5. Importanza rilevante va data al Piano di Manutenzione


VERIFICHE SU STRUTTURE ESISTENTI

8.3 VALUTAZIONE DELLA SICUREZZA

– Valutazione di sicurezza e scelte progettuali degli interventisulle costruzioni esistenti si possono svolgere con riferimento ai soli SLU

– Se verifico anche nei confronti degli SLE, i livelli di prestazione sono stabiliti di concerto con il Committente


Le verifiche S.L.U. PER LE STRUTTURE “TRADIZIONALI”sono “SENSIBILI AL PROGETTISTA”

per SLV e SLC si accetta che la struttura possa sostenere danni di grave entità, anche strutturali, conservando però la capacità di sopportare i carichi verticali e quindi senza collassare

SLV (sisma probabilità di accadimento 10% durante VR): alla struttura è richiesta anche una residua capacità di resistere ad azioni orizzontali (repliche sismiche di intensitàinferiore)

SLC (sisma probabilità di accadimento al 5% durante VR): – è richiesto unicamente di sostenere i carichi verticali nella

fase post -sismica, senza ulteriori riserve

N.B. Per costruzioni in muratura SLV implica SLC

Modello di valutazione della sicurezza scelto e giustificato dal progettista caso per caso, dopo:

Analisi – rilievo – caratterizzazione meccanica


MODELLO E MODELLAZIONEModello per la valutazione della sicurezza scelto e giustificato dal progettista caso per caso:

Modello a telai

Modello a mensole


RICHIAMI S.L.U. per EDIFICI in MURATURAModello per la valutazione della sicurezza scelto e giustificato dal progettista caso per caso:

Schema a trave di collegamento in muratura pura

Schema a trave di collegamento con cordolo e architrave


L’ ISOLAMENTO NON E’ UN’INVENZIONE

TempliMonasteri CinesiPonti

(Martelli)


IL PATRIMONIO EDILIZIO MERITA L’ISOLAMENTO

COMPROMESSO O CROLLO?


IL PATRIMONIO EDILIZIO CHIEDE L’ISOLAMENTO

IL CROLLO DEI COMPROMESSI:


GLI EDIFICI ESISTENTI ALL’ESTERO DIVENTANO PATRIMONIOSan Francisco City Hall:1906, 1912 (rec), 1989 (LP), 2000


MODELLO CONVENZIONALE DI ANALISI


MODELLO PER L’ANALISI DI EDIFICI BIS


SINTESI DELLE STRATEGIE DI DIFESA SISMICA


ISOLAMENTO SISMICO: POSSIBILI COLLOCAZIONI


IL PATRIMONIO EDILIZIO E L’EVENTO SISMA

OSSERVAZIONI PRELIMINARI:

1. NON ESISTE EDIFICIO STORICO CHE SIA IMMUNE DAL PERICOLO SISMICO – VU ~

2. NON ESISTE PROVVEDITORE CHE POSSA ASSICURARE LA SORVEGLIANZA ED IL GIUDIZIO DEL TEMPO SULLE SCELTE DI TIPO “CONVENZIONALE”

3. NON ESISTONO MOLTE ALTERNATIVE PARAGONABILI PER LA TUTELA DEL PATRIMONIO STORICO AL SEISMIC RETROFIT CON BIS

4. LE RISORSE DISPONIBILI NON SONO INFINITE


PER EDIFICI DI VALORE INESTIMABILE IL COSTO PUO’ ESSERE TRASCURATO

De Stefano et al: “Sottofondazione con tubi di grande diametro (fino a 3000 mm) inseriti con tecnica spingitubo”


IL PATRIMONIO EDILIZIO E L’EVENTO SISMA

LE RISORSE DISPONIBILI DOVE SONO FINITE?

1. I GLADIATORI HANNO CESSATO DI “PUGNARE”

2. IL MORALISTA è SCONVOLTO MA TACE:

LA OTTIMA CAPACITA’ DI RILIEVO DEL DANNO POST-SISMA ORA DEVE CEDERE IL PASSO AL CORAGGIO DEL RETROFIT PRE-SISMA “ESTESO”


AL LIMITE, MEGLIO INTERVENIRE IN MODO INVASIVO PRIMA CHE DOPO IL DANNEGGIAMENTO


ESSENZA DEL “BIS”

FUNZIONI PRINCIPALI:1. FUNZIONE DI APPOGGIO2. RIGIDEZZA ORIZZONTALE LIMITATA PER SISMA MA SUFFICIENTE

PER VENTO3. DISSIPAZIONE

FUNZIONE ACCESSORIA “PRIMARIA”:1. CAPACITA’ DI RICENTRAGGIO

FUNZIONI ACCESSORIE “SECONDARIE”:1. INGOMBRO RIDOTTO2. DURABILITA’

VARIABILE “DIPENDENTE”:COSTO, f(aG, soil, Vu)


VANTAGGI DEL “BIS”IN TERMINI PRATICI:

1. SI INTERVIENE SOLO AL PIEDE DELL’EDIFICIO

2. I LAVORI NON RENDONO INAGIBILE IL FABBRICATO

3. IN CASO DI SISMA IL DANNO è MOLTO RIDOTTO MA, SOPRATTUTTO, SI MANTIENE L’OPERATIVITA’. QUESTO ASPETTO DOVREBBE DA SOLO PORTARE AL BIS PER TUTTI GLI “EDIFICI DI VALORE”

IN TERMINI INGEGNERISTICI:

1. HO UNA DOMANDA DI DUTTILITA’ INFERIORE

2. DEVO STIMARE CORRETTAMENTE TFB

3. SCELTA DEI TIPI ADATTI DI DISPOSITIVI DI ISOLAMENTO


LE ASSUNZIONI DEL PROGETTO DI UN SISTEMA BIS

VERIFICHE PRELIMINARI:

1. I MOVIMENTI DI BASE POSSONO SVILUPPARSI?

2. GLI EDIFICI VICINI POSSONO ESSERE DANNEGGIATI DAL NOSTRO?

3. GLI EDIFICI VICINI POSSONO MODIFICARE IL COMPORTAMENTO DEL NOSTRO PROGETTO?

SCELTE ESSENZIALI

1. IL VANO ASCENSORE E LE SCALE DEVONO CONSENTIRE2. DOVE COLLOCARE IL SISTEMA DI ISOLAMENTO

3. QUALE SISTEMA DI ISOLAMENTO POSSO INSTALLARE


ESSENZA DEL “BIS”

QUALE VANTAGGIO CONSEGUO CON “BIS”?

DIPENDE IN BUONA PARTE DA Tis E TFB e dal DAMPING

TFB

TIS


Volume significativo di TERRENO DA INVESTIGARE1

1 (AGI 1977) in Cicchiello P., Diagnostica Strutturale, Maggioli, 2010


Il VOLUME SIGNIFICATIVO1

1 Zona da CONOSCERE e CARATTERIZZARE

MODELLAZIONE FEM DEL SOTTOSUOLO


PERIODO PRINCIPALE EDIFICIO ESISTENTECOME STIMO TFB?

1. NTC08 (7.3.3.2):– T1 = C1 * H3/4

• H < 40 m (dalle fondazioni ! )• Massa uniforme su H• C1 =

– 0,085 STEEL FRAMES– 0,075 CONCRETE FRAMES– 0,050 OTHERS

2. FEM (mi devo affidare ai DISEGNI – AS DESIGNED)

3. MISURA STRUMENTALE (VIBRODINA, SISMICA PASSIVA)

4. MISURA STRUMENTALE + FEM “MODIFICATO”


PERIODO PRINCIPALE EDIFICIO ESISTENTE

NTC08 (7.3.3.2):– T1 = C1 * H3/4

• H < 40 m• Massa uniforme su H• C1 =

– 0,085 STEEL FRAMES– 0,075 CONCRETE FRAMES– 0,050 OTHERS


PERIODO PRINCIPALE EDIFICIO ESISTENTECOME STIMO TFB?• MISURA STRUMENTALE CON VIBRODINA

(Lagomarsino et al.)


PERIODO PRINCIPALE EDIFICIO ESISTENTECOME STIMO TFB?• MISURA

STRUMENTALE CON VIBRODINA:Analizzo:– Accelerogrammi per

eccitazione stazionaria– Segnali in vibrazioni libere



DAMPING EDIFICIO ESISTENTENELLA MISURA CON VIBRODINA E’ PIU’DIFFICILE LA STIMA DELLO SMORZAMENTO



PERIODO PRINCIPALE EDIFICIO ESISTENTELA MISURA CON SISMICA PASSIVA E’ PIU’ AGEVOLE MA POCO DIFFUSA

HVSR (Horizzontal to Vertical Spectral Ratio)

DAL CONFRONTO CON ALTRI RILIEVI E’ RISULTATA AFFIDABILE

La “naturale” applicazione è la caratterizzazione sismica passiva dei terreni mediante la tecnica HVSR (Metodo di Nakamura)


ALTRI RISULTATI OTTENIBILI CON ANALISI HVSRAnalisi vibrazionali off-line (UNI9916, DIN4150 - traffico e strutture)


CHIESA DI SARTIRANA

DIAGNOSTICA ED IPOTESI DI ADEGUAMENTO

5.3 Hz

5.1 Hz

FREQUENZE DEI MODI DI VIBRARE IN DIREZIONE TRASVERSALE E LONGITUDINALE


SMORZAMENTO ASSOCIATO AL PRIMO MODO FLESSIONALE (N-S)6%


CARATTERIZZAZIONE DEL SUOLO IN TERMINI DI FREQUENZE DI RISONANZA

Artefatto di origine antropica noto in sismologia (non si considera nell’analisi perché non è legato al

Sottosuolo ma a disturbi elettromagnetici)

Il sito presenta una frequenza fondamentale di risonanza a 2.5 Hz (e amplificazione a 2-4 Hz) legata ad un bedrock sismico plausibilmente oltre i 30 m di profondità. Esiste amplificazione per risonanza, piùmodesta, anche a 9 Hz e oltre i 20 Hz. Per valutare il profilo di Vs del sito è necessario semplicemente un vincolo stratigrafico noto.


Un possibile modello di sottosuolo per questo sito in termini di Vs è illustrato in questa diapositiva.

Il modello va comunque vincolato ad un dato diretto (penetrometria anche superficiale, sondaggio) per poter essere considerato valido.


MODI DELLA STRUTTURA (trasversale e longitudinale)

MODI DEL SOTTOSUOLO (in giallo è la banda di

frequenze di particolare cautela per doppia risonanza

suolo-struttura)


TEMI “CALDI”:1. RESISTENZA LATERALE DURANTE LA

COSTRUZIONE2. SCELTA PONDERATA SEQUENZE DI LAVORAZIONE3. DISTRIBUZIONE TIPOLOGIE (MAX 2) DISPOSITIVI4. SOSTEGNO TEMPORANEO CARICHI

SCELTE DA RI-VERIFICARE IN FASE DI ESECUZIONE DEI LAVORI:

1. ADEGUATEZZA SEQUENZA LAVORI ALL’EDIFICIO2. TAGLIO STRUTTURE DI BASE ESISTENTI3. MESSA IN ESERCIZIO DEGLI ISOLATORI

BIS e COSTRUZIONE


TIPOLOGIE DI ISOLATORI1. Appoggi isolanti

1. Neoprene (abbinato di solito a smorzatori viscosi o smorzatori isteretici)

2. Appoggi ad elevato smorzamento3. Appoggi “core rubber”


TIPOLOGIE DI ISOLATORI1. Appoggi isolanti

1. Neoprene (abbinato di solito a smorzatori viscosi o smorzatori isteretici)2. Appoggi ad elevato smorzamento3. Appoggi “core rubber”

2. Dispositivi (FP) frictium pendulum

(Sabia)


COMPORTAMENTO DI UN ISOLATORE GOMMA-PIOMBO: Modello BI-LINEARE ISTERETICO

J. S. Hwang, J. M. Chiou (1996)


Procedura ITERATIVA per l’analisi lineare equivalente di edifici dotati di BIS

J. S. Hwang, J. M. Chiou (1996)


BUON ISOLAMENTO A TUTTI !

“Non mi preoccupo mai del futuro.Arriva sempre cosi’ presto”

(Albert Einstein)

MILLE GRAZIE PER LA VOSTRA ATTENZIONE!

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