Strutture esistenti

Strutture esistenti:
Calcolo e Verifica senza l’ausilio della PushOver
Ing. Stefano Ciaramella, PhD
Le Strutture Esistenti
Costruzioni “esistenti”:
edifici la cui struttura sia completamente realizzata alla data della redazione
della valutazione di sicurezza e/o del progetto di intervento…
Fasi del processo di valutazione della sicurezza e progettazione degli
interventi:
Conoscenza della geometria, dei materiali che costituiscono la struttura e
delle loro condizioni di conservazione
Definizione delle prestazioni richieste in termini di pericolosità sismica del
sito in cui ricade l’edificio
Analisi e verifica della struttura esistente mediante modelli di calcolo e
approcci compatibili con il comportamento sismico
Progetto di adeguamento o miglioramento sismico della struttura in
funzione dei vincoli esistenti e delle prestazioni richieste
Valutazione della sicurezza della struttura adeguata
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Le Strutture Esistenti
Conoscenza dell’Edificio Esistente: aspetti fondamentali
la valutazione della sicurezza ed il progetto degli interventi sono normalmente
affetti da un grado di incertezza diverso da quello degli edifici di nuova
progettazione…
il progetto dell’edificio riflette lo stato delle conoscenze al tempo della loro
costruzione;
il progetto può contenere difetti di impostazione concettuale e di
realizzazione non evidenziabili;
l’edificio può aver subito nel tempo modifiche strutturali e/o interventi che
lo hanno trasformato in un organismo edilizio diverso dal quello originario
l’edificio può essere stato soggetto a terremoti passati o ad altre azioni
accidentali i cui effetti non sono manifesti.
ANALISI STORICO – CRITICA (§8.5.1 – NTC 2008)
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Le Strutture Esistenti
Dati necessari per la valutazione della sicurezza (C8A.1.B – Circolare 617)
Documenti di progetto con particolare riferimento a:
relazioni geologiche
relazioni geotecniche
relazioni strutturali
elaborati grafici strutturali
Eventuale documentazione acquisita in tempi successivi alla costruzione;
Rilievo strutturale geometrico e dei dettagli esecutivi;
Prove in-situ e in laboratorio (caratterizzazione meccanica dei materiali).
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Le Strutture Esistenti
Le prove in-situ
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Le Strutture Esistenti
LIVELLI DI CONOSCENZA (§8.5.1 – NTC 2008 & C.8.5.4 – Circolare 617)
LC1: Conoscenza Limitata
LC2: Conoscenza Adeguata
LC3: Conoscenza Accurata
FATTORI DI CONFIDENZA (Appendice C8A - Circolare 617)
da utilizzare come ulteriori coefficienti parziali di sicurezza che
tengono conto delle carenze nella conoscenza dei parametri del modello
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Le Strutture Esistenti
Appendice C8A - Circolare 617
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Le Strutture Esistenti
Appendice C8A - Circolare 617
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Le Strutture Esistenti
Valutazione della sicurezza: un procedimento quantitativo volto a stabilire se
un edificio è in grado o meno di resistere all’azione sismica di progetto contenuta
nelle norme.
CAPACITA’ ≥ DOMANDA
la domanda determinata dall’evento sismico, che genera, nella struttura,
delle forze d’inerzia pari al prodotto delle sue masse per le accelerazioni
associate alle vibrazioni indotte dal movimento del terreno;
la capacità determinata dalle caratteristiche di resistenza e deformabilità in
campo non lineare della struttura.
Gli approcci progettuali classici mirano ad incrementare la capacità al crescere
dell’azione sismica
Gli approcci progettuali alternativi (isolamento sismico) agiscono sulla
domanda
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Le Strutture Esistenti
Edifici Nuovi: Valutazione della Sicurezza
• DITTILITA’
• GERARCHIA DELLE RESISTENZE
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Elemento duttile
(trave)
Elemento fragile
(colonna)
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Le Strutture Esistenti
Edifici Esistenti: Valutazione della Sicurezza
Elemento duttile
(trave)
Elemento fragile
(colonna)
???
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Gli elementi strutturali, generalmente, non
soddisfano la Gerarchia delle Resistenze
La distinzione preventiva degli elementi
strutturali in duttili e fragili è priva di
fondamento
E’ necessario distinguere, ai fini delle verifiche,
gli elementi strutturali in:
o
Elementi/Meccanismi "duttili"
o
Elementi/Meccanismi "fragili"
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Le Strutture Esistenti
Meccanismi duttili & fragili
N
∆
V
Lv
V
V
Vu
15% Vu
Vy
Vy
Ve
Ve
θ = ∆ / Lv
Vu
θy
θu
Risposta di tipo duttile
V
θ
θ
θ y θu
Risposta di tipo fragile
V
Vus
Vuf
Vuf
Vus
θu
Elemento/meccanismo duttile
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θ
θu
θ
Elemento/meccanismo fragile
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Le Strutture Esistenti
Criteri di Verifica degli elementi in C.A. e Acciaio
Distinzione degli
elementi/meccanismi in
DUTTILI E FRAGILI
Diversa valutazione degli effetti e delle
capacità
Diversa formalizzazione della verifica
NTC 2008
§8.7.2 Costruzioni in Cemento Armato o in Acciaio
Nelle costruzioni esistenti in cemento armato o in acciaio soggette ad azioni sismiche
viene attivata la capacità di elementi e meccanismi resistenti, che possono essere
“duttili” o “fragili”….
CIRCOLARE 617
C8.7.2.4 Metodi di analisi e criteri di verifica
Gli effetti dell’azione sismica, possono essere valutati con uno dei metodi di cui al § 7.3
delle NTC, con le seguenti precisazioni.
Ai fini delle verifiche di sicurezza, gli elementi strutturali vengono distinti in “duttili” e
“fragili”. La classificazione degli elementi/meccanismi nelle due categorie è fornita in
C8.7.2.5 per le costruzioni in c.a. e in C8.7.2.7 per le costruzioni in acciaio.
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Le Strutture Esistenti
Metodi di Analisi (C8.7.2.4
– Circolare n. 617)
Analisi Statica Lineare con Spettro Elastico
o
o
o
Applicabile se sono valide le condizioni di cui al §7.3.3.2 NTC 2008
L’azione sismica è valutata attraverso lo spettro elastico (non ridotto) relativo alla zona
sismica in esame e con riferimento allo stato limite (SL) analizzato;
Gli effetti derivanti dall’analisi possono considerarsi attendibili se sono soddisfatte le due
condizioni:
Condizione 1
• si calcolano i coefficienti ρi = Di /Ci essendo:
Di il momento flettente fornito dall’analisi della struttura considerata
soggetta alla combinazione di carico sismica e utilizzando i valori medi dei
moduli elastici dei materiali,
Ci il momento resistente valutato con sforzo normale relativo alle
condizioni di carico gravitazionali e considerando le proprietà medie dei
materiali;
•
si cercano, fra tutti i coefficienti ρi > 2 , ρmax e ρmin ;
•
si verifica la condizione ρmax /ρmin < 2 .5
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Le Strutture Esistenti
Metodi di Analisi (C8.7.2.4
– Circolare n. 617)
Analisi Statica Lineare con Spettro Elastico
o
o
o
Applicabile se sono valide le condizioni di cui al §7.3.3.2 NTC 2008
L’azione sismica è valutata attraverso lo spettro elastico (non ridotto) relativo alla zona
sismica in esame e con riferimento allo stato limite (SL) analizzato;
Gli effetti derivanti dall’analisi possono considerarsi attendibili se sono soddisfatte le due
condizioni:
Condizione 2
• Si verifica la condizione
Ci > Di
essendo:
Ci capacità degli elementi/meccanismi fragili,
Di la corrispondente domanda calcolata in modo diverso a seconda del
valore assunto dal rapporto ρi = Di /Ci :
ρi ≥ 1
ρi < 1
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la domanda Di viene presa dai risultati dell’analisi;
la domanda Di viene calcolata sulla base della resistenza
degli elementi duttili adiacenti attraverso considerazioni
di equilibrio.
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Le Strutture Esistenti
Metodi di Analisi (C8.7.2.4
– Circolare n. 617)
Analisi Dinamica con Spettro Elastico
o
o
Applicabile secondo quanto indicato al § 7.3.3.1 delle NTC,
Applicabile alle medesime condizioni di cui ai punti precedenti (Analisi Statica Lineare
con Spettro Elastico ).
Analisi Statica Lineare con Spettro Elastico Ridotto
o
o
Applicabile se sono valide le condizioni di cui al §7.3.3.2 NTC 2008
L’azione sismica è valutata attraverso lo spettro elastico le cui ordinate sono ridotte con
un fattore di struttura q, scelto nell’intervallo 1.5 ÷ 3.0, sulla base della regolarità
nonché dei tassi di lavoro dei materiali sotto le azioni statiche;
Analisi Dinamica con Spettro Elastico Ridotto
o
o
Applicabile secondo quanto indicato al § 7.3.3.1 delle NTC,
Valgono le precisazioni già riportate per l’analisi statica lineare con fattore q
Analisi Non Lineari….
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Le Strutture Esistenti
Criteri di Verifica degli elementi in C.A. e Acciaio (C8.7.2.4
– Circolare n. 617)
Verifica con lo spettro elastico (applicabile nel caso di analisi lineari e non):
o
la verifica degli elementi/meccanismi “duttili” viene eseguita confrontando gli effetti
indotti dalle azioni sismiche in termini di deformazioni con le rispettive capacità espresse
in termini di limiti di deformabilità (C8.7.2.5 – Circolare n. 617);
o
la verifica degli elementi/meccanismi “fragili” viene eseguita confrontando gli effetti
indotti dalle azioni sismiche in termini di forze con le rispettive capacità espresse in
termini di resistenze (C8.7.2.5 – Circolare n. 617).
Verifica con il fattore di struttura q (applicabile al solo caso di analisi lineari):
o
la verifica degli elementi “duttili” viene eseguita confrontando gli effetti indotti dall’azione
sismica in termini di forze ridotta del fattore q = 1.5 ÷ 3.0 con le rispettive capacità
espresse in termini di resistenze;
o
la verifica degli elementi “fragili” viene eseguita confrontando gli effetti indotti
dall’azione sismica in termini di forze ridotta di q = l.5 con le rispettive capacità espresse
in termini di resistenze;
o
La verifica non va eseguita per lo Stato Limite di Collasso;
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Le Strutture Esistenti
Post intervento: Stati Limite di Esercizio (C8.7.2.1 – Circolare N. 617)
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Bibliografia
D.M. 14/01/ 2008 - “Norme Tecniche per le Costruzioni”(NTC 2008);
Circolare del 02/02/2009 n° n°617/ C.S.L.L.PP. – “Istruzioni per
l’applicazione delle Norme Tecniche per le Costruzioni di cui al D.M. 14
gennaio 2008”;
G. Manfredi, A. Masi, R. Pinho, G. Verderame, M. Vona , "Valutazione degli
edifici esistenti in Cemento Armato", IUSS Press;
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