file 082.1- Al-Costruzioni Esistenti- elementi primari e secondari
Modulo 3:
C.E. elementi
primari e secondari
Amedeo Vitone
C
ONSULTING
file 082.1 – Alicino
1
Sistemi strutturali ad elementi primari e secondari
Possibili interventi di
adeguamento sismico
di una costruzione esistente
lavorando quasi esclusivamente
dall’esterno
(Tesi di Laurea G. Alicino – 13/10/2010)
Modulo 3:
C.E. elementi
primari e secondari
Amedeo Vitone
C
ONSULTING
file 082.1 – 3b-
v_111230
2
- Obiettivi prestazionali
e campo di applicazione
OBIETTIVI PRESTAZIONALI
- Elementi sismici primari e
- ESCLUSIONE DI ELEMENTI STRUTTURALI DAL
SISTEMA SISMORESISTENTE
secondari
- Edifici esistenti
- Caso di studio
- Adeguamento sismico
- Risultati
- Conclusioni
Possibilità di esonerare gli elementi dichiarati secondari
dall’obbligo del rispetto delle limitazioni geometriche e dei
dettagli
costruttivi
previsti
per
gli
elementi
sismoresistenti, cap. 7 (NTC). Gli elementi secondari sono
progettati per resistere solo ai carichi gravitazionali nella
configurazione deformata sismica più gravosa, rispettando
le regole di dettaglio del cap. 4 (NTC).
- LIMITATA INVASIVITA’
Un intervento eseguito solo dall’esterno del fabbricato consente di non
alterare la funzionalità dell’edificio e riduce l’impatto sulle strutture
esistenti e sugli impianti.
- ECONOMIA
La ridotta invasività sulle strutture, sui completamenti edili, sugli
impianti e la inalterata fruibilità dell’edificio consentono di abbattere
l’incidenza di fattori di costo molto rilevanti.
Modulo 3:
C.E. elementi
primari e secondari
Amedeo Vitone
C
ONSULTING
file 082.1 – 3b-
v_111230
3
- Obiettivi prestazionali
e campo di applicazione
- Elementi sismici primari e
secondari
- Edifici esistenti
CAMPO DI APPLICAZIONE
- Edifici di nuova realizzazione ed esistenti
- Edifici in zona ad alta, media o bassa sismicità
- Edifici monopiano, pluripiano, grattacieli
- Edifici in c.a., muratura, acciaio…
- Caso di studio
MASSIMI VANTAGGI
- Adeguamento sismico
- Realizzazione di pareti di taglio (primarie) ad irrigidimento di
strutture esistenti a telaio (secondarie).
- Risultati
- Edifici in zone a medio – bassa sismicità (bassa domanda
sismica = ridotte conseguenze nella concentrazione del danno)
- Conclusioni
- Edifici con altezza limitata a poche tese, 3 o 4
(ottimizzazione dell’effetto d’interazione pareti – telai), ma si
deve valutare la possibilità di equilibrare le spinte derivanti dai
percorsi dei carichi orizzontali.
Modulo 3:
C.E. elementi
primari e secondari
Amedeo Vitone
C
ONSULTING
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4
- Obiettivi prestazionali e
campo di applicazione
- Elementi sismici
primari e secondari
GLI ELEMENTI SISMICI PRIMARI E SECONDARI
EC8…
- Edifici esistenti
- Caso di studio
- Adeguamento sismico
NTC 14.01.2008…
- Risultati
- Conclusioni
Modulo 3:
C.E. elementi
primari e secondari
Amedeo Vitone
C
ONSULTING
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5
- Obiettivi prestazionali e
campo di applicazione
- Elementi sismici
primari e secondari
GLI ELEMENTI SISMICI PRIMARI E SECONDARI
EC8…
- Edifici esistenti
- Caso di studio
- Adeguamento sismico
- Risultati
- Conclusioni
Modulo 3:
C.E. elementi
primari e secondari
Amedeo Vitone
C
ONSULTING
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6
- Obiettivi prestazionali e
campo di applicazione
- Elementi sismici
primari e secondari
GLI ELEMENTI SISMICI PRIMARI E SECONDARI
… EC8…
- Edifici esistenti
- Caso di studio
- Adeguamento sismico
- Risultati
- Conclusioni
Modulo 3:
C.E. elementi
primari e secondari
Amedeo Vitone
C
ONSULTING
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7
- Obiettivi prestazionali e
campo di applicazione
GLI ELEMENTI SISMICI PRIMARI E SECONDARI
Controllo del limite superiore del 15% sulla base di:
- Elementi sismici - REALI RIGIDEZZE: metodo più preciso, ma applicabile solo a
primari e secondari valle dell’analisi;
- Edifici esistenti
- Caso di studio
- Adeguamento sismico
- Risultati
- TAGLI DI PIANO: realizzazione modello completo e
valutazione del rapporto tra la somma dei tagli competenti agli
elementi secondari e i tagli competenti agli elementi primari;
- SPOSTAMENTI DI PIANO: realizzazione di due modelli, uno
con il contributo irrigidente dei soli elementi primari ed uno
completo. Il rapporto tra gli spostamenti di piano dei due modelli
dev’essere inferiore ad 1,15.
- Conclusioni
Linearità del legame forza – spostamento
F = k · δ
Modulo 3:
C.E. elementi
primari e secondari
Amedeo Vitone
C
ONSULTING
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8
- Obiettivi prestazionali e
campo di applicazione
EDIFICI ESISTENTI
… EC8 – 3…
- Elementi sismici
primari e secondari
- Edifici
esistenti
- Caso di studio
- Adeguamento sismico
- Risultati
- Conclusioni
NO
Modulo 3:
C.E. elementi
primari e secondari
Amedeo Vitone
C
ONSULTING
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9
- Obiettivi prestazionali e
campo di applicazione
CASO DI STUDIO
- Elementi sismici
primari e secondari
- Edifici esistenti
- Caso di studio
- Adeguamento sismico
- Risultati
- Conclusioni
Modulo 3:
C.E. elementi
primari e secondari
Amedeo Vitone
C
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10
- Obiettivi prestazionali e
campo di applicazione
Analisi in campo gravitazionale
FC = 1
- Elementi sismici
primari e secondari
- Edifici esistenti
FC = 1,35
- Caso di studio
- Adeguamento sismico
- Risultati
- Conclusioni
Modulo 3:
C.E. elementi
primari e secondari
Amedeo Vitone
C
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11
- Obiettivi prestazionali e
campo di applicazione
Analisi in campo sismico (analisi modale e Pushover)
- Elementi sismici
primari e secondari
- Edifici esistenti
- Caso di studio
- Adeguamento sismico
- Risultati
- Conclusioni
- Moltiplicatore minimo rottura a taglio: 1,14
- Moltiplicatore minimo rottura a pressoflessione: 0,31
Modulo 3:
C.E. elementi
primari e secondari
Amedeo Vitone
C
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12
Modulo 3:
C.E. elementi
primari e secondari
Amedeo Vitone
C
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file 082.1 – 3b-
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13
Modulo 3:
C.E. elementi
primari e secondari
Amedeo Vitone
C
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14
Modulo 3:
C.E. elementi
primari e secondari
Amedeo Vitone
C
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v_111230
15
- Obiettivi prestazionali e
campo di applicazione
- Elementi sismici primari e
secondari
- Edifici esistenti
- Caso di studio
- Adeguamento sismico
- Risultati
- Conclusioni
ADEGUAMENTO SISMICO
Per riuscire a perseguire i fini di un “adeguamento sismico” si è
q = 3.0 il criterio degli elementi sismici primari e
deciso di applicare
secondari dichiarando l’intera struttura esistente come secondaria, e
realizzando delle strutture primarie costituite da pareti di taglio.
Le pareti sono state
perimetralmente, nel rispetto dei reali
q =disposte
3.6
vincoli architettonici, anche allo scopo di ridurre gli effetti
torsionali. L’efficacia della pareti è stata misurata mediante il
contributo irrigidente che le stesse hanno portato alla risposta
sismica globale della struttura.
In direzione longitudinale si è ottenuta una struttura a pareti non
accoppiate.
In direzione trasversale i vincoli architettonici non hanno consentito
un’agevole disposizione delle pareti di taglio e ciò ha causato il forte
decentramento del centro di rigidezza della struttura: la
conseguenza è stata l’insorgenza di fenomeni torsionali. Per
incrementare l’efficacia delle pareti in direzione trasversale si sono
disposte delle travi di accoppiamento che, tra l’altro, hanno
consentito di ridurre sensibilmente le azioni sismiche, avendo creato
le condizioni per ritenere la struttura a pareti accoppiate.
Modulo 3:
C.E. elementi
primari e secondari
Amedeo Vitone
C
ONSULTING
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16
- Obiettivi prestazionali e
campo di applicazione
ADEGUAMENTO SISMICO
- Elementi sismici primari e
secondari
- Edifici esistenti
- Caso di studio
- Adeguamento sismico
- Risultati
- Conclusioni
Modulo 3:
C.E. elementi
primari e secondari
Amedeo Vitone
C
ONSULTING
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17
- Obiettivi prestazionali e
campo di applicazione
ADEGUAMENTO SISMICO
- Elementi sismici primari e
secondari
Per l’applicazione del criterio degli elementi sismici primari e secondari si
sono eseguiti due modelli:
- uno che trascura il contributo di rigidezza degli elementi secondari;
- Edifici esistenti
- uno che considera il contributo di rigidezza degli stessi.
- Caso di studio
Nel primo modello, per gli elementi primari, si sono considerate le
rigidezze fessurate, in modo da massimizzare gli spostamenti. Si è
eseguita un’analisi dinamica lineare (modale). Gli spostamenti sono stati
amplificati per q e per il massimo rapporto tra i drift di piano.
- Adeguamento sismico
- Risultati
Gli spostamenti amplificati sono il dato di partenza (congruenza) per la
determinazione delle sollecitazioni sugli elementi secondari nel secondo
modello.
- Conclusioni
Modulo 3:
C.E. elementi
primari e secondari
Amedeo Vitone
C
ONSULTING
file 082.1 – 3b-
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18
- Obiettivi prestazionali e
campo di applicazione
- Elementi sismici primari e
secondari
- Edifici esistenti
- Caso di studio
- Adeguamento sismico
ADEGUAMENTO SISMICO – Strategie operative
L’impossibilità di assegnare, con gli attuali software di calcolo strutturale
disponibili in commercio (Midas/Gen, SAP 2000, Modest, Sismicad CA),
degli spostamenti al master joint di ciascun piano senza prevedere
l’apposizione automatica di un vincolo che alteri la rigidezza, ha portato
ad escogitare delle strategie operative:
- Strategia 1: approssimazione delle sollecitazioni con schemi ridotti
- Strategia 2 : modifica dello spettro di progetto
- Risultati
- Conclusioni
Modulo 3:
C.E. elementi
primari e secondari
Amedeo Vitone
C
ONSULTING
file 082.1 – 3b-
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19
- Obiettivi prestazionali e
campo di applicazione
- Elementi sismici primari e
secondari
ADEGUAMENTO SISMICO – Strategie
operative
Strategia 1: approssimazione delle sollecitazioni con schemi ridotti
δ
δ
- Edifici esistenti
- Caso di studio
M
V
M = 6EJ · δ
h2
- Adeguamento sismico
V = 12EJ · δ
- Risultati
h3
- Conclusioni
M
Modulo 3:
C.E. elementi
primari e secondari
V
Amedeo Vitone
C
ONSULTING
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20
- Obiettivi prestazionali e
campo di applicazione
- Elementi sismici primari e
secondari
ADEGUAMENTO SISMICO – Strategie
operative
Strategia 2 : modifica dello spettro di progetto
Amplificazione per il fattore di struttura q
- Edifici esistenti
Amplificazione per il rapporto tra i drift di piano tra il modello senza il
contributo irrigidente degli elementi secondari e quello completo. Tale
- Caso di studio
rapporto dev’essere inferiore o uguale
cautelativamente, si assume il valore limite.
ad
1,15,
per
cui,
- Adeguamento sismico
- Risultati
- Conclusioni
Modulo 3:
C.E. elementi
primari e secondari
Amedeo Vitone
C
ONSULTING
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v_111230
21
- Obiettivi prestazionali e
campo di applicazione
RISULTATI
- Elementi sismici primari
e secondari
- Edifici esistenti
- Caso di studio
- Adeguamento sismico
- Risultati
- Conclusioni
Verifiche a taglio delle strutture esistenti
Modulo 3:
C.E. elementi
primari e secondari
Amedeo Vitone
C
ONSULTING
file 082.1 – 3b-
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22
- Obiettivi prestazionali e
campo di applicazione
RISULTATI
- Elementi sismici primari
e secondari
- Edifici esistenti
- Caso di studio
- Adeguamento sismico
- Risultati
- Conclusioni
Verifiche a flessione delle strutture esistenti
Modulo 3:
C.E. elementi
primari e secondari
Amedeo Vitone
C
ONSULTING
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23
- Obiettivi prestazionali e
campo di applicazione
RISULTATI
- Elementi sismici primari
e secondari
- Edifici esistenti
- Caso di studio
- Adeguamento sismico
- Risultati
- Conclusioni
Tabella travi non verificate
Modulo 3:
C.E. elementi
primari e secondari
Amedeo Vitone
C
ONSULTING
file 082.1 – 3b-
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24
- Obiettivi prestazionali e
campo di applicazione
RISULTATI
- Elementi sismici primari
e secondari
- Edifici esistenti
- Caso di studio
- Adeguamento sismico
- Risultati
- Conclusioni
Verifiche pilastri delle strutture esistenti
Modulo 3:
C.E. elementi
primari e secondari
Amedeo Vitone
C
ONSULTING
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v_111230
25
- Obiettivi prestazionali e
campo di applicazione
RISULTATI
Tabella spostamenti rigorosi
- Elementi sismici primari
e secondari
- Edifici esistenti
- Caso di studio
- Adeguamento sismico
Spostamenti della struttura
esistente
ridotti
fino
a 18 volte
Tabella
spostamenti
da metodo
approssimato
- Risultati
- Conclusioni
Modulo 3:
C.E. elementi
primari e secondari
Amedeo Vitone
C
ONSULTING
file 082.1 – 3b-
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26
- Obiettivi prestazionali e
campo di applicazione
- Elementi sismici primari e
secondari
- Edifici esistenti
- Caso di studio
- Adeguamento sismico
- Risultati
ADEGUAMENTO SISMICO
- Si è provveduto al progetto delle pareti di taglio. Si sono dettagliate le
armature allo scopo di rispettare i dettagli costruttivi del cap. 7.
- Sono state eseguite le verifiche di resistenza e di scorrimento per le
pareti nelle zone di ripresa di getto.
- Si è provveduto alla connessione delle pareti di taglio con la struttura
esistente mediante l’inserimento di connettori a taglio.
- Il calcolo dei connettori è stato eseguito con riferimento a EC4
(relativo alle strutture composte acciaio – calcestruzzo) in quanto non
esistono prescrizioni specifiche per il caso in esame. Il dimensionamento
e la verifica sono stati eseguiti sulla base della capacità di trasferimento
degli sforzi orizzontali dai diaframmi di piano alle pareti di taglio. Si è
tenuto conto degli eventuali problemi di rifollamento del calcestruzzo,
plasticizzazione dei connettori, sfilamento dei connettori per trazione.
- La soluzione adottata è caratterizzata da barrotti ∅20/25 di
lunghezza 50 cm da annegare per metà nelle travi della struttura
esistente e per metà nelle parete di taglio.
- Conclusioni
Modulo 3:
C.E. elementi
primari e secondari
Amedeo Vitone
C
ONSULTING
file 082.1 – 3b-
v_111230
27
- Obiettivi prestazionali e
campo di applicazione
RISULTATI
- Vulnerabilità prima dell’intervento
- Elementi sismici primari
e secondari
- Edifici esistenti
- Caso di studio
- Adeguamento sismico
Tipo di rottura
Fattore di rischio sismico
(Capacità / domanda)
Taglio
1,14
0,31
Pressoflessione
- Vulnerabilità dopo l’intervento
- Risultati
Tipo di rottura
Fattore di rischio sismico
(Capacità / domanda)
- Conclusioni
Taglio
3,6
1,5
Pressoflessione
Modulo 3:
C.E. elementi
primari e secondari
Amedeo Vitone
C
ONSULTING
file 082.1 – 3b-
v_111230
28
CONCLUSIONI
- Obiettivi prestazionali e
campo di applicazione
- In genere l’adeguamento sismico di edifici esistenti è molto difficile e
- Elementi sismici primari
e secondari
- Edifici esistenti
costoso. Per edifici aventi caratteristiche tipologiche simili a quelle
dell’edificio oggetto del presente lavoro di tesi, quella presentata può
essere una strategia d’intervento a basso costo che consenta di evitare
interventi di rinforzo strutturale, danni alle opere di completamento e
agli impianti,
senza interruzione dell’utilizzo dell’edificio (bassa
invasività).
- Caso di studio
- Adeguamento sismico
- Risultati
- Il criterio degli elementi sismici primari e secondari consente di
esonerare la struttura esistente dalla resistenza sismica e, per essa,
di evitare il rispetto dei dettagli costruttivi e le limitazioni geometriche
e di armatura previste dal cap.7.
- La struttura esistente, irrigidita dalle pareti di taglio, è soggetta ad
uno stato sollecitativo notevolmente ridotto.
- Conclusioni
- Se la struttura esistente è considerata interamente secondaria, per
essa non sono richieste elevate capacità duttili, essendo concepita per
comportarsi elasticamente.
Modulo 3:
C.E. elementi
primari e secondari
Amedeo Vitone
C
ONSULTING
file 082.1 – 3b-
v_111230
29
- Obiettivi prestazionali e
campo di applicazione
- Elementi sismici primari
e secondari
- Edifici esistenti
- Caso di studio
CONCLUSIONI
- Alla luce dell’impossibilità di applicare correttamente il criterio
degli elementi sismici primari e secondari, con gli attuali codici di
calcolo, si è escogitata una strategia operativa, anche se
approssimata, che porta al rispetto perfetto di quanto richiesto
dalle norme, con limitata e controllata ridondanza.
- La procedura è cautelativa e colma la carenza di affidabilità
dovuta all’impossibilità di avere la perfetta congruenza tra la
modellazione e il comportamento reale delle strutture.
- Adeguamento sismico
- Risultati
- Conclusioni
- Quanto più gli elementi secondari si comportano come tali nella
realtà, tanto più la modellazione diventa affidabile. La garanzia di
ciò è data dal rispetto del limite superiore della rigidezza degli
elementi secondari su quella dei primari (15%). Il rispetto di tale
limitazione, obbligatorio per i nuovi edifici, è facoltativo per gli
edifici esistenti.
Modulo 3:
C.E. elementi
primari e secondari
Amedeo Vitone
C
ONSULTING
file 082.1 – 3b-
v_111230
30
Un caso di applicazione
del progetto di un
elementi sismici
primari e secondari
per l’adeguamento sismico
di un edificio esistente:
sistema ad
la Sede Comunale di
San Ferdinando di Puglia
Modulo 3:
C.E. elementi
primari e secondari
Amedeo Vitone
C
ONSULTING
file 082.1 – Alicino
31
Un caso di applicazione
del progetto di un
elementi sismici
primari e secondari
per l’adeguamento sismico
di un edificio esistente:
sistema ad
la Sede Comunale di
San Ferdinando di Puglia
Modulo 3:
C.E. elementi
primari e secondari
Amedeo Vitone
C
ONSULTING
file 082.1 – Alicino
32
Modulo 3:
C.E. elementi
primari e secondari
Amedeo Vitone
C
ONSULTING
file 082.1 – 3b-
v_111230
33
Modulo 3:
C.E. elementi
primari e secondari
Amedeo Vitone
C
ONSULTING
file 082.1 – 3b-
v_111230
34
Modulo 3:
C.E. elementi
primari e secondari
Amedeo Vitone
C
ONSULTING
file 082.1 – 3b-
v_111230
35
fine
Modulo 3:
C.E. elementi
primari e secondari
Amedeo Vitone
C
ONSULTING
file 082.1 – Alicino
36
