Dipartimento di Strutture per l’Ingegneria e l’Architettura

TECNICHE IN ACCIAIO PER IL

CONSOLIDAMENTO ED IL MIGLIORAMENTO

DEGLI EDIFICI

Prof. Ing. Antonio FORMISANO

Università di Napoli ‟Federico II”

CONVEGNO

TECNICHE TRADIZIONALI E INNOVATIVE PER IL

MIGLIORAMENTO E L’ADEGUAMENTO SISMICO

DEGLI EDIFICI

18 Ottobre 2019

Hotel Regina Isabella, Lacco Ameno, Isola di Ischia

E

Hospital Ángeles Clínica Londre, Cittàdel Messico, MessicoFonte: Google Street View

TECNICHE IN ACCIAIO PER IL CONSOLIDAMENTO ED IL MIGLIORAMENTO DEGLI EDIFICI

Antonio FORMISANO

Interventi locali Interventi globali

E

Hospital Ángeles Clínica Londre, Cittàdel Messico, MessicoFonte: Google Street View

TECNICHE IN ACCIAIO PER IL CONSOLIDAMENTO ED IL MIGLIORAMENTO DEGLI EDIFICI

Antonio FORMISANO

Progetto DPC-ReLUIS 2019-2021

WP5 “Interventi di rapida esecuzione a basso impatto ed

integrati” - Task 5.1 “Sviluppo di tecniche di intervento a

basso impatto”

STUDIO DELL’IMPIEGO DI ESOSCHELETRI IN ACCIAIO

PER IL RETROFIT SISMICO DI EDIFICI ESISTENTI IN

CEMENTO ARMATO

Responsabile scientifico: Prof. Raffaele Landolfo

Gruppo di lavoro:

Antonio Formisano, Gianmaria Di Lorenzo, Alfredo

Massimilla, Agustina Di Filippo e Eleonora Colacurcio

E

Hospital Ángeles Clínica Londre, Cittàdel Messico, MessicoFonte: Google Street View

TECNICHE IN ACCIAIO PER IL CONSOLIDAMENTO ED IL MIGLIORAMENTO DEGLI EDIFICI

Antonio FORMISANO

Contenuti

1. INTRODUZIONE

2. DEFINIZIONE DI ESOSCHELETRO E SUE PREROGATIVE STRUTTURALI

3. FAMIGLIE TIPOLOGICHE

4. METODOLOGIA PROPOSTA

5. CASO STUDIO: Scuola primaria “P. Santini”

6. CONCLUSIONI

Antonio FORMISANO

Generalità

1. INTRODUZIONE

Strategie possibili per il retrofit delle costruzioni esistenti in c.a.

a bassa duttilità e durabilità

Retrofit a

durabilità

Retrofit

sismico

1C

D

NTC 2018

a. Aumento della capacità (C)

b. Riduzione della domanda (D)

a. Conservazione o ripristino della passività

b. Aumento della resistività

c. Controllo e protezione catodica

d. Controllo anodico

C(t)

• Carbonatazione

• Contaminazione

• Correnti indotte

Tipi di intervento

Strategie di

intervento

Approccio

Life -Cycle

UNI EN 1504-9:2008

Approccio

Olistico

Strutturale

&

Sismico

Architettonico

&

Urbanistico

Energetico

&

Ambientale

§8.4.1. Riparazione o

intervento locale

§8.4.2 Miglioramento

§8.4.3 Adeguamento

Meccanismi di corrosione

< anni ‘80

Antonio FORMISANO

Motivazioni

1. INTRODUZIONE

Inquadramento normativo Cosa succede nel caso in cui NON si

possa interrompere il funzionamento

e/o utilizzo della costruzione

§3.4 Strategies to Develop Rehabilitation Schemes

Esempio di controvento

esterno in acciaio //

" "

Antonio FORMISANO

Motivazioni

1. INTRODUZIONE

Inquadramento normativo Cosa succede nel caso in cui NON si

possa interrompere il funzionamento

e/o utilizzo della costruzione

§3.4 Strategies to Develop Rehabilitation Schemes

Esempio di controvento

esterno in acciaio //

Japan Building Disaster Prevention

Association. Standards for evaluation of

seismic capacity and guidelines for

seismic rehabilitation of existing

reinforced concrete building

Tali tecniche di intervento erano già esplicitamente citate nella prima

norma Giapponese del 1977 dedicata alla riabilitazione degli edifici esistenti

in c.a.

Esempio di pareti di taglio

Published 1977, revised 1990

[in Japanese]

E

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TECNICHE IN ACCIAIO PER IL CONSOLIDAMENTO ED IL MIGLIORAMENTO DEGLI EDIFICI

Antonio FORMISANO

Contenuti

1. INTRODUZIONE

2. DEFINIZIONE DI ESOSCHELETRO E SUE PREROGATIVE STRUTTURALI

3. FAMIGLIE TIPOLOGICHE

4. METODOLOGIA PROPOSTA

5. CASO STUDIO: Scuola primaria “P. Santini”

6. CONCLUSIONI

Antonio FORMISANO

Definizione e riferimenti alla biomimesi

2. DEFINIZIONE DI ESOSCHELETRO E SUE PREROGATIVE STRUTTURALI

Definizione

Struttura esistente

Esoscheletro integrale

Esoscheletro parziale

Esoscheletro adattivo

• Sistema adattivo statico

• Sistema adattivo dinamico

Riferimenti

Benyus, J. M., (2002), “Biomimicry. Innovation Inspired by Nature”. 2nd ed William Morrow

and Company, New York, 2002

L’esoscheletro è un sistema “additivo”, opzionalmente “adattivo”,

applicato e collegato dall’esterno alla struttura esistente su una

porzione significativa della sua superficie laterale.

Requisiti

• Additivo (di elementi o sistemi) Intervento globale

• Esterno Fondazioni proprie o collegate alle esistenti

Da non confondere con

gli Endoscheletri

Endoscheletri Esoscheletri

• Porzione significativa Corretto trasferimento delle azioni

• Adattivo Capacità di adattarsi alle trasformazioni della costruzione

Integrale o parziale

Antonio FORMISANO

Prerogative

2. DEFINIZIONE DI ESOSCHELETRO E SUE PREROGATIVE STRUTTURALI

Gli esoscheletri, per la loro naturale inclinazione, si integrano con l'involucro mediante addizioni laterali

(seconda pelle) e consentono di effettuare, implementando la VISIONE OLISTICA in chiave LIFE CYCLE,

un RETROFIT GLOBALE (DEEP RENOVATION), ovvero strutturale, energetico e formale/funzionale.

• Incremento di portanza (resistenza e rigidezza) e duttilità, se

accuratamente progettati in modo da sacrificarsi prima della

struttura esistente(*)

• Incremento di sicurezza rispetto a tutti i principali stati limite,

ovvero SLV (SLC) e SLD (SLO)

• Miglioramento del comportamento locale (nodi non confinati)

per evitare la prematura attivazione di meccanismi fragili

Performance Based Seismic

Design (PBSD)

Prerogative

strutturali

Riferimenti

(*) Badoux, M., Jirsa, J.O., (1990). “Steel

Bracing of RC Frames for Seismic

Retrofitting”, Journal of Structural

Engineering, 116 (1), 55-74.

Classe di rischio

sismico

10%

50%

100%

1% 5% 10%

PAM (% CR)

λ = 1 / Tr

SLC

SLV

SLD

SLO

e riduzione del PAM (riduzione della classe di rischio sismico)

Antonio FORMISANO

• Incremento di portanza (resistenza e rigidezza) e duttilità,

se accuratamente progettati in modo da sacrificarsi prima

della struttura esistente (*)

• Incremento di sicurezza rispetto a tutti i principali stato

limite ovvero SLV (SLC) e SLD (SLO) e riduzione del PAM

(incremento della classe di rischio)

• Può migliorare anche il comportamento locale (nodi non

confinali) e la prematura attivazione di meccanismi fragili

• Può essere utilizzato anche preliminarmente per opere di

salvaguardia per la messa in sicurezza di strutture

danneggiate da eventi sismici

• Può incrementare la durabilità ovvero la vita

residua modificando la classe di esposizione delle

parti più degradate

Prerogative

2. DEFINIZIONE DI ESOSCHELETRO E SUE PREROGATIVE STRUTTURALI

Gli esoscheletri per la loro naturale inclinazione ad integrarsi con l'involucro di addizioni laterali (seconda

pelle) consentono di effettuare, implementando la VISIONE OLISTICA in chiave LIFE CYCLE,

un RETROFIT GLOBALE (DEEP RENOVATION), ovvero strutturale, energetico e formale/funzionale.

Prerogative

strutturali

Prerogative

architettoniche

• Addizione laterale per adeguamento funzionale

• Nuovo involucro (doppia pelle) per retrofit

formale

• Applicati su interi comparti possono inoltre

favorire la rigenerazione urbana (aumento di

valore)

Prerogative

ambientali

• Retrofit energetico attraverso il nuovo

involucro (incremento di classe energetica)

• Intervento reversibile, realizzato con materiali

riciclabili (ipoetsi di sistema stratificato a secco

con struttura in carpenteria metallica)

Classe energetica

Antonio FORMISANO

• Incremento di portanza (resistenza e rigidezza) e duttilità,

se accuratamente progettati in modo da sacrificarsi prima

della struttura esistente (*)

• Incremento di sicurezza rispetto a tutti i principali stato

limite ovvero SLV (SLC) e SLD (SLO) e riduzione del PAM

(incremento della classe di rischio)

• Può migliorare anche il comportamento locale (nodi non

confinali) e la prematura attivazione di meccanismi fragili

• Può essere utilizzato anche preliminarmente per opere di

salvaguardia per la messa in sicurezza di strutture

danneggiate da eventi sismici

• Può incrementare la durabilità ovvero la vita

residua modificando la classe di esposizione delle

parti più degradate

Prerogative

2. DEFINIZIONE DI ESOSCHELETRO E SUE PREROGATIVE STRUTTURALI

Gli esoscheletri per la loro naturale inclinazione ad integrarsi con l'involucro di addizioni laterali (seconda

pelle) consentono di effettuare, implementando la VISIONE OLISTICA in chiave LIFE CYCLE,

un RETROFIT GLOBALE (DEEP RENOVATION), ovvero strutturale, energetico e formale/funzionale.

Riferimenti

EN 206:2013+A1:2016 Concrete - Specification, performance,

production and conformity

Prerogative

strutturali

Prerogative

architettoniche

• Addizione laterale per adeguamento funzionale

• Nuovo involucro (doppia pelle) per retrofit

formale

• Applicazione su interi comparti può inoltre

favorire la rigenerazione urbana (aumento di

valore)

E

Hospital Ángeles Clínica Londre, Cittàdel Messico, MessicoFonte: Google Street View

TECNICHE IN ACCIAIO PER IL CONSOLIDAMENTO ED IL MIGLIORAMENTO DEGLI EDIFICI

Antonio FORMISANO

Contenuti

1. INTRODUZIONE

2. DEFINIZIONE DI ESOSCHELETRO E SUE PREROGATIVE STRUTTURALI

3. FAMIGLIE TIPOLOGICHE

4. METODOLOGIA PROPOSTA

5. CASO STUDIO: Scuola primaria “P. Santini”

6. CONCLUSIONI

Antonio FORMISANO

Concezione strutturale

3. FAMIGLIE TIPOLOGICHE

Concezione strutturaleFasi operative

Scelta

Tipologica

Step 2

Scelta

Tecnologica

Step 1

Materiale per

impiego

strutturale

Schema

resistente

ed

elementi

Scelta

dimensionale

Step 3Dimensione di

primissimo tentativo con

rapporti di forma

(Pre-dimensionamento)

Antonio FORMISANO

Scelta del materiale per impiego strutturale (1° step)La scelta del tipo di acciaio (scelta tecnologica interna) avviene a 4 Livelli

Scelta

Tipologica

Step 2

Scelta

Tecnologica

Step 1

Materiale per

impiego

strutturale

Schema

resistente

ed

elementi

Scelta

dimensionale

Step 3Dimensione di

primissimo tentativo

con rapporti di forma

(Pre-dimensionamento)

S (ReH) (KV(T)) +(Z) +(X)

Designazione EN 10027-1 Cat.1

Liv.4

Requisiti speciali

Classe di qualità (nella

direzione dello spessore)

Sub-Grado (Resilienza)Liv.3

Liv.2 Grado (Resistenza)

Tipo di Lega

EN 1993-1-10:2005

Liv.1

Concezione strutturale

3. FAMIGLIE TIPOLOGICHE

0

Antonio FORMISANO

Scelta del sistema resistente e degli elementi (2° step)La scelta tipologica può essere eseguita a 5 Livelli

Scelta

Tipologica

Step 2

Scelta

Tecnologica

Step 1

Materiale per

impiego

strutturale

Schema

resistente

ed

elementi

Scelta

dimensionale

Step 3Dimensione di

primissimo tentativo

con rapporti di forma

(Pre-

dimensionamento)

0

0

Globale (Liv. I III)

Locale (Liv. IVV)

Schema resistente

Membrature e dispositivi di vincolo

Concezione strutturale

3. FAMIGLIE TIPOLOGICHE

Antonio FORMISANO

Scelta del sistema resistente e degli elementi (2° step): Livello IModalità di resistere alle azioni orizzontali (a livello di sistema)

Esoscheletri 3DEsoscheletri 2D

Gusci

• Membrane continue

• Membrane reticolari

a semplice (ad es.

Gridshell) o doppio

strato

Scatolari

• Nuclei a parete piena

• Nuclei con grigliati a

semplice (ad es.

Diagrid) o doppio

strato

Pareti di taglio

• Pareti piene

• Pareti reticolari

Pareti di taglio //

• Pareti piene

• Pareti reticolari

Diagrid

Gridshell

Concezione strutturale

3. FAMIGLIE TIPOLOGICHE

Antonio FORMISANO

Scelta del sistema resistente e degli elementi (2° step): Livello IModalità di resistere alle azioni orizzontali (a livello di sistema)

Esoscheletri 3DEsoscheletri 2D

Gusci

Pareti di taglio

Concezione strutturale

3. FAMIGLIE TIPOLOGICHE

Scatolari

Pareti di taglio //

Antonio FORMISANO

Scelta del sistema resistente e degli elementi (2° step)

Controventi Concentrici

(Concentrically Braced

Frames)

CBF

Livello Ib:

Modalità di resistere alle azioni

orizzontali (a livello di sistema)

Livello III:

Configurazione aste di parete

(casi tipici di CBF)

Controventi Eccentrici

(Eccentrically Braced

Frames)

EBF

Controventi ad istabilità

impedita (Buckling

Resisting Frames)

BRB

A croce di S.

Andrea

(X-bracing)

CBF_X

A V rovecia

(Chevron

Braces)

CBF_

v

A portale

(Gate or Portal

Braced)

CBF_P

Pareti di taglio

Pareti di taglio //

Livello II:

Regime di sollecitazione

dominante (a livello di elementi)

Teali a nodi rigidi

(Moment Resisting

Frames)

MRF

vA K

(K-bracing)

CBF_K

Concezione strutturale

3. FAMIGLIE TIPOLOGICHE

Antonio FORMISANO

Scelta del sistema resistente e degli elementi (2° step)

Livello IV:

Tipo di sezioni

Livello V:

Link/Ancoraggi e Dispositivi di

trasferimento delle azioni

IPE HE UPN-UPE

CHS SHS RHS

Pro

fili

ap

ert

iP

rofili

ca

vi

Pro

fili

com

posti

Aste imbottite Aste calastrellate

RIGIDI

(e.g. Hinge and

Pin Connections)

A DISSIPAZIONE

AGGIUNTIVA/

(e.g. damping

devices)

Y

Z

All’interfaccia con la

fondazione

All’interfaccia con la

struttura in elevazione

RIGIDI

(e.g. Hinge

and Pin

Connections)

A DISSIPAZIONE

AGGIUNTIVA/

(e.g. damping

devices)

• Efficienza strutturale a compressione

• Estetica

• Sicurezza nei confronti di urti accidentali

Confrontando il sistema a base fissa (rigida) con

quello con dispositivi a smorzamento addizionale è

possibile osservare una riduzione del taglio alla

base ed aumento degli spostamenti (assoluti e

relativi) spesso non compatibili con le capacità duttili

della struttura esistente

Retrofit con

interventi locali

Concezione strutturale

3. FAMIGLIE TIPOLOGICHE

Antonio FORMISANO

Scelta dimensionale (3° step)

Scelta

Tipologica

Step 2

Scelta

Tecnologica

Step 1

Materiale per

impiego

strutturale

Schema

resistente

ed

elementi

Scelta

dimensionale

Step 3Dimensione di primissimo

tentativo con rapporti di forma

(Pre-dimensionamento)

0

Consiste nell’assegnare, nota la luce L, una dimensione di primo tentativo D (ad

es. l’altezza) attraverso dei rapporti di forma longitudinali (o gli inversi span/depth

ratio rDL-1) derivati dall’esperienza ovvero per dedotti per analogia strutturale

(analisi di strutture simili) (©Di Lorenzo & Landolfo)

Concezione strutturale

3. FAMIGLIE TIPOLOGICHE

Antonio FORMISANO

li

hi

Consiste nell’assegnare, nota la luce L, una dimensione di primo tentativo D (ad

es. l’altezza) attraverso dei rapporti di forma longitudinali (o gli inversi span/depth

ratio rDL-1) derivati dall’esperienza ovvero per dedotti per analogia strutturale

(analisi di strutture simili) (©Di Lorenzo & Landolfo)

Scelta dimensionale (3° step)

Scelta

dimensionale

Step 3Dimensione di primissimo

tentativo con rapporti di

forma

(Pre-dimensionamento)

DLD r L

Rapporti di forma r

Globali

Locali iLoc

i

hr

l

Glob

Br

H B=D B=D

H=L

Esoscheletri 2D

NON

RASTREMATI

Esoscheletri 2D

RASTREMATI

(linearmente)

max min

2

B BB D

B=D

Concezione strutturale

3.FAMIGLIE TIPOLOGICHE

Antonio FORMISANO

Nomenclatura

3. FAMIGLIE TIPOLOGICHE

Finalità

E’ quella di sintetizzare l’intero processo di concezione strutturale e favorire

la catalogazione degli esoscheletri, utile quest’ultimo per fornire spunti

progettuali e favorire l’eventuale industrializzazione di questi sistemi.

Step 1

Liv. III

Liv. Ia

Scelta

Tecnologica

Liv. I

Liv. II

Step 2

Scelta

Tipologica

Liv. Ib

Liv. II

Liv. III

SistemaTipo acc.

Grado

Sub-Grado

Orientamento o

Forma

Tipologia (regime di

sollecitazione)

Sigla Intervento

Disposizione

aste di parete

Nomenclatura (Parte principale)

Liv. IVTipo di

sezioni

Liv. VDispositivo di

ancoraggio

Scelta del

materialeScelta dello

schema

Acciaio per impiego

strutturale

(EX) (S ReH-Kv) (2D - 3D) (// - ) (CBF-EBF-BRB-MRF) (X--P-K) (HE-HS) (R-D)

Antonio FORMISANO

Nomenclatura

3. FAMIGLIE TIPOLOGICHE

Finalità

(EX) (rGlob) (rLoc) (nE_X, nE_Y) (FX, FY, FZ) (X, Y)

Step 3

Scelta

Dimensionale

Rapporto di

forma globale

Sigla Intervento

Nomenclatura (Parte secondaria)

E’ quella di sintetizzare l’intero processo di concezione strutturale e favorire

la catalogazione degli esoscheletri, utile quest’ultimo per fornire spunti

progettuali e favorire l’eventuale industrializzazione di questi sistemi.

Glob

Br

H

Dimensione/forma di

primo tentativo

iLoc

i

hr

l

Rapporto di

forma locale

Rapporti di forma

Percentuale

di riempimento

E_i

i

L_i

A

A

Numero

elementi

in direzione i

nE_i

Frequenza

E_i

i

Grid_i

nF

n

E

Hospital Ángeles Clínica Londre, Cittàdel Messico, MessicoFonte: Google Street View

TECNICHE IN ACCIAIO PER IL CONSOLIDAMENTO ED IL MIGLIORAMENTO DEGLI EDIFICI

Antonio FORMISANO

Contenuti

1. INTRODUZIONE

2. DEFINIZIONE DI ESOSCHELETRO E SUE PREROGATIVE STRUTTURALI

3. FAMIGLIE TIPOLOGICHE

4. METODOLOGIA PROPOSTA

5. CASO STUDIO: Scuola primaria “P. Santini”

6. CONCLUSIONI

Antonio FORMISANO

Definizione della vulnerabilità sismica

4. METODOLOGIA PROPOSTA

Riferimenti

§ 7.8.1 NTC 2018

Faella, C., Martinelli, E, Nigro, E., 2004. Seismic assessment and retrofitting of R.C. existing buildings, Proc.

of the 13th World Conference on Earthquake Engineering, Vancouver, B.C., Canada, August 1-6, paper no 84

Valutazione della vulnerabilità sismica della

struttura esistente secondo il Metodo N2-CSM1

Calcolo della rigidezza laterale globale della

struttura dotata di esoscheletro Kd:

Kd = F∗

e

𝛥 ∗tar= 𝑚∗. 𝑆𝐴𝐷𝑅𝑆 𝛥 ∗tar

𝛥 ∗tar

3

Calcolo della rigidezza laterale globale della

struttura esistente KES:

KES = F∗yd∗y

4

Calcolo della rigidezza laterale globale

dell’esoscheletro KESO:

KESO = 𝐾𝑑 − 𝐾𝐸𝑆

5

Definizione degli obiettivi prestazionali imponendo

lo spostamento di target 𝛥 *tar della struttura pari a:

𝛥 *tar≤ d*

y

2

1

Legame generalizzato Forza-Spostamento:

Sistema equivalente ad un grado di libertà:

MDOF SDOF

Str

en

gth

First brittle failure

First ductile failure

SDOF capacity curve

Displacement

Forz

a

Prima crisi fragile

Prima crisi duttile

Curva di capacità dello SDOF

Spostamento

Curva di capacità bilinearizzata

Antonio FORMISANO

Definizione degli obiettivi prestazionali

4. METODOLOGIA PROPOSTA

Riferimenti

Faella, C., Martinelli, E, Nigro, E., 2004. Seismic assessment and retrofitting of R.C. existing buildings, Proc.

of the 13th World Conference on Earthquake Engineering, Vancouver, B.C., Canada, August 1-6, paper no 84

Valutazione della vulnerabilità sismica della

struttura esistente secondo il Metodo N2-CSM1

Calcolo della rigidezza laterale globale della

struttura dotata di esoscheletro Kd:

Kd = F∗

e

𝛥 ∗tar= 𝑚∗. 𝑆𝐴𝐷𝑅𝑆 𝛥 ∗tar

𝛥 ∗tar

3

Calcolo della rigidezza laterale globale della

struttura esistente KES:

KES = F∗yd∗y

4

Calcolo della rigidezza laterale globale

dell’esoscheletro KESO:

KESO = 𝐾𝑑 − 𝐾𝐸𝑆

5

Definizione degli obiettivi prestazionali

imponendo lo spostamento di target 𝛥 *tar della

struttura pari a:

𝛥 *tar≤ d*

y

22

Definizione dello spostamento di target nel piano ADRS:

Curva di capacità

Spettro di risposta

Crisi flessionale

Crisi tagliante Spostamento di target

020 4 6 8 10 12

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

14 16

Sa (g)

Sd (cm)

Accelerazione

Spostamento

Richiesta elastica

• La scelta dello spostamento di target 𝛥 ∗tar definisce

la richiesta sismica globale della struttura in seguito

all’intervento.

• Per evitare rotture fragili nella struttura esistente, lo

spostamento di target 𝛥 ∗tar è fissato inferiore al

corrispondente valore per cui si verifica la prima crisi

fragile.

Antonio FORMISANO

Calcolo delle rigidezze

4. METODOLOGIA PROPOSTA

Riferimenti

Faella, C., Martinelli, E, Nigro, E., 2004. Seismic assessment and retrofitting of R.C. existing buildings, Proc.

of the 13th World Conference on Earthquake Engineering, Vancouver, B.C., Canada, August 1-6, paper no 84

Valutazione della vulnerabilità sismica della

struttura esistente secondo il Metodo N-21

Calcolo della rigidezza laterale globale della

struttura dotata di esoscheletro Kd:

Kd = F∗

e

𝛥 ∗tar= 𝑚∗. 𝑆𝐴𝐷𝑅𝑆 𝛥 ∗tar

𝛥 ∗tar

3

Calcolo della rigidezza laterale globale della

struttura esistente KES:

KES = F∗yd∗y

4

Calcolo della rigidezza laterale globale

dell’esoscheletro KESO:

KESO = 𝐾𝑑 − 𝐾𝐸𝑆

5

Definizione degli obiettivi prestazionali imponendo

lo spostamento di target 𝛥 *tar della struttura pari a :

𝛥 *tar≤ d*

y

2

Il calcolo della rigidezza laterale globale Kd è valida

nell’ipotesi di:

• Equivalenza della massa prima e dopo l’intervento

e invarianza dei coefficienti di partecipazione

modale;

• Equivalenza fra lo spostamento di snervamento

dell’esoscheletro e quello della struttura esistente.

3

-

𝐾𝐸𝑆 KESOKd

=

4

5

Antonio FORMISANO

Procedura di regolarizzazione

4. METODOLOGIA PROPOSTA

La rigidezza laterale globale dell’esoscheletro ottenuta è

poi distribuita localmente ad ogni livello:

La distribuzione di primo tentativo conserva i

caratteri di regolarità della struttura esistente.

Perciò la procedura di regolarizzazione viene

applicata per:

• modificare la distribuzione iniziale

• correggere le irregolarità strutturali della

costruzione esistente.

Riferimenti

§ 7.2.1 NTC 2018

Ponzo, F.C., Di Cesare, A., Arleo, G., Totaro, P., 2010. Protezione sismica di edifici esistenti con controventi

dissipativi di tipo isteretico: aspetti progettuali ed esecutivi, Progettazione sismica, 1-2010, Eucentre Press.

Calcolo del fattore di sovrarigidezza globale:

r = KESO

KES

3

2 Calcolo della rigidezza di piano della struttura

esistente KES,i

Calcolo della rigidezza di piano di primo

tentativo dell’esoscheletro:

KESO,i = r∙ KES,i

Procedura di regolarizzazione:

• if 𝐊𝐝,𝐢𝐣> 𝟎, 𝟑

𝐾𝐸𝑆𝑂,𝑖𝑗

= 0,7 ∙ 𝐾𝑑,𝑖−1𝑗−1

− 𝐾𝐸𝑆,𝑖

• if 𝑲𝒅,𝒊𝒋

< −𝟎, 𝟏

𝐾𝐸𝑆𝑂,𝑖𝑗

=𝐾𝑑,𝑖𝑗−1

1,1−𝐾𝐸𝑆,𝑖 -1

• if −𝟎, 𝟏 ≤ 𝑲𝒅,𝒊𝒋

≤ 𝟎, 𝟑

𝐾𝐸𝑆𝑂,𝑖𝑗

= 𝐾𝐸𝑆𝑂,𝑖𝑗−1

𝐾𝐸𝑆𝑂,𝑖−1𝑗

= 𝐾𝐸𝑆𝑂,𝑖−1𝑗−1

44

1

KESO

KESO

KESO

KESO

KESO

E

Hospital Ángeles Clínica Londre, Cittàdel Messico, MessicoFonte: Google Street View

TECNICHE IN ACCIAIO PER IL CONSOLIDAMENTO ED IL MIGLIORAMENTO DEGLI EDIFICI

Antonio FORMISANO

Contenuti

1. INTRODUZIONE

2. DEFINIZIONE DI ESOSCHELETRO E SUE PREROGATIVE STRUTTURALI

3. FAMIGLIE TIPOLOGICHE

4. METODOLOGIA PROPOSTA

5. CASO STUDIO: Scuola primaria “P. Santini”

6. CONCLUSIONI

Antonio FORMISANO

Documentazione

5. CASO STUDIO: Scuola primaria “P. Santini”

Scuola primaria ‘Pietro Santini’L’edificio oggetto di studio è tipico del costruito italiano degli anni sessanta progettato per resistere ai soli

carichi gravitazionali. Infatti, il comune di Loro Piceno è stato classificato come sismico solo all’inizio degli

anni ottanta.

• Luogo: Loro Piceno (MC)

• Anno di costruzione: 1965

y

x y

xy

x

LIVELLO DI CONOSCENZA 2 (LC2)

Fonte: Google Street View

Fonte: Google Street View

• Materiale di base: Piante e prospetti;

Analisi diagnostiche;

Prove sui materiali.

Antonio FORMISANO

Stato di fatto

5. CASO STUDIO: Scuola primaria “P. Santini”

Sistema strutturaleL’edificio presenta una pianta di forma rettangolare, con una piccola sporgenza sul lato Est, e si sviluppa

su tre livelli.

trasversali d’estremità.

monodirezionali, paralleli al prospetto

d’ingresso principale

y

x

La struttura è realizzata in calcestruzzo

armato con solai latero-cementizi.

Presenta telai (MRF):

Il corpo scala è in posizione eccentrica. La

disposizione dei setti in direzione ortogonale

rispetto a quella dei telai garantisce un’ottimale

distribuzione delle rigidezze.

Antonio FORMISANO

Valutazione della vulnerabilità sismica

5. CASO STUDIO: Scuola primaria “P. Santini”

Valutazione strutturale dell’edificio esistente

L’analisi del diagramma forza-spostamento del sistema MDOF mostra che la prima crisi duttile insorge

in campo plastico e per ampi spostamenti.

La prima crisi fragile insorge invece in campo elastico e per piccoli spostamenti.

Crisi duttile

Crisi fragile

Curva di capacità del sistema MDOF ante operam

Accel x

Modal x

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0,00

0

V (kN)

Forza di taglio

dc (m)

Spostamento0,025 0,075 0,1000,050 0,125

Accel y

Modal y

Antonio FORMISANO

Valutazione della vulnerabilità sismica

5. CASO STUDIO: Scuola primaria “P. Santini”

Carenze strutturaliPoiché l’edificio caso studio è sede di una scuola primaria la struttura viene classificata come ordinaria

– Vn: 50 anni - e con affollamenti significativi – classe d’uso III.

• Classe d’uso: III (§2.4.2)

• Classe di sottosuolo: B (§3.2.2)

• Classe topografica: T1 (§3.2.2)

• Periodo di riferimento: 75 anni (§2.4.3)

Curva di capacità della struttura ante operam nel piano ADRS in direzione x

Richiesta elastica

Spettro di risposta

0

20 4 6 8 10 12

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

14 16

Sa (g)

Sd (cm)

Accelerazione

Spostamento

Accel x

Modal x

Crisi flessionale

Crisi tagliante

Antonio FORMISANO

Valutazione della vulnerabilità simica

5. CASO STUDIO: Scuola primaria “P. Santini”

Carenze strutturaliPoiché l’edificio caso studio è sede di una scuola primaria la struttura viene classificata come ordinaria

– Vn: 50 anni - e con affollamenti significativi – classe d’uso III.

• Classe d’uso: III (§2.4.2)

• Classe di sottosuolo: B (§3.2.2)

• Classe topografica: T1 (§3.2.2)

• Periodo di riferimento: 75 anni (§2.4.3)

Curva di capacità della struttura ante operam nel piano ADRS in direzione x

• Come è tipico nelle strutture in c.a.,

l’indice di rischio relativo alla prima

crisi duttile è maggiore dell’unità.

• Invece lo spostamento capace a taglio

risulta minore dello spostamento

richiesto. L’indice di rischio in questo

caso è minore dell’unità.

• La struttura è inadeguata a sopportare

lo spostamento richiesto.

Richiesta elastica

Spettro di risposta

0

20 4 6 8 10 12

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

14 16

Sa (g)

Sd (cm)

Accelerazione

Spostamento

Accel x

Modal x

Crisi flessionale

Crisi tagliante

Antonio FORMISANO

Progettazione dell’intervento di retrofit

5. CASO STUDIO: Scuola primaria “P. Santini”

Soluzione propostaLa disposizione degli esoscheletri per ogni facciata ha considerato i limiti architettonici e funzionali

della struttura esistente.

Livello IICBF

Livel IIICBF_X

Livello IVCHS

L’esoscheletro è stato disposto in aderenza alla struttura, se

consentito dalla morfologia dell’edificio, o ad una distanza tale

da permettere il regolare utilizzo dei balconi e la libera apertura

degli infissi.

Livello I2//

Antonio FORMISANO

Risultati

5. CASO STUDIO: Scuola primaria “P. Santini”

Curve di pushoverDal confronto delle curve di pushover prima e dopo l’intervento si evidenzia un significativo aumento della

forza e della rigidezza laterale globale.

Curva di capacità del sistema MDOF post operam

0,000 0,025 0,075 0,1000,050 0,125 dc (m)Spostamento

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

0

V (kN)Forza di taglio

Accel y

Modal y

Accel x

Modal x

Antonio FORMISANO

Risultati

5. CASO STUDIO: Scuola primaria “P. Santini”

Verifica dell’interventoDal confronto delle curve di pushover prima e dopo l’intervento si evidenzia un significativo aumento della

forza e della rigidezza laterale globale.

Inseguito all’intervento di retrofit, la struttura soddisfa i requisiti nei

riguardi degli SLE e SLU.

Curva di capacità della struttura post operam nel piano ADRS in direzione x

Sd (cm)

Accelerazione

Spostamento0

20 4 6 8 10 12

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

14 16

0,1

Richiesta elastica

Spettro di risposta

Accel y

Modal y

Sa (g)

E

Hospital Ángeles Clínica Londre, Cittàdel Messico, MessicoFonte: Google Street View

TECNICHE IN ACCIAIO PER IL CONSOLIDAMENTO ED IL MIGLIORAMENTO DEGLI EDIFICI

Antonio FORMISANO

Contenuti

1. INTRODUZIONE

2. DEFINIZIONE DI ESOSCHELETRO E SUE PREROGATIVE STRUTTURALI

3. FAMIGLIE TIPOLOGICHE

4. METODOLOGIA PROPOSTA

5. CASO STUDIO: Scuola primaria “P. Santini”

6. CONCLUSIONI

Antonio FORMISANO

6. CONCLUSIONI

L’uso di strutture addizionali esterne è di grande attualità, non solo perché rappresenta

l’unica strategia applicabile senza interrompere l’operatività della struttura ma anche per

la possibilità di effettuare un retrofit integrale dell’edificio, migliorandone le prestazioni

strutturali, architettoniche e ambientali.

L’applicazione di tale sistema all’edificio sede della scuola primaria “P.Santini” dimostra

che gli esoscheletri rappresentano una soluzione efficace per incrementare resistenza e

rigidezza della struttura esistente.

Antonio FORMISANO

6. CONCLUSIONI

Grazie per la cortese l’attenzione

Antonio Formisano, Ph.D., Eng.

Aggregate Professor of Structural Design

Department of Structures for Engineering and

Architecture

Piazzale Tecchio, 80 - 80125 Naples

phone +39 081 7683438

fax +39 081 5934792

mob. phone +39 3283764051

e-mail: antoform@unina.it

Per maggiori informazioni:

Università di Napoli

Federico II

Dipartimento di Strutture

per l’Ingegneria e

l’Architettura