Corso di Riabilitazione Strutturaleold 3.4.1 Edifici esistenti... · Pilastri: dimensioni,...

La valutazione di edifici in c.a.

Corso diRiabilitazione Strutturale

POTENZA, a.a. 2012– 2013

La valutazione di edifici in c.a.

Il Progetto Simulato

Dott. Marco VONAScuola di Ingegneria - Università di Basilicata

[email protected] http://www.unibas.it/utenti/vona/

Dati necessari per la valutazione

Livelli di conoscenza

Geometria (carpenterie)

Dettagli strutturali Proprietà dei materiali

LC1

Progetto simulato in accordo alle norme dell’epoca

elimitateverifiche in-situ

Valori usuali per la pratica costruttiva dell’epoca

elimitateprove in-situ

EDIFICI ESISTENTI. VALUTAZIONE DELLA SICUREZZA

+

Fattore di confidenza

LC1

Progetto simulato in accordo alle norme dell’epoca

elimitate verifiche in-situ

Valori usuali per la pratica costruttiva dell’epoca

elimitate prove in-situ

Da disegni di carpenteria

originali con rilievo visivo a

campioneoppure

rilievo ex-novo completo

limitateverifiche in-situ limitateprove in-situ

LC2

Disegni costruttivi incompleti+

limitateverifiche in situoppure

esteseverifiche in-situ

Dalle specifiche originali di progetto

+limitateprove in-situ

oppureesteseprove in-situ

LC3

Disegni costruttivi completi+

limitateverifiche in situoppure

esaustiveverifiche in-situ

Dai certificati di prova originali

+limitateprove in situ

oppureesaustiveprove in-situ

-

limitate verifiche in-situ limitate prove in-situ

Conoscenza della struttura. Cos’è il PROGETTO SIMULATO?

Progetto simulato (O.P.CM. 3274, all. 2, § 1.2.3.3)“Serve, in mancanza dei disegni costruttivi originali, a definire la quantità e la disposizione dell’armatura in tutti gli elementi con funzione strutturale o le caratteristiche dei collegamenti. Deve essere eseguito sulla base delle norme tecniche in vigore e della pratica costruttiva caratteristica all’epoca della costruzione.”

Eurocode 8: Design of structures for earthquake resistance. Part 3: Assessment and retrofitting of buildings DRAFT No 7, June 2004

� Quantità, qualità e disposizione delle armature

� Dettagli costruttivi

COME AFFRONTARE IL PROBLEMA DEL PROGETTO SIMULATO ?

Part 3: Assessment and retrofitting of buildings DRAFT No 7, June 2004§ 3.4.2.1. Simulated design

METODOLOGIA

Individuazione e studio dello schema strutturale

Valutazione dei carichi

Individuazione dell’età di progettazione e costruzione

Scelta del modello di calcolo

Valutazione dei carichi

Indagini – verifiche in situ

Valutazione delle sollecitazioni

Progetto – verifica delle ARMATURE

Normativa tecnica Indicazioni per•Valori previsti per le azioni •Resistenze dei materiali•Dimensioni degli elementi (min)•Quantità di armatura (min, max)•Metodi di calcolo e verifica

PERIODO DI PROGETTAZIONE E COSTRUZIONE

Manualistica Consolidata dell’epoca di costruzione

Indicazioni per•Metodologie di calcolo•Disposizione delle armature

Progetti “tipici” e consuetudini costruttive


Obiettivo: Individuare le caratteristiche strutturali tipich e di edifici

esistenti realizzati in una certa regione ed in un certo periodo

- R.D. n. 2229 del 16/11/1939- Legge n. 1086 del 5/11/1971- Decreti attuativi: D.M. del 30/5/72. D.M. 30/5/74. …..

Carichi e sovraccarichi

Edifici in c.a.

NORMATIVE DI RIFERIMENTO


Carichi e sovraccarichi

- R.D. n. 2105 del 22/11/37- D.M. del 3/3/1975- Vasta classificazione sismica (1980)

- Prime indicazioni legge n. 1684 25/11/1962 - Legge n. 64 del 2/2/1974- D.M. del 3/10/78

Zone sismiche

Tipo di SollecitazioneResistenza Compr. Fless. Taglio

Normativa [kg/cm2] ControlliR.D. 2229/39

VALORIMEDI

Norm ≥120 29,2% 33,3% 3,3% 11,7%1/125mcAlta res. ≥160 28,1% 31,3% 3,8% 10,0%

Contr. cant 180-225 33,3% 33,3% 2,7% 7,1%

D.M. 30/05/72 VALORICARATTERISTICI 150-500 20-28% 29-40% 2,6-1,7% 9,3-48% 4/100mc

min 12

D.M. 26/03/80 “ “ “ “ “ 2/100mcmin 6

D.M. 09/01/96 “ “ “ “ “ “

maxamm σσ maxamm σσmaxc0 στ maxc1 στ

Calcestruzzo

CARATTERISTICHE ELEMENTI STRUTTURALI

D.M. 09/01/96 “ “ “ “ “ “

Resistenza [kg/cm2] Allung.a rottura Controlli

Normativa Rottura Snervamento

R.D. 2229/39 Acciaio dolce 4200-5000 ≥2300 28-33% 20%

2/1000Acciaio semiduro 5000-6000 ≥2700 33-40% 16%

Acciaio duro 6000-7000 ≥3100 29-40% 14%

D.M. 30/05/72Barre lisce 3400-5000 2300-3200 35-32% 24-23 3 camp. (facol. se

control. in stab.)Barre Ader. Migl. 4600-5500 3800-4400 48-40% 14-12

Acciaio

maxamm σσ

TraviNormativa Arm. Longit. Arm.Trasversale Verifiche Coprifer Interfererr

o

R.D. 2229/39 50% Taglio staffe50% Taglio piegati

n=6,8,10Metodo T.A. 2 cm min(2cm,φ)

D.M. 30/05/72

Af=0,25% Asez(per barre lisce) n=10,15

MetodoT.A.Calc. a rottura

2-4 cm min(2cm,φ)Af=0,15% Asez(per barre

A.M.)

D.M. 26/03/80 “Astaffe=3cm2/m

pstaf ≤0,8(alt. utile)φ

n=15 MetodoT.A.Stati limite “ “


Solai

D.M. 26/03/80 “ pstaf ≤0,8(alt. utile)pstaf≤12φmin(appoggi) Stati limite “ “

D.M. 09/01/96 “ “ “

Normativa Dimensioni Arm. Ripartizione Verifiche Copriferro

R.D. 2229/39 H=max(L/30,8cm)Soletta min 4cm Arip=25% Aprincipale

n=6,8,10Metodo T.A.

Soletta 0,8cmTrav. = 2cm

D.M. 30/05/72 H=max(L/30,8cm)Soletta min 4cm Arip=20% Aprincipale

n=10,15Metodo T.A.

Calcolo a rottura

Soletta 0,8cmTrav. = 2cm

D.M. 27/07/85 H=max(L/25,12cm)Soletta min 4cm

n=15 Metodo T.A.Stati limite “

D.M. 09/01/96 “ “

Pilastri

NormativaArm.Longit. Arm.Trasversale

Verifiche

Copriferr

o Interferro

R.D. 2229/390,8% fino a 2000cm2

0,5% oltre 8000 cm2 pstaf=min(1/2Lmin,10φmin)n=6,8,10

Metodo T.A.2 cm min(2cm,φ)

D.M. 30/05/72

0,6-5% Acls s.n.

0,3% Aeff

φmin= 12mm

pstaf=min(15φmin;25cm)

φmin = 6 mm

n=10,15

Metodo T.A.

Calc. a rottura

2-4 cm min(2cm,φ)


min

D.M. 30/05/74

≥0,6% Acls s.n.

0,3-5% Aeff

φmin= 12mm


φmin = 6 mm

n=10,15

Metodo T.A.

Stati limite

“ “

D.M. 26/03/80

≥0,8% Acls s.n.

0,3-6% Aeff

φmin= 12mm


φmin = 6 mm

n=15

Metodo T.A.

Stati limite

“ “

D.M. 09/01/96 “ “ “

Solai• Modellazione: generalmente schema a trave continua• Momento (incastro o semi incastro) per gli appoggi di estremità• Distribuzione a scacchiera per i carichi accidentali• Progetto a semplice armatura• Disposizione delle armature ottenuta dai momenti resistenti

bMbtAf ⋅⋅=

INDICAZIONI DELLA MANUALISTICA DI USO COMUNE

Travi

• Modellazione: trave incastrata agli estremi, a trave continua• Distribuzione a scacchiera per i carichi accidentali• Progetto a semplice armatura• Disposizione delle armature longitudinali ottenuta dai momenti

resistenti (minimo 2 reggistaffe, tipicamenteφ 12)• Diametro delle armature longitudinali• Passo e diametri delle armature e trasversali

bMbtAf ⋅⋅=

Travi


Pilastri

•Progetto a solo sforzo assiale centrato•Sezioni ridotte con piccoli quantitativi di armatura•Passo e forma delle staffe•Sovrapposizione delle armature longitudinali


Caratteristiche globali

• Tipologia e disposizione del sistema resistente (forma, regolarità,ecc.);

• Tipologia e posizione del vano scala e del nucleo ascensore;• Tipologia e posizione delle tamponature.

STUDIO DI ELABORATI DI PROGETTO ORIGINALI

LE CONSUETUDINI PROGETTUALI E COSTRUTTIVE

Caratteristiche locali

• Tipologia delle armature• Quantità e disposizione delle armature;• Lunghezze di ancoraggio;• Lunghezzedi sovrapposizione;



• Lunghezzedi sovrapposizione;• Disposizione delle staffe (variazioni di passo lungo l’elemento)

Errori e difetti tipici

Da studiare caso per caso• Nodi trave – trave;• Sfalsamento eccessivo tra gli assi degli elementi;• Errato posizionamento delle armature• Cattivaesecuzione



• Cattivaesecuzione• Errori di calcolo veri e propri• …………………..

• Assenza di un doppio reticolo di travi in due direzioni ortogonali• Telai in una sola direzione ad esclusione del perimetro• Distribuzione delle rigidezze simmetrica in direzione trasversale• Collocazione frequentemente centrale del corpo scala• Tamponature in laterizio forato a doppia fodera

CARATTERISTICHE TIPICHE EDIFICI “NON SISMICI”


Tipico schema strutturale di edifici residenziali non

antisismici

Edificio in c.a. intelaiato a 4 pianiDestinazione originaria: civile abitazioneIl progetto e la realizzazione: 1975 – 76Zona all’epocanon classificata come sismica

Normativa di riferimentoperl’edificio in esameè:

CARATTERISTICHE DELL’EDIFICIO

ESEMPIO DI PROGETTAZIONE SIMULATA

Normativa di riferimentoperl’edificio in esameè:•Legge 5/11/1971 n. 1086•Decreto Ministeriale 30/5/1974

Materiali usuali per la pratica costruttiva degli anni '70, ossia:

•calcestruzzo Rck 250

•acciaio ad aderenza migl. A38 (l’attuale FeB 38k)

Progetto e verifica con ilMetodo delle tensioni ammissibili

Resistenze ammissibili

•calcestruzzo (σamm a flessione): σa,cf = 85 kg/cm2

•calcestruzzo(σ acompressione): σ = 60kg/cm2

CARATTERISTICHE DELL’EDIFICIO


•calcestruzzo(σamm acompressione): σa,cc= 60kg/cm2

•acciaio (considerato non controllato): σa,s= 1900 kg/cm2

Coefficiente di omogeneizzazione (coerentemente con leconsuetudini e la manualistica dell’epoca)

n = 15

Grazie al RILIEVO COMPLETO si individuano leDIMENSIONI in pianta ed in elevazione dell’edificio e quelledegli elementi strutturali.In particolare:

INDIVIDUAZIONE DELL’ORGANISMO STRUTTURALE


• Individuazionedi tutti gli elementi strutturali

• Posizione relativa di tutti gli elementi strutturali

• Esatte dimensioni

• Funzione strutturale presumibilmente loro assegnata in origine

(ad esempio travi progettate per portare il carico dei solai o

soltanto delle tamponature)

Dovranno essere individuate, almeno, le seguenti caratteristiche:Solai: orditura, dimensioni ed interasse dei travetti, presenza delle fascepiene e/o semipiene, tipologia e dimensione delle pignatte, spessoredella solettaTravi: dimensioni, direzione, eventuale presenza di nodi trave – trave,localizzazione di travi a spessore.



Tipo di copertura (piana o a falda, con telai in c.a., capriate in acciaio,ecc.)Altri elementi (ed esempio pareti in c.a.) e lorocollegamentocon glialtri elementi strutturali.Pareti controterra inglobate nel sistema resistente

Pilastri: dimensioni, tipologia dei collegamenti con altri elementistrutturali (travi a ginocchio, pareti, ecc.), entità delle eventualirastremazioni lungo l’altezza.

Telaio esterno



I solai hanno spessore 20 cm(1/25 della luce massima) con travettidi larghezza 10 cmposti ad un interasse di 50 cm

Combinazioni di carico per solaio e travi trasversali

A B C

PermanentePermanente + Accidentale

Permanente + Accidentale


Permanente + Accidentale Permanente

A B CA B C

PermanentePermanente + Accidentale



Permanente + Accidentale Permanente

Solaio e travi

SCELTA DEI MODELLI DI CALCOLO


Solaio tipoCarico PermanenteCarico Accidentale

Trave emergente Peso ProprioPeso TamponatureFascia di solaio

Pilastri

5 m 5 mA B C

5 m 5 mA B C

5 m 5 mA B C

Carichi considerati

Progettati a solo sforzo assiale

Non essendo stato ancora emanato il D.M. 3/10/78, si è fattoriferimento alle norme del Consiglio Nazionale delle Ricerche,“Istruzioni per il calcolo, l’esecuzione e la manutenzione dellecostruzioni metalliche” riportate in [Pagano, 1963].

Solaio di Solaio di

Analisi dei carichi


Solaio di

interpiano

Solaio di

copertura

Carichi accidentali adottati 200 Kg/m2 150 Kg/m2

Pesi specificiPCls=25 kN/m3

Platerizi=8 kN/m3

Pmassetto=15 kN/m3

Ptamponature=8 kN/m3

Solaio di interpiano Solaio di copertura

Soletta 100 kg/m2 Soletta 100 kg/m2

Pignatte 88 kg/m2 Pignatte 88 kg/m2

Travetti 138 Kg/m2 Travetti 138 kg/m2

Massetto 42 Kg/m2 Massetto 42 kg/m2

Intonaco 28 Kg/m2 Intonaco 28 kg/m2

SOLAIO TIPO (interasse 50cm)Analisi dei carichi


Pavimento 50 Kg/m2 Pavimento 50 kg/m2

Incidenza tramezzi 50 Kg/m2

Carichi permanenti adottati 500 Kg/m2 450 Kg/m2

TRAVE EMERGENTE (luce 5.0 m)Dimensione 30x50 3.75 kN/m

PILASTRO (altezza 2.5 m)Dimensione 30x30 5.6 kN

Individuazione delle fasce di pertinenza delle travi seguendo la logica delle aree di influenza (tipica del progetto a soli carichi verticali)

Valutazione dei carichi:

TRAVI


Noti carichi, modello e dimensioni (base, altezza) si progettano le armature

Valutazione dei carichi:

• Peso proprio

• Tamponatura

• Fascia di solaio (p.p. + acc.)

b

Mhr =Progetto

Per ogni sezione, note le sollecitazioni e le dimensioni, si determina il coefficiente r (funzione dei materiali e del coefficiente di omogeneizzazione):

σσσσc r t30 0,6098 0,0009

35 0,5334 0,0011

40 0,4759 0,0012

45 0,4310 0,0013

TRAVI


b

MbtAf ⋅⋅=

45 0,4310 0,0013

50 0,3950 0,0015

55 0,3655 0,0016

60 0,3408 0,0017

65 0,3198 0,0019

70 0,3018 0,0020

75 0,2861 0,0021

80 0,2723 0,0022

85 0,2601 0,0023

90 0,2492 0,0025

Quindi, fissando il livello di lavoro per il calcestruzzo (tensione ammissibile), si seleziona t:

fammf h

MA

,9,0 σ⋅⋅=

Oppure:

Progetto

Selezione del diametroe del numero di barreda disporre

Campata(Momento +)

Appoggio Est.(Momento -)

Appoggio int(Momento –)

TRAVI


b

MbtAf ⋅⋅=

fammf h

MA

,9,0 σ⋅⋅=

(Momento +) (Momento -) (Momento –)

Af,min = 2,71 2,03 4,47

Af,eff = 3,39 2,26 4,52

3 φ 12 2 φ 12 4 φ 12

Af,min = 2,82 2,12 4,62

La disposizione delle armature lungo tutto l’elemento e fatta in funzione dei risultati delle verifiche e con le metodologie in uso all’epoca

Verifica

ciamm,c IM

⋅σ=

( )c

ciamm,frf xhn

IM

−⋅⋅σ

=( )rfrcsez,r M,MminM =

⋅⋅⋅++−⋅⋅=s

s

An

hb

b

Anx

211

ci

csc I

xM ⋅=σ ( )3cci

sf xh

I

Mn −⋅⋅=σ

TRAVI


c

ciamm,crc x

IM

⋅σ=

Disposizione delle armature

-400000

-300000

-200000

-100000

0

100000

200000

300000

400000

500000

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

Elaborati grafici

RISULTATO PROGETTAZIONE SIMULATA


Progetto• Valutazione dei carichi• Individuazione e valutazione degli sforzi

assiali sui pilastri, seguendo la logica dellearee di influenza, per ciascun livello

N

PILASTRI


ammclsnecesstrettcls

NA

,.., σ= ..,min, 006,0 necesstrettclsf AA ⋅=

.,min, 003,0 effclsf AA ⋅=.,effclsA (dal rilievo)

LIVELLO

I II III IV

Allin.

N

[t]

Acls,sn

[cm2]

Af,min

[cm2]

N

[t]

Acls,sn

[cm2]

Af,min

[cm2]

N

[t]

Acls,sn

[cm2]

Af,min

[cm2]

N

[t]

Acls,sn

[cm2]

Af,min

[cm2]

Esterno 261 435 2,61 190 317 1,90 119 198 1,19 48 79 0,48

Centrale 424 706 4,24 312 519 3,12 201 334 2,01 89 149 0,89

Elaborati graficiLivello Pilastro esterno Pilastro centrale Pilastro esterno

I(3 m)

4 Φ 14 L = 360

Staffe Φ 6/2030

30

30

30

4 Φ 16 L = 360

Staffe Φ 6/20 30

30

Staffe Φ 6/20

4 Φ 14 L = 360

Livello Pilastro esterno Pilastro centrale Pilastro esterno

I(3 m)

4 Φ 14 L = 360

Staffe Φ 6/2030

30

4 Φ 14 L = 360

Staffe Φ 6/2030

30

30

30

4 Φ 16 L = 360

Staffe Φ 6/2030

30

4 Φ 16 L = 360

Staffe Φ 6/20 30

30

Staffe Φ 6/20

4 Φ 14 L = 360

30

30

Staffe Φ 6/20

4 Φ 14 L = 360

PILASTRI


II(6 m)

30

30

4 Φ 12 L = 360

Staffe Φ 6/20 30

30

Staffe Φ 6/20

4 Φ 16 L = 360

30

Staffe Φ 6/2030

4 Φ 12 L = 360

III(9 m)

4 Φ 12 L = 360

30

30 Staffe Φ 6/15

30

30

4 Φ 14 L = 360

Staffe Φ 6/15

30

30

4 Φ 12 L = 360

Staffe Φ 6/15

IV(12 m)

30

30

Staffe Φ 6/15

4 Φ 12 L = 360

30

30

Staffe Φ 6/15

4 Φ 12 L = 360

30

Staffe Φ 6/15

4 Φ 12 L = 360

30

II(6 m)

30

30

4 Φ 12 L = 360

Staffe Φ 6/2030

30

4 Φ 12 L = 360

Staffe Φ 6/20 30

30

Staffe Φ 6/20

4 Φ 16 L = 360

30

30

Staffe Φ 6/20

4 Φ 16 L = 360

30

Staffe Φ 6/2030

4 Φ 12 L = 360

30

Staffe Φ 6/2030

4 Φ 12 L = 360

III(9 m)

4 Φ 12 L = 360

30

30 Staffe Φ 6/15

4 Φ 12 L = 360

30

30 Staffe Φ 6/15

30

30

4 Φ 14 L = 360

Staffe Φ 6/15

30

30

4 Φ 14 L = 360

Staffe Φ 6/15

30

30

4 Φ 12 L = 360

Staffe Φ 6/15

30

30

4 Φ 12 L = 360

Staffe Φ 6/15

IV(12 m)

30

30

Staffe Φ 6/15

4 Φ 12 L = 360

30

30

Staffe Φ 6/15

4 Φ 12 L = 360

30

30

Staffe Φ 6/15

4 Φ 12 L = 360

30

30

Staffe Φ 6/15

4 Φ 12 L = 360

30

Staffe Φ 6/15

4 Φ 12 L = 360

30

30

Staffe Φ 6/15

4 Φ 12 L = 360

30

Lo studio della manualistica di uso corrente permette di ipotizzarele tipologiedi dettaglicostruttivi

Inoltre, nel caso dei pilastri è necessario definire anche alcuniparametri indispensabili per le successive operazioni divalutazione e verifica (es. lunghezze di sovrapposizione, piegatureancoraggi, ecc.)


PILASTRI

le tipologiedi dettaglicostruttivi

Produzione elaborati grafici

30 d o 50 cm

22


30

30

50

30 d o 50 cm

40

30 d o 50 cm

22

Produzione elaborati grafici


Le armature progettate (secondo i criteri e le metodologieesposte) dovranno essere verificate mediante sondaggi acampione da condurre sugli elementi strutturali

È opportuno, al fine di acquisire il maggior numero diinformazioni con il minor dispendio di risorse, individuare

INDAGINI – VERIFICHE IN SITU

informazioni con il minor dispendio di risorse, individuaregruppi di elementi strutturali simili (per dimensioni, collocazionee funzione nell’organismo strutturale) all’interno dei qualiselezionare alcuni elementi rappresentativi i cui dispositivi diarmatura possano essere estesi all’intero gruppo

La revisione del Progetto Simulato è il passo finale dellaprocedura

I dettagli di armatura progettati al passo 5 sarannoverificati/corretti alla luce delle evidenze emerse dai sondaggiconsiderandoancheeventualicarenzeederroridi progetto

INDAGINI – VERIFICHE IN SITU

considerandoancheeventualicarenzeederroridi progetto

Dettagli costruttivi

Verifiche in-situ limitate. Servono per verificare lacorrispondenza tra le armature o le caratteristiche deicollegamenti effettivamente presenti e quelle riportate nei disegnicostruttivi, oppure ottenute mediante il progetto simulato.

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