Corso di Riabilitazione Strutturale - old 3.1_Edifici esistenti in... · resistenze e duttilità...
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La valutazione di edifici in c.a.
Corso diRiabilitazione Strutturale
POTENZA, a.a. 2012– 2013
La valutazione di edifici in c.a.Il processo di conoscenza della
struttura (1)
Dott. Marco VONAScuola di Ingegneria - Università di Basilicata
[email protected] http://www.unibas.it/utenti/vona/
PROCESSO DI CONOSCENZA PER GLI EDIFICI ESISTENTI
Metodi di indagine1. GENERALITÀ
2. LIVELLI DI CONOSCENZA
3. IL PROGETTO SIMULATO
4. PROGRAMMA DELLE INDAGINI
5. SAGGI E PROVE
• CRITERI
• METODI DISTRUTTIVI
• METODI NON DISTRUTTIVI
• METODI COMBINATI
6. ESEMPIO DI PIANIFICAZIONE DELLE INDAGINI
LE PRINCIPALI INNOVAZIONI DELLA NTC 2008
− La chiara definizione delLIVELLO DI CONOSCENZA , con
riferimento alle indagini conoscitive
− La presa in conto del livello di conoscenza nella valutazione
(assessment)
− La definizione delle possibili indagini (distruttive e non)
− In alternativa all’adeguamento, si prevede un miglioramento
controllato o adeguamento “ridotto”, con livelli di azioni
sismiche ridotti
COMPORTAMENTO EDIFICI IN C.A. SOGGETTI AD AZIONI SISMICHE
EDIFICI ESISTENTI
CAPACITÀ
del singolo elemento in termini di
resistenzae duttilità
RICHIESTA
al singolo elemento in termini di resistenzae
duttilità
STRUTTURA NUOVA
• Calcolo elastico
• Dettagli costruttiviAdeguato livello
di sicurezza
(Norme)
EDIFICI ESISTENTI
STRUTTURA ESISTENTE
• Calcolo elastico
Dettagli costruttivi NON
SODDISFACENTI
In alcuni casi Inadeguato
− Costi elevati dell’adeguamento
− Scarsa sensibilità della comunità verso la sicurezza (non solosismica !)
− Mancanza di attenzione della classe politica verso la
EDIFICI ESISTENTI
− Mancanza di attenzione della classe politica verso laprevenzione
− Errata convinzione che il “collaudo sismico” positivo nonrenderebbe necessario l’adeguamento
− L’adeguamento sismico è più complesso della progettazioneex-novo
− Particolare difficoltà per l’accertamento della capacitàresistente
− In generesi deve operaresu strutturedelle quali si ha una
EDIFICI ESISTENTI
− In generesi deve operaresu strutturedelle quali si ha unaconoscenza limitata
− Problema aperto dei livelli di sicurezza da adottarenell’adeguamento (materiali, vita utile “residua”, …)
Gli edifici esistenti si distinguono da quelli di nuova progettazioneper gli aspetti seguenti:
− Il progetto riflette lo stato delle conoscenze al tempo della lorocostruzione
− Il progettopuò conteneredifetti di impostazioneconcettualee
EDIFICI ESISTENTI: GENERALITÀ
− Il progettopuò conteneredifetti di impostazioneconcettualeedi realizzazione non immediatamente visibili
Possono essere stati soggetti a terremoti passati o ad altre azioniaccidentali i cui effetti non sono manifesti con evidenza
Inoltre, possono esserci stati errori o negligenze nell’esecuzione
− Interasse eccessivo tra staffe o addirittura mancanza dell'armaturatrasversale nei pilastri e/o nei nodi trave-pilastro
−Ancoraggio insufficiente delle staffe nel nucleo di calcestruzzo
−Giunzioni per sovrapposizione delle barre longitudinaliconcentrate nella stessa zona del pilastro e/o aventi lunghezzainsufficiente
EDIFICI ESISTENTI: DIFETTI TIPICI
La SCARSA ATTENZIONE dedicata dai professionisti alleINDAGINI sulle strutture, sia in termini globali che sui materialicostituenti, determina:
- da un lato epiù frequentemente ASSUNZIONI TROPPOCONSERVATIVE , dunque inutilmente dispendiose, negativerispetto ad una strategia globale di mitigazione del rischio
EDIFICI ESISTENTI: LE INDAGINI
rispetto ad una strategia globale di mitigazione del rischiosismico in condizioni di limitatezza delle risorse;
- dall’altro lato, per fortuna meno frequentemente,ASSUNZIONI NON CONSERVATIVE con conseguenzepotenzialmente gravi sulla sicurezza.
Vanno riconosciute leDIFFICOLTÀ OGGETTIVE , sia dicaratterelogistico che economico, nelle quali il professionista èspesso chiamato ad operare, senza superare le quali è difficile cheun passo avanti in tal senso possa essere compiuto.
EDIFICI ESISTENTI: LE INDAGINI
Deve inoltre essere ricordato ilRITARDO CULTURALEpresente nel settore dell’ingegneria civile sul tema della diagnosi,specie se raffrontato con altri settori come quello medico nelquale indagini, esami, analisi sono oramai patrimonio diffuso edirrinunciabile da parte degli operatori e, cosa ancor piùimportante, da parte degli utenti-committenti.
Le nuove norme consentono una graduazione dei fattori diconfidenza in base al livello di conoscenza acquisito, dando piùopportunità al professionista, ma anche maggiori responsabilità
Il professionista dovrà (POTRÀ ?) decidere di investire maggioririsorse nelle indagini per la conoscenza della struttura, darecuperaresuccessivamenteavendo la possibilità di effettuare
EDIFICI ESISTENTI: LE INDAGINI
recuperaresuccessivamenteavendo la possibilità di effettuareinterventi di adeguamento più mirati e meno onerosi
Stante il grande deficit di protezione sismica che si è accumulatonel nostro paese, l’efficienza degli interventi appare importante intermini generali ed ancor più se ci riferisce al patrimonio ediliziopubblico costituito in larga parte da edifici non o parzialmenteprotetti dal sisma
Nel definire le modalità di svolgimento di una campagna diindagini due aspetti appaiono di particolare importanza:
− QUALI e QUANTI dati vanno raccolti per poter effettuare lavalutazione
EDIFICI ESISTENTI: LE INDAGINI
− INTERPRETATI edELABORATI questi dati
Il professionista deve conoscere le principali metodichedisponibili ed iVANTAGGI e SVANTAGGI ad esse connessein termini di affidabilità ed limiti di applicabilità
Il professionista dovrà conoscere le principali metodichedisponibili ed i vantaggi e svantaggi nell’utilizzo di ognuna diesse, con particolare riferimento alla loro affidabilità ed ai limiti diapplicabilità
Inoltre va dettoche,perquantotali metodicheabbianosubitouna
EDIFICI ESISTENTI: LE INDAGINI
Inoltre va dettoche,perquantotali metodicheabbianosubitounaconsistente evoluzione nel corso degli ultimi anni tale da renderlemolto efficienti ed affidabili, è da ritenere che un ruolodeterminante abbia ed avrà ancora l’indagine visiva (“esameclinico”), attività di specifica pertinenza del professionistaincaricato
Le NTC 2008 che, al capitolo 8, trattano specificamente il temadelle costruzioni esistenti citano testualmente
“…. la conoscenza delle proprietà meccaniche dei materiali in-situ è un elemento essenziale per la definizione del modellostrutturale da adoperare per la valutazione della sicurezza e laprogettazione degli interventi su costruzioni esistenti”,vieneevidenziatoche “tale conoscenzanon risente delle incertezze
EDIFICI ESISTENTI: LE INDAGINI
evidenziatoche “tale conoscenzanon risente delle incertezzelegate alla produzione e posa in opera ma solo della omogeneitàdei materiali stessi all’interno della costruzione, del livello diapprofondimento delle indagini conoscitive e dell’affidabilitàdelle stesse”.
Il paragrafo 8.5.3 prevede che “per conseguire un’adeguataconoscenza delle caratteristiche dei materiali e del loro degrado,ci si baserà su documentazione già disponibile, su verifiche visivein situ e su indagini sperimentali”
VALUTAZIONE DELLA RESISTENZA SISMICA
1 DESCRIZIONE DELL’EDIFICIO
− Caratteristiche del sito
− Caratteristiche morfologiche delle parti strutturali e nonstrutturali
ATTIVITÀ DA SVOLGERE
strutturali
− Ricostruzione storica
2 NORMATIVE E DOCUMENTI DI RIFERIMENTO
− Normative relative all’epoca di progettazione/costruzione
− Normative relative alle metodologie di indagine
− Normative relative alle metodologie di analisi/valutazione
VALUTAZIONE DELLA RESISTENZA SISMICA
3 VALUTAZIONE DELLO STATO DI FATTO
3.1 Reperimento informazioni in situ
3.2 Studio degli eventuali elaborati di progetto originali
3.3 Rilievo geometrico
ATTIVITÀ DA SVOLGERE
3.3 Rilievo geometrico
3.4 Valutazione di eventuali situazioni di danno e/o
degrado preesistente
3.4 Eventuale Progetto Simulato delle strutture
3.5 Stato di fatto e livello di manutenzione
VALUTAZIONE DELLA RESISTENZA SISMICA
4 INDAGINI, SAGGI E PROVE IN SITU ED INLABORATORIO
4.1 Rilievo dei dettagli costruttivi e dei quantitativi di
armatura
ATTIVITÀ DA SVOLGERE
armatura
4.2 Stima della resistenza dei materiali
4.3 Prove sui solai (es. prove di carico)
ANALISI DETTAGLIATA DELLA FILOSOFIAPROGETTUALE ORIGINARIA
5 DEFINIZIONE DEL LIVELLO DI CONOSCENZA
IMPORTANZA DEL LIVELLO DI CONOSCENZA
COSTO/BENEFICIintervento acquisizione dati
CONOSCENZA
Devono essere considerati gli aspetti economici (sia in termini dicosti delle indagini che di tariffe professionali) e tecnico-scientifici che possono deprimere o favorire il livello di indagini
VALUTAZIONE DELLA RESISTENZA SISMICA
6 AZIONE SISMICA
6.1 Caratterizzazione geofisica e geotecnica del sito e
categoria di sottosuolo di fondazione
6.2 Fattori di amplificazionestratigrafica e topografica
ATTIVITÀ DA SVOLGERE
6.2 Fattori di amplificazionestratigrafica e topografica
6.3 Vita Nominale dell’opera, Classe d’Uso e Periodo di
Riferimento
6.4 Fattore di struttura (eventualmente necessario)
6.5 Stati limite di riferimento
DEFINIZIONE DELL’AZIONE SISMICA
VALUTAZIONE DELLA RESISTENZA SISMICA
7 ANALISI DELL’EDIFICIO
7.1 Criteri di modellazione e di analisi
7.1 Materiali
ATTIVITÀ DA SVOLGERE
7.1 Materiali
7.2 Verifica della combinazione dei carichi gravitazionali
7.2.1 Solai
7.2.2 Travi e pilastri (o pareti in muratura)
7.2.3 Altri elementi strutturali
VALUTAZIONE DELLA RESISTENZA SISMICA
8 VALUTAZIONE DELLA RESISTENZA SISMICA
8.1 Analisi
ATTIVITÀ DA SVOLGERE
…….Lineare
……. Non Lineare
8.2 Capacità e verifiche di sicurezza sismica
INTERVENTO
9 MIGLIORAMENTO/ADEGUAMENTO SISMICO
9.1 NORMATIVA DI RIFERIMENTO
Normative, linee guida relative alle metodologie di
intervento
ATTIVITÀ DA SVOLGERE
intervento
9.2 AZIONE SISMICA
9.3 OBIETTIVI E STRATEGIE DI INTERVENTO
INTERVENTO
9.4 INTERVENTI IN FONDAZIONE
9.5 INTERVENTI SUI (EVENTUALI) GIUNTI
9.6 INTERVENTI SULLE STRUTTURE INELEVAZIONE
ATTIVITÀ DA SVOLGERE
9.7 MATERIALI PER L’INTERVENTO
− C.a. (muratura) per elementi di nuova realizzazione o perrinforzi
− Acciaio per rinforzo con incamiciature, catene, ecc.
− Rinforzo con FRP
− Dispositivi di isolamento/controventamento sismico
Definizione di una corretta strategia di intervento
Presupposto per il conseguimento di unottimale risultato
La strategia di adeguamento è che un percorso articolato, e spessoestremamente complesso, il cui risultato finale e lasovrapposizione e ottimizzazione di quelle che comunementevengonoindividuatecome
STRATEGIE DI INTERVENTO
vengonoindividuatecome
STRATEGIE TECNICHE , volte ad incrementare la capacitàdell’edificio di resistere al sisma e/o a ridurre la domanda, e
STRATEGIE DI GESTIONE , definite sulla base delle modalitàoperative e logistiche, generalmente indicate, concordate, se nonimposte, dal committente in virtù del ruolo imprescindibile dimanagement ad esso riconosciuto
STRATEGIE DI INTERVENTO: STRATEGIE TECNICHE
‒ Completamento del sistema resistente
‒ Connessione, ancoraggio, controventatura dielementi/componenti esistenti
‒ Rinforzo diffuso ed irrigidimento della struttura esistentemediante, ad esempio, l’inserimento di pareti, contrafforti, ecc.
‒ Miglioramento delle capacità deformative dei singoli elementistrutturali e dell’intera struttura
‒ Interventi di rinforzo locali basati su confinamento, rinforzopilastri, riduzioni locali di rigidezza, inserimenti di nuovi partistrutturali, ecc.
‒ Riduzione domanda sismica mediante: isolamento alla base,sistemi di dissipazione energetica, riduzione delle masse, …
STRATEGIE DI INTERVENTO: STRATEGIE DI GESTIONE
‒ Cambio di destinazione d’uso
‒ Demolizione e ricostruzione
‒ Intervento parziale o transitorio
‒ Intervento per step successivi
‒ Interventosull’edificio senzainterruzionedei servizi‒ Interventosull’edificio senzainterruzionedei servizi
‒ Intervento sull’edificio vuoto
‒ Intervento sull’edificio solo dall’esterno
‒ Intervento sull’edificio anche dall’interno
‒ Intervento sull’edificio secondo tempistiche predefinite
STRATEGIE DI INTERVENTO: CRITERI DI SCELTA
Criteri socio – economici Criteri strutturali‒durata dei lavori e disturbo
arrecato alle attività ordinaria
‒disturbo arrecato agli occupanti
‒conseguimento degli obiettiviprestazionali fissati delcommittente
‒ regolarità di rigidezze eresistenze
‒adeguatezza delle rigidezze,resistenze e duttilità locali
‒compatibilità strutturaledell’intervento con il sistemacommittente
‒compatibilità funzionale edestetica dell’intervento delcomplesso ospedaliero
‒ importanza strategica e storicadel complesso ospedaliero
‒controllo di qualità
dell’intervento con il sistemastrutturale preesistente
‒protezione nei confronti deldanneggiamento non strutturale
‒capacità del sistema difondazione
‒disponibilità di materiali etecnologie necessari perl’intervento
Intervento
FASI ESECUTIVE
FASI DI DEMOLIZIONE E RICOSTRUZIONE
ATTIVITÀ DA SVOLGERE
INSERIMENTO DI NUOVI ELEMENTI
RINFORZI LOCALI
TEMPISTICA E MODALITÀ DI REALIZZAZIONE
FASI ESECUTIVE
FASI OPERATIVE ( ESEMPLIFICATIVE)
Opere provvisionali necessarie a scaricare totalmente lestrutture (es. recupero totale/parziale delle frecce)
Preparazionedellesuperfici(es. fori passanti)
ATTIVITÀ DA SVOLGERE
Preparazionedellesuperfici(es. fori passanti)
Preparazione di aperture per il getto di nuovo cls
Rimozione di calcestruzzo/acciaio/muraturadegradati/ammalorato
Pulitura elementi esistenti (calcestruzzo/acciaio/muratura)
Casseratura e realizzazione nuovi elementi/porzioni
Disarmo
……….
• Informazioni sulle norme impiegate nel progetto originale
• Identificazione della categoria di suolo
• Identificazione delle strutture di fondazione
• Identificazione dell’organismo strutturale
• Dimensioni geometrichedegli elementistrutturali, quantitativi
DATI NECESSARI PER LA VALUTAZIONE
• Dimensioni geometrichedegli elementistrutturali, quantitativiarmature, proprietà meccaniche dei materiali, collegamenti conelementi non strutturali
• Individuazione dei possibili difetti locali dei materiali e neidettagli costruttivi
• Destinazione d’uso attuale e futura dell’edificio
• Natura ed entità di eventuali danni e riparazioni conseguenti
LC1 ���� Conoscenza Limitata
LC2 ���� Conoscenza Adeguata
LC3 ���� Conoscenza Accurata
LIVELLI DI CONOSCENZA (LC)
Gli aspetti che definiscono i livelli di conoscenza sono:
• Geometria: caratteristiche geometriche degli elementi strutturali
• Dettagli strutturali: quantitàe disposizionedellearmature(c.a.),
Il livello di conoscenza LC acquisito determina:
- metodo di analisi
- valori dei fattori di confidenza da applicare alle proprietà deimateriali
• Dettagli strutturali: quantitàe disposizionedellearmature(c.a.),collegamenti (acciaio), collegamenti tra elementi strutturalidiversi, elementi non strutturali collaboranti
• Materiali: proprietà meccaniche dei materiali
Geometria (carpenterie)
Dettagli strutturaliProprietà dei
materialiMetodi di
AnalisiFC
LC1
Da disegni di carpenteria
Progetto simulato in accordo alle norme
dell’epocae
limitateverifiche in-situ
Valori usuali per la pratica costruttiva
dell’epocae
limitateprove in-situ
Analisi lineare
statica o dinamica
1.35
Disegni costruttivi incompleti
Dalle specifiche originali di progetto o dai certificati di prova
+
LIVELLI DI CONOSCENZA (LC)
carpenteria originali con
rilievo visivo a campioneoppure
rilievo ex-novo completo
LC2
incompleti+
limitateverifiche in situoppure
esteseverifiche in-situ
dai certificati di prova originali
+limitateoppure
esteseprove in-situ
Tutti 1.20
LC3
Disegni costruttivi completi
+limitateverifiche in situ
oppureesaustiveverifiche in-situ
Dalle specifiche originali di progetto o dai certificati di prova
originali+
estese oppureesaustive prove in-situ
Tutti 1.00
-
Knowledge Levels (KL) and corresponding methods of analysis and Confidence Factors (CF)
Knowledge Level Geometry Details Materials Analysis CF
KL1
From original
Simulated design according to relevant
practiceand
from limited in-situinspection
Default values according to standards
of the time of construction
andfrom limited in-situ
testing
LS-LD CFKL1
From incomplete original detailed
From original design specifications with
LIVELLI DI CONOSCENZA (LC)
From original outline
construction drawings with sample visual
surveyor
from full survey
KL2
From incomplete original detailed
construction drawings with
limited in-situinspection
orfrom extendedin-situ
inspection
From original design specifications with
limited in-situ testingor
from extendedin-situtesting
All CFKL2
KL3
From original detailed construction drawings with limited in-situ
inspectionor
from comprehensivein-situ inspection
From original test reports with limited in-
situ testingor
from comprehensivein-situ testing
All CFKL3
The values ascribed to the confidence factors to be used in a country may be found in its
National Annex. The recommended values are CFKL1 = 1.35, CFKL2 = 1.20 and CFKL3 = 1.00.
RUOLO DEI FATTORI DI CONFIDENZA
Effettuandoindagini approfondite si può conseguire un livello di conoscenza che consente di adottare
resistenze di calcolo f più elevate
FC
ff med
d = fmed = resistenza media ottenuta dalle indagini
fd = resistenza di calcolo
resistenze di calcolo fd più elevate
IMPORTANZA DELLA DIAGNOSI ����
INTERVENTI PIÙ EFFICACI & PIÙ EFFICIENTI
Raccolta ed esame critico di informazioni su:− Dimensioni− Caratteristiche e condizioni dei materiali− Caratteristiche e condizioni degli elementi strutturali
IL PROGRAMMA DELLE INDAGINI
− ORGANISMO STRUTTURALE
Elementi da caratterizzare:− ORGANISMO STRUTTURALE
− DETTAGLI COSTRUTTIVI
− PROPRIETÀ DEI MATERIALI
− PRESENZA DI COMPORTAMENTI NON SODDISFACENTI
Articolazione indagini:• INDAGINE PRELIMINARE
• INDAGINE DETTAGLIATA
Informazioni principali da raccogliere:
− Periodo di progettazione e periodo di costruzione
− Elaborati di progetto, di collaudo e contabili
− Ricostruzione della storia relativa a variazioni d’uso e stato dimanutenzione
− Ricostruzionedella storia relativa agli eventi sismici e/o altri
LE INDAGINI PRELIMINARI
− Ricostruzionedella storia relativa agli eventi sismici e/o altrieventi
− Eventuali condizioni di danno/degrado e loro evoluzione neltempo
− Corpi aggiunti e/o sopraelevazioni
− Destinazione d'uso attuale ed eventuali previsioni dicambiamento
−Attenta ispezione visiva della struttura
−Rilievo (strutturale e non strutturale)
−Revisione critica delle documentazioni progettuali, contrattualiecontabili(sedisponibili)
Attività principali da effettuare:
LE INDAGINI PRELIMINARI
econtabili(sedisponibili)
−Informazioni progettuali (progettista, costruttore, direttore deilavori, collaudatore, tecnici della P.A., ecc.)
ORIENTARE L’INDAGINE DETTAGLIATA
−ESAME completo ed accurato della struttura sulla base deglielaborati diPROGETTO e delRILIEVO
−Scelta dei punti su cui effettuare sondaggi o prove, ossia ilCAMPIONAMENTO in termini di numero ed ubicazione deipuntidaesaminaree tipo di provedaeffettuare
Attività principali da effettuare:
L’INDAGINE DETTAGLIATA
puntidaesaminaree tipo di provedaeffettuare
−SAGGI e PROVE IN SITO per individuare i dettaglicostruttivi e valutare le condizioni dei materiali in opera
−PRELIEVO di campioni da esaminare ePROVE DILABORATORIO in numero definito dal livello di conoscenzaprescelto
1. Requisito fondamentale del campionamento é laRAPPRESENTATIVITÀ dello stato complessivodell'edificio, cercando di rifletterne le caratteristiche divariabilità
NOTE IMPORTANTI
L’INDAGINE DETTAGLIATA
2. L’impostazione e l’estensione della campagna di indaginedipende dalla disponibilità, completezza ed affidabilità deglielaborati di progetto originali
Come impostare la campagna di indagini?Quale livello di estensione e completezza considerare?
SI
Verifica
soddisfacenteRILIEVO VISIVOCostruzione
del modello
DEFINIZIONE DELLA GEOMETRIA STRUTTURALE
IL PROGRAMMA DELLE INDAGINI: GEOMETRIA
DISPONIBILITÀDisegni originali
di carpenteria
SI
NO
Verifica NON soddisfacente
soddisfacenteRILIEVO VISIVO(a campione)
del modello
RILIEVOCOMPLETO
Costruzione
del modello
Esecuzione delle analisi numeriche
Disegni originali di carpenteria: descrivono la geometria dellastruttura, gli elementi strutturali e le loro dimensioni, individuanol’ organismo strutturale resistente (azioni orizzontali e verticali)
Disegni costruttivi o esecutivi: oltre a consentire di individuarel’organismo strutturale resistente, contengono la descrizione dellaquantità, disposizione edettagli costruttivi di tutte le armature,nonchéle caratteristichenominalideimateriali usati
INDIVIDUAZIONE DELLA GEOMETRIA
nonchéle caratteristichenominalideimateriali usati
Rilievo visivo: serve a controllarea campione la corrispondenzatra l’effettiva geometria della struttura e i disegni originali dicarpenteria disponibili
Rilievo completo: serve a produrre disegni completi di carpenteria(con lo stessogrado di dettaglio di disegni originali) nel caso incui quelli originali siano mancanti o si sia riscontrata una noncorrispondenza tra questi ultimi e la struttura
INTERAZIONE STRUTTURA – TAMPONATURE
0.25
2.50
0.25
4.90
0.25
3.70
0.25
3.70
0.25
4.90
0.25
2.50
0.25
3.70
0.25
3.70
0.25
4.8
04.9
20.6
00.6
0
39.75
10
.92
40
x20
14' 13'
27
27
15 16 17 19 20
7 8 9 11 12
1 2 3 4 5 6
18
27
27
13 14
10
19' 18' 17' 16' 15'
11' 10' 9' 8' 7'
5' 4' 3' 2' 1'
25
25
3.70
0.25
3.70
DamagedStructural Element
DamagedInfill Panel
Accelerometer