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Criteri per il miglioramento e l’adeguamento di edifici in struttura

prefabbricataProf. ing. Gennaro Magliulo

ReLuis - Università di Napoli "Federico II"

SAIE 2012 | FORUM Sicurezza & Sostenibilità

Cinque mesi dopo il sisma

Tecniche innovative per una ripresa

efficiente e sicura

Bologna, 20 ottobre 2012


Criteri per il miglioramento e l’adeguamento di edifici in struttura prefabbricata – Prof. G. Magliulo

Cinque mesi dopo il sisma -Tecniche innovative per una ripresa efficiente e sicura

2

Le strutture prefabbricate

Strutture monopiano

per uso industriale Strutture pluripiano per

uso commerciale




3

Le strutture prefabbricate

Unione

trave-pilastro

Unione

Pilastro-fondazione

Unione

tegolo - trave

Unione

pannello-struttura

Insieme di pilastri prefabbricati ancorati al suolo, generalmente tramite un

plinto a bicchiere. I pilastri sono collegati da travi semplicemente appoggiate

per attrito o tramite connessione spinottata. Le travi, a loro volta, sostengono

gli elementi di copertura il cui collegamento può essere di tipo attritivo o

essere assicurato da spinotti. Il sistema di chiusura esterna tipicamente

impiegato è costituito da pannelli prefabbricati orizzontali o verticali, collegati

rispettivamente ai pilastri o alle travi.




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Le unioni nelle strutture prefabbricateUnione pilastro-fondazione

mediante plinto a bicchiere

Unione spinottata trave-pilastro

Unione tegolo-trave

mediante angolari metallici




5

Le unioni nelle strutture prefabbricate

Alberto Dal Lago et al.


Pannelli prefabbricati orizzontali collegati ai pilastri

Pannelli prefabbricati verticali collegati in sommità alle travi






6

Il comportamento delle strutture prefabbricate nel terremoto de L’ Aquila(2009)

Caratteristiche dell’evento

sismico principale:

• Ml = 5.8

• Epicentro : L’Aquila

Vittime:

• 308 morti

• 1500 feriti

• 65.000 sfollati

Danni:

• Notevoli al patrimonio storico-

artistico (più di 100 chiese

distrutte)

• Collassi di edifici in c.a.

• Collassi non diffusi di strutture

prefabbricate




7

Il comportamento delle strutture prefabbricate nel terremoto de L’ Aquila(2009)

Magliulo 2009

Magliulo 2009

Magliulo 2009

Magliulo 2009




8

Il comportamento delle strutture prefabbricate nel terremoto dell’ Emilia(2012)

Caratteristiche degli eventi

sismici principali:

Evento del 20 Maggio• Ml = 5.9

• Epicentro: Finale Emilia(MO)

Evento del 29 Maggio• Ml = 5.2

• Epicentro: Medolla (MO)

Vittime:

• 27 morti

• 400 feriti

• 15.000 sfollatiDanni:

• Patrimonio storico-artistico

• Patrimonio rurale

• Ingenti per le strutture

prefabbricate




9

Il comportamento delle strutture prefabbricate nel terremoto dell’ Emilia(2012)




10

Carenze strutturali degli edifici prefabbricati� Criticità dei sistemi di connessione copertura-trave

Collasso dei tegoli di

copertura a causa della

crisi della connessione

tegolo-trave (perdita di

appoggio)

Dettaglio della

connessione

attritiva




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� Criticità dei sistemi di connessione trave-pilastro

Carenze strutturali degli edifici prefabbricati

Perdita di appoggio della trave a causa del collasso della connessione

trave-pilastro




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Collasso della

connessione spinottata

con conseguente

perdita di appoggio

della trave e collasso

della copertura

Rotazione della trave e

conseguente rottura

dell’appoggio

Carenze strutturali degli edifici prefabbricati� Criticità dei sistemi di connessione trave-pilastro




13

Carenze strutturali degli edifici prefabbricati� Criticità dei sistemi di connessione pannello-struttura

Crollo dei pannelli di

tamponamento verticali ed

orizzontali a causa del

collasso della connessione

alla struttura




14

Carenze strutturali degli edifici prefabbricati� Formazione di cerniere plastiche alla base dei pilastri

� Perdita di verticalità dei pilastri prefabbricati (possibile problema a livello

delle fondazioni)




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Carenze strutturali degli edifici prefabbricati

In sintesi le principali carenze riscontrate riguardano:

� Assenza di unione meccanica tra gli elementi strutturali, ricorrendo sovente

all’attrito con meccanismo fortemente vulnerabile nei confronti delle azioni

sismiche e strutture fortemente sensibili ai fenomeni di perdita di appoggio;

� Collegamento meccanico trave-pilastro non efficace (ad esempio spessori di

copriferro ridotti nel caso di utilizzo di spinotto metallico);

� Inadeguatezza della connessione del sistema di tamponatura esterna degli

edifici prefabbricati (pannelli prefabbricati in c.a. ed alleggeriti) alla struttura;

� Carenze in termini di resistenza e/o duttilità nei sistemi resistenti verticali e

nei sistemi di fondazione a causa di progettazione in accordo a norme

obsolete o, comunque, non sismiche.




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Criteri per il miglioramento e l’adeguamento delle strutture prefabbricate

Nel capitolo 8 delle NTC (D.M. 14/01/2008) sono definiti i criteri generali per la

valutazione della sicurezza e la progettazione di interventi su costruzioni esistenti:

� "La valutazione della sicurezza e la progettazione degli interventi sulle costruzioni

esistenti potranno essere eseguiti con riferimento ai soli SLU , salvo che per le costruzioni

in classe d’uso IV, per le quali sono richieste anche le verifiche agli SLE … "

� "Le verifiche agli SLU, per la combinazione sismica, possono essere eseguite rispetto alla

condizione di salvaguardia della vita umana o in alternativa alla condizione di collasso "

� "Le costruzioni esistenti devono essere sottoposte a valutazione della sicurezza (§8.3)

quando ricorra anche una sola delle seguenti situazioni:

- riduzione evidente della capacità resistente e/o deformativa della struttura o di

alcune sue parti dovuta a danneggiamenti prodotti da azioni ambientali (sisma,

vento, neve e temperatura)…

- provati gravi errori di progetto o di costruzione…

- cambio della destinazione d’uso della costruzione….

- interventi non dichiaratamente strutturali, qualora essi interagiscano, anche solo in

parte, con elementi aventi funzione strutturale…"




17




� "La valutazione della sicurezza deve permettere di stabilire se:

- l’uso della costruzione possa continuare senza interventi;

- l’uso debba essere modificato (declassamento, cambio di destinazione e/o

imposizione di limitazioni e/o cautele nell’uso);

- sia necessario procedere ad aumentare o ripristinare la capacità portante. "

Interventi di Interventi di Interventi di Interventi di miglioramento o miglioramento o miglioramento o miglioramento o

adeguamento adeguamento adeguamento adeguamento

Interventi di Interventi di Interventi di Interventi di miglioramento o miglioramento o miglioramento o miglioramento o

adeguamento adeguamento adeguamento adeguamento




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� " Si individuano le seguenti categorie di intervento (§8.4):

� interventi di adeguamento atti ad aumentare la sicurezza strutturale esistente,

conseguendo i livelli di sicurezza previsti dalle presenti norme;




� interventi di miglioramento atti ad aumentare la sicurezza strutturale esistente,

" La valutazione della sicurezza, nel caso di intervento di adeguamento, è finalizzata

a stabilire se la struttura, a seguito dell’intervento, è in grado di resistere alle

combinazioni delle azioni di progetto contenute nelle NTC…. " (Circolare 617/2009)

" In generale ricadono in questa categoria tutti gli interventi che […] fanno variare

significativamente la rigidezza, la resistenza e/o la duttilità dei singoli elementi o parti

strutturali e/o introducono nuovi elementi strutturali, così che il comportamento

strutturale locale o globale, particolarmente rispetto alle azioni sismiche, ne sia

significativamente modificato." (Circolare 617/2009)

� riparazioni o interventi locali che interessino singoli elementi strutturali e che

comunque non riducano le condizioni di sicurezza preesistenti"




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Criteri e tipi di intervento (§8.7.4)

� " Per tutte le tipologie di costruzioni esistenti gli interventi di consolidamento vanno

applicati in modo regolare ed uniforme. L’esecuzione di interventi su porzioni limitate

dell’edificio va opportunamente valutata e giustificata, considerando la variazione nella

distribuzione delle rigidezze e delle resistenze e la conseguente eventuale interazione con

le parti restanti della struttura. Particolare attenzione deve essere posta alla fase

esecutiva degli interventi, in quanto una cattiva esecuzione può peggiorare il

comportamento globale delle costruzioni... "

� " La scelta del tipo, della tecnica, dell’entità e dell’urgenza dell’intervento dipende dai

risultati della precedente fase di valutazione, dovendo mirare prioritariamente a

contrastare lo sviluppo di meccanismi locali e/o di meccanismi fragili e, quindi, a

migliorare il comportamento globale della costruzione... "




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Progetto dell’intervento (§8.7.5)

" Per tutte le tipologie costruttive, il progetto dell’intervento di adeguamento o

miglioramento sismico deve comprendere:

a) verifica della struttura prima dell’intervento con identificazione delle carenze e del

livello di azione sismica per la quale viene raggiunto lo SLU (e SLE se richiesto);

b) scelta motivata del tipo di intervento;

c) scelta delle tecniche e/o dei materiali;

d) dimensionamento preliminare dei rinforzi e degli eventuali elementi strutturali

aggiuntivi;

e) analisi strutturale considerando le caratteristiche della struttura post-intervento;

f) verifica della struttura post-intervento con determinazione del livello di azione

sismica per la quale viene raggiunto lo SLU (e SLE se richiesto). "




21


� Capitolo 8 delle NTC relativo alle

costruzioni esistenti

" Le linee di indirizzo"

Sulla base di:

� Il D.L. 6 giugno 2012 n. 74

“Interventi immediati per il

superamento dell’emergenza”

nascono le linee di indirizzo per interventi locali e globali su edifici

prefabbricati

� Legge 1/08/2012, n. 122

M1

Diapositiva 21

M1 Si deve inserire anche l L di agosto che ha modificato in parte il DL del 6 giungo (c'è il riferimento sulla presentazione che ti ho inviato). forse anche in questo caso possiamo riportare cosa dice tale legge con riferimento particolare sul migliramento dopo il sisma (anche per questo ci sono due slide sulla presentazione che penso tu posso copiare)Marianna; 16/10/2012




22


Il processo viene coordinato e realizzato in due fasi:

A.A.A.A. Fase 1: Fase 1: Fase 1: Fase 1: Eliminazione delle carenze strutturali più rilevanti, nel rispetto del

comportamento complessivo dell’organismo strutturale – [Articolo 3, §8]

B.B.B.B. Fase 2Fase 2Fase 2Fase 2: Interventi estesi e sistematici per il conseguimento delle prestazioni

richieste, integrando in un contesto più ampio e incisivo i correttivi posti in

essere nel corso della prima fase - [Articolo 3, §10]

“Interventi immediati per il superamento dell’emergenza”

D.L. 6 giugno 2012 n.74 convertito in Legge 1/08/2012, n.122




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“Interventi immediati per il superamento dell’emergenza”

D.L. 6 giugno 2012 n.74 convertito in Legge 1/08/2012, n.122

A.A.A.A. Fase Fase Fase Fase 1111:::: il certificato provvisorio di agibilita' sismica

B. Fase 2B. Fase 2B. Fase 2B. Fase 2: in caso di assenza di danno:

• Se l'accelerazione spettrale subita dalla costruzione in esame supera il 70%

dell'accelerazione spettrale elastica per una costruzione nuova di analoghe

caratteristiche, per sottosuolo corrispondente, la verifica di sicurezza risulta

soddisfatta

• Se l'accelerazione spettrale subita non supera il 70% è necessaria la

valutazione della sicurezza (capitolo 8.3 delle NTC 2008) entro 6 mesi dal

decreto

• Se il livello di sicurezza risulta inferiore al 60% della sicurezza richiesta ad un

edificio nuovo è necessario il miglioramento sismico al 60% (da 4 a 8 anni in

base alla percentuale a partire dal termine della valutazione)




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• Non consentire la perdita di appoggio della trave dal pilastro

• Non modificare lo schema statico preesistente

• Contrastare la rotazione torsionale delle travi alte e delle capriate

• Bloccare, oltre un limite prefissato, tutte le traslazioni relative tra gli elementi

attraverso meccanismi di trasmissione degli sforzi possibilmente di natura

isostatica

• Ancoraggio dei dispositivi di connessione lontano dai lembi esterni degli

elementi (elevati copriferri)

Requisiti della connessione trave-pilastro

1.1.1.1. Interventi volti ad evitare crisi per perdita di appoggio Interventi volti ad evitare crisi per perdita di appoggio Interventi volti ad evitare crisi per perdita di appoggio Interventi volti ad evitare crisi per perdita di appoggio travetravetravetrave----pilastropilastropilastropilastro




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Categorie di intervento

1. Inserimento di nuovi dispositivi meccanici di connessione tra i due elementi

2. Aumento della base di appoggio della trave sul pilastro : si può intervenire

lasciando gli appoggi scorrevoli ma aumentando la base di appoggio (non

facile stima degli spostamenti orizzontali, facendo attenzione alla

componente verticale del sisma)


Sistema brevettato Sistema brevettato Sistema brevettato Sistema brevettato SICURLINKSICURLINKSICURLINKSICURLINK




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In aggiunta ai dispositivi meccanici è possibile prevedere dispositivi di

dissipazione energetica in modo tale che a seguito del terremoto pilastro e trave

non dovrebbero danneggiarsi ed il dispositivo è l’unico elemento che va

sostituito

Con l’inserimento di nuovi connettori potrebbe

essere necessario prevedere un confinamento

locale del pilastro con incravattatura metallica o

fasciatura con guaina in fibre di carbonio



Collegamento Collegamento Collegamento Collegamento dissipativo dissipativo dissipativo dissipativo




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• Impedire la perdita di appoggio di copertura della trave

• Non modificare lo schema statico preesistente

• Bloccare, oltre un limite prefissato, tutte le traslazioni relative tra gli elementi

attraverso meccanismi di trasmissione degli sforzi possibilmente di natura

isostatica

• Ancoraggio dei dispositivi di connessione lontano dai lembi esterni degli

elementi (elevati copriferri)

Requisiti della connessione copertura - trave

1.1.1.1. Interventi volti ad evitare crisi per perdita di appoggio Interventi volti ad evitare crisi per perdita di appoggio Interventi volti ad evitare crisi per perdita di appoggio Interventi volti ad evitare crisi per perdita di appoggio copertura copertura copertura copertura ----

travetravetravetrave





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1. Inserimento nuovi dispositivi meccanici di connessione tra gli elementi: tra

tegolo e trave è possibile inserire nuovi connettori in acciaio bullonati a trave

e nervatura del tegolo

Collegamento traveCollegamento traveCollegamento traveCollegamento trave---- tegolo con squadrette metalliche deformabili e viti di connessionetegolo con squadrette metalliche deformabili e viti di connessionetegolo con squadrette metalliche deformabili e viti di connessionetegolo con squadrette metalliche deformabili e viti di connessione

NOTA: Con l’inserimento di nuovi connettori diventa indispensabile considerare nelle fasi di

esecuzione la possibile interferenza del dispositivo con le armature di precompressione

negli elementi collegati



1.1.1.1. Interventi volti ad evitare crisi per perdita di appoggio Interventi volti ad evitare crisi per perdita di appoggio Interventi volti ad evitare crisi per perdita di appoggio Interventi volti ad evitare crisi per perdita di appoggio copertura copertura copertura copertura ----

travetravetravetrave




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• Si deve prendere in considerazione la capacità della connessione non solamente nei termini richiesti dallo SLD, ma anche e soprattutto in modo tale da poter garantire alla connessione la capacità di sviluppare le deformazioni imposte dallo SLV senza che il collasso venga raggiunto

• Consentire, se possibile, le traslazioni relative struttura-pannello nel piano del pannello al fine di evitare qualunque collaborazione tra i componenti non strutturali e l’ossatura portante dell’edificio

• Il cedimento anche di un singolo elemento del sistema di ancoraggio comporta il rovesciamento del pannello a terra, con notevoli rischi per l’incolumità delle persone: un intervento minimo di prima fase può essere di prevedere collegamenti di ritenuta anti-ribaltamento

2.2.2.2. Interventi per evitare il collasso di elementi di tamponatura Interventi per evitare il collasso di elementi di tamponatura Interventi per evitare il collasso di elementi di tamponatura Interventi per evitare il collasso di elementi di tamponatura

prefabbricati non adeguatamente ancorati alle strutture principaliprefabbricati non adeguatamente ancorati alle strutture principaliprefabbricati non adeguatamente ancorati alle strutture principaliprefabbricati non adeguatamente ancorati alle strutture principali

Requisiti della connessione tamponatura-struttura




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1. Nuovi elementi di collegamento meccanico tra pannello e struttura: angolari

in acciaio bullonati e staffe in lamiera

2. Cavi anti-caduta fissati a pilastro e pannello ai quattro spigoli o fissati a trave

e pannello ai due attacchi superiori

Collegamento di pannelli verticali mediante Collegamento di pannelli verticali mediante Collegamento di pannelli verticali mediante Collegamento di pannelli verticali mediante

squadrettesquadrettesquadrettesquadrette in acciaioin acciaioin acciaioin acciaio

Inserimento di cavi antiInserimento di cavi antiInserimento di cavi antiInserimento di cavi anti----caduta per caduta per caduta per caduta per

pannelli orizzontalipannelli orizzontalipannelli orizzontalipannelli orizzontali



2.2.2.2. Interventi per evitare il collasso di elementi di tamponatura Interventi per evitare il collasso di elementi di tamponatura Interventi per evitare il collasso di elementi di tamponatura Interventi per evitare il collasso di elementi di tamponatura

prefabbricati non adeguatamente ancorati alle strutture principaliprefabbricati non adeguatamente ancorati alle strutture principaliprefabbricati non adeguatamente ancorati alle strutture principaliprefabbricati non adeguatamente ancorati alle strutture principali




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3.3.3.3. Interventi Interventi Interventi Interventi su elementi strutturali verticali danneggiati o carenti su elementi strutturali verticali danneggiati o carenti su elementi strutturali verticali danneggiati o carenti su elementi strutturali verticali danneggiati o carenti

(fondazioni (fondazioni (fondazioni (fondazioni e e e e pilastri) pilastri) pilastri) pilastri)

• Adeguata rigidezza nei confronti della rotazione, sufficiente a garantire

l’incastro alla base dei pilastri

• Adeguata resistenza nei confronti delle azioni laterali, trasmesse dal pilastro.

In un contesto di gerarchia delle resistenze, si rende necessario

sovradimensionare la resistenza di tale elemento rispetto alla sovrastruttura

Requisiti degli elementi di fondazione

Requisiti dei pilastri

• Adeguata rigidezza nei confronti delle sollecitazioni di progetto

• Adeguata resistenza nei confronti delle sollecitazioni di progetto

• Adeguata duttilità nei confronti delle sollecitazioni di progetto




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1. Collegamento plinto con pavimentazione industriale – aumento rigidezza

2. Consolidamento del terreno circostante la fondazione

3. Ringrossi – aumento di resistenza, rigidezza e duttilità

4. Rinforzo con fibre – aumento resistenza e duttilità

5. Incamiciatura – aumento resistenza e duttilità

Collegamento plintoCollegamento plintoCollegamento plintoCollegamento plinto----pavimento pavimento pavimento pavimento

industrialeindustrialeindustrialeindustriale

RingrossoRingrossoRingrossoRingrosso IncamiciaturaIncamiciaturaIncamiciaturaIncamiciatura


3.3.3.3. Interventi Interventi Interventi Interventi su elementi strutturali verticali danneggiati o carenti su elementi strutturali verticali danneggiati o carenti su elementi strutturali verticali danneggiati o carenti su elementi strutturali verticali danneggiati o carenti

(fondazioni (fondazioni (fondazioni (fondazioni e e e e pilastri) pilastri) pilastri) pilastri)




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• Data la massa portata ed eventuali vincoli con la struttura circostante le

scaffalature possono interagire con la struttura, causando danni e/o

perdendo il contenuto da essi portato

• Nell'immediato periodo è necessario ridurre la portata al 60% di quella

nominale, dichiarata dai cartelli di portata, scaricando le zone/piani

dell'impianto maggiormente distanti dai vincoli a terra

• Nel medio periodo dovrebbero essere verificate le portate di tutte le

scaffalature, tenendo conto del grado di sismicità locale. Questa verifica deve

essere estesa alle fondazioni e agli altri componenti strutturali ai quali sono

vincolati

Requisiti delle scaffalature


4.4.4.4. Interventi sulle scaffalatureInterventi sulle scaffalatureInterventi sulle scaffalatureInterventi sulle scaffalature




34

Grazie per l’attenzione

[email protected]

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