Interventi sugli edifici esistenti€¦ · Pertanto la struttura può essere progettata, per quanto...

Anna Marzo, PhD

Ingegnere Strutturista, Ricercatrice

Interventi sugli edifici esistenti

Bologna, 7 marzo 2018

Corsi di formazione e aggiornamento

professionale per Energy Manager e

esperti in gestione dell’energia

CLASSIFICAZIONE DEGLI INTERVENTI (8.4 NTC-2018)

2

Interventi di riparazione o locali

• Intervento: elementi isolati, singole parti e/o elementi della struttura, porzioni

limitate della costruzione (aumento della sicurezza)

• Progetto e valutazione sicurezza: solo su parti interessate, documentando che gli

interventi:

non producono modifiche al comportamento delle altre parti e globale

comportano un miglioramento della sicurezza

Interventi di miglioramento

• Intervento: aumento sicurezza strutturale (anche se < livello nuove costruzione )

• Progetto e valutazione sicurezza: estesi alle parti interessate da modifiche di

comportamento e alla struttura nel suo insieme

Interventi di adeguamento

• Intervento: aumento sicurezza strutturale fino a raggiungere le prestazioni di 8.4.3

• Progetto e valutazione sicurezza: estesi a tutta la struttura, oltre che alle parti

interessate da modifiche anche se limitate rispetto al complesso strutturale

INTERVENTI SUGLI EDIFICI ESISTENTI


3 INTERVENTI SUGLI EDIFICI ESISTENTI

Adeguamento obbligatorio in caso di (8.4.3):

a) Sopraelevazione (sono esclusi i casi in cui si realizzano cordoli sommitali)

b) Ampliamento mediante opere strutturalmente connesse alla costruzione

c) Variazioni di destinazione d’uso che comportino incrementi dei carichi

globali verticali in fondazione superiori al 10% (valutati secondo la

combinazione caratteristica rara impiegata per gli SLE reversibili (eq. 2.5.2

del § 2.5.3, includendo i soli carichi gravitazionali (resta comunque fermo l’obbligo di procedere alla verifica locale delle singole parti e/o elementi della struttura, anche se interessano

porzioni limitate della costruzione).

d) Trasformazione mediante un insieme sistematico di opere che porti ad un

organismo edilizio diverso dal precedente; nel caso degli edifici, effettuare

interventi strutturali che trasformano il sistema strutturale mediante l’impiego

di nuovi elementi verticali portanti su cui grava almeno il 50% dei carichi

gravitazionali complessivi riferiti ai singoli piani

e) Modifiche di classe d’uso che conducano a costruzioni di classe III ad uso

scolastico o di classe IV.


4

N.B.

• Per i beni di interesse culturale ricadenti in zone dichiarate a rischio sismico, è in

ogni caso possibile limitarsi ad interventi di miglioramento effettuando la relativa

valutazione della sicurezza (ai sensi del comma 4 dell’art. 29 del D.L. 22 gennaio 2004, n. 42

“Codice dei beni culturali e del paesaggio)

• Per le costruzioni di valenza storico-artistica, anche se non vincolate, è

disponibile anche la “Direttiva del Presidente del Consiglio dei Ministri, 09.02.2011,

Linee Guida per la valutazione e riduzione del rischio sismico del patrimonio

culturale

• Adeguamento e miglioramento devono essere sottoposti a collaudo statico


IL PROGETTO D’INTERVENTO (8.7.5 NTC-2018)


Il progetto dell’intervento di adeguamento o miglioramento sismico deve

comprendere (per tutte le tipologie costruttive)

• Verifica della struttura prima dell’intervento con identificazione di

carenze

livello di azione sismica relativo allo SLU (e SLE se richiesto)

• Scelta motivata del tipo di intervento

• Scelta delle tecniche e/o dei materiali

• Dimensionamento preliminare dei rinforzi e degli eventuali elementi strutturali

aggiuntivi

• Analisi strutturale con le caratteristiche della struttura post-intervento

• Verifica della struttura post-intervento con

determinazione del livello di azione sismica per la quale viene raggiunto lo

SLU (e SLE se richiesto)

STRATEGIE DI INTERVENTI PER IL MIGLIORAMENTO E

L’ADEGUAMENTO SISMICO DELLE STRUTTURE ESISTENTI


DISACCOPPIAMENTO TRA IL MOTO DELLA STRUTTURA E

QUELLO DEL TERRENO: Isolamento Sismico

INCREMENTO DELLA RESISTENZA E DELLA RIGIDEZZA

STRUTTURALI

AUMENTO DELLE CAPACITÀ DISSIPATIVE DELLA STRUTTURA

MIGLIORAMENTO DEL COMPORTAMENTO SISMICO E

TERMOACUSTICO DELLE TAMPONATURE


QUELLO DEL TERRENO: ISOLAMENTO SISMICO


Interfaccia d’isolamento

superficie di separazione sulla quale è attivo il

sistema d’isolamento

Sottostruttura

parte della struttura sotto il sistema

d’isolamento (incluse le fondazioni);

Sovrastruttura

parte della struttura isolata, ossia posta al di

sopra dell’interfaccia d’isolamento

REQUISITI GENERALI




Tempio Diana, Efeso

Tempio di

Heraion,

Samo

Una delle sette meraviglie del mondo antico

realizzato nel VI secolo a.C., è fondata su un sottile

strato paludoso dal quale era separato tramite uno

strato di argilla mista a carbone e cenere (Plinio il

Vecchio nella sua Naturalis Historia, I secolo d.C.)

Fondato su un sottile e continuo strato di ghiaia a sua volta

poggiante su uno di sabbia di spessore maggiore. Tecnica attribuita

a Theodoros di Samo (VI secolo a.C.)




Mura di Troia

Tempio Dorico, Paestum

Poggiano su un compatto “cushion of earth”, come

definito dallo scopritore Blegen, che separa la

fondazione dal suolo rigido

Ha uno strato di sabbia tra le fondazioni e il suolo rigido




Giunto asismico (Stevenson, 1868)

Il primo moderno sistema di isolamento: sfere in nicchie per proteggere il sistema di

illuminazione in Giappone

Carpani B., Base isolation from a historical perspective, 16WCEE




Touaillon (1870)

• Primo brevetto per un sistema di

isolamento

• Rulli in apposite nicchie sferiche tra

sovrastruttura e fondazione

• Ritorno alla posizione iniziale garantito

dalla geometria ellittica del sistema di

alloggiamento

I PRIMI BREVETTI

Calantarientes (1909)

• strato di talco

• spostamenti grandi ma accelerazioni molto

ridotte

• dispositivi che consentivano grandi

spostamenti delle condotte (gas)

• dispositivi per assicurarne la rigidezza per

azioni sismiche modeste e vento




LE PRIME APPLICAZIONI: Isolatori elastomerici

SCUOLA PESTALOZZI (SKOPJE, 1965) - Johann Heinrich Pestalozzi




LE PRIME APPLICAZIONI

SCUOLA PESTALOZZI (SKOPJE, 1965) - Johann Heinrich Pestalozzi

LDRB originario




ISOLATORI MODERNI: HDRB

• Elevata rigidezza in direzione

verticale

• Maggiori capacità di ricentraggio

della struttura in seguito a un

sisma

• Minore rigidezza che permette di

avere un periodo proprio della

struttura isolata maggiore




IMPIANTI A RISCHIO DI INCIDENTE RILEVANTE : Impianti nucleari

• adozione di sistemi di protezione sismica di massima sicurezza e affidabilità

• possibilità di utilizzare lo stesso progetto per siti a diversa sismicità

Electricite-de-France, 1978: inizio costruzione a Cruas primo impianto nucleare con

isolamento sismico (PWR, potenza tot. = 3600 Mwe, in funzione nel 1984): ag=0.3g

• Progetto standard di altri impianti realizzati in precedenza con ag=0.2g

PRIMA APPLICAZIONE (anni ‘70) DI ISOLATORI MODERNI HDRB


QUELLO DEL TERRENO: ISOLAMENTO SISMICO (7.10 NTC-2018)


Spettro di risposta elastico = massima accelerazione Se nella struttura in funzione del suo

periodo fondamentale di vibrazione T

• Aumentare notevolmente il periodo

proprio, riducendo così l’accelerazione

spettrale e quindi le forze sismiche

(aumentando la flessibilità tramite

l’inserimento di isolatori sismici fra le

fondazioni e la sovrastruttura);

• Limitare la massima forza orizzontale

trasmessa;

• Eventuale aumento dello smorzamento

mediante l’inserimento di elementi

dissipatori di energia

• Una appropriata combinazione delle

suddette azioni




Disaccoppiamento tra moto della struttura e del terreno

È possibile progettare in campo elastico ►Zero Earthquake Damage Buildings

Riduzione azioni

sismiche Se,is/Se,bf < 0.20

Aumento

spostamento

alla base SDe > 0.20 m

Se (accelerazione) SDe (spostamento)

T Tbf Tis

Spettro di risposta elastico = massima accelerazione Se nella struttura in funzione del suo

periodo fondamentale di vibrazione T

Tbf = 0 ÷ 1 sec Tis ≥ 2 sec

Acc. al

suolo




A Z I O N E S I S M I C A

DcDi

AcAi

SiSc

Fc1

Fc2Fi2

Fi1

EdificioConvenzionale

Edificio conIsolamento alla base

Fc2 >> Fc1

Ac >> AiFc >> FiDc >> DiSc >> Si Fi2 Fi1




I dispositivi di isolamento ed eventualmente di dissipazione espletano

una o più delle seguenti funzioni:

• Sostegno dei carichi verticali (elevata rigidezza in direzione verticale e

bassa rigidezza o resistenza in direzione orizzontale, grandi

spostamenti);

• dissipazione di energia con meccanismi isteretici o viscosi;

• Ricentraggio del sistema;

• Vincolo laterale con adeguata rigidezza, sotto i carichi non sismici

La sovrastruttura e la sottostruttura devono rimanere in campo

sostanzialmente elastico. Pertanto la struttura può essere progettata, per quanto riguarda i particolari costruttivi, con

riferimento a costruzioni caratterizzate da agS ≤ 0,075g, allo SLV, con deroga al punto

7.4.6 «Dettagli costruttivi per le strutture a comportamento dissipativo» e 7.9.6 «Dettagli

costruttivi per elementi di calcestruzzo armato»

REQUISITI GENERALI (7.10.2 NTC – 2018)




• L’abbattimento delle forze d’inerzia, e quindi delle sollecitazioni, prodotte

dal sisma sulla struttura, tale da evitare il danneggiamento degli elementi

strutturali (travi, pilastri, etc.) anche sotto terremoti violenti;

• Una drastica riduzione degli spostamenti d’interpiano, tale da ridurre

notevolmente o eliminare del tutto il danno agli elementi non strutturali

(tamponature, tramezzi, etc.) e garantire la piena funzionalità

dell’edificio, anche a seguito di un terremoto violento;

• Un’elevata protezione del contenuto strutturale;

• Una percezione molto minore delle scosse sismiche da parte degli

occupanti.

• Tutto ciò sta a significare una notevole riduzione o addirittura un totale

azzeramento dei costi di riparazione dell’edificio a seguito di un evento

sismico, anche di elevata intensità.

I VANTAGGI PRINCIPALI




CONDITIO SINE QUA NON

Terreno non molto soffice: non deve amplificare componenti con TTis

La sovrastruttura deve avere rigidezza tale da non amplificare le azioni trasmesse

attraverso il sistema di isolamento: Tbf




CONDITIO SINE QUA NON

In alternativa si possono utilizzare sistemi di dissipazione dell’energia

Giunti laterali realizzabili: per consentire gli spostamenti dovuti al sistema di

isolamento e rispettare la compatibilità con strutture adiacenti




IMPIANTI

7.10.6.1 - Le eventuali connessioni, strutturali e non, particolarmente quelle

degli impianti, fra la struttura isolata e il terreno o le parti di strutture non

isolate, devono assorbire gli spostamenti relativi corrispondenti allo SLD

senza subire alcun danno o limitazione d’uso

7.10.6.2.2 - In tutte le costruzioni, le connessioni del gas e di altri impianti

pericolosi che attraversano i giunti di separazione devono essere progettate

per consentire gli spostamenti relativi della sovrastruttura isolata, con lo

stesso livello di sicurezza adottato per il progetto del sistema d’isolamento

7.10.6.2.1 - Nelle costruzioni di classe d’uso IV, le eventuali connessioni,

strutturali e non strutturali, particolarmente quelle degli impianti, fra la

struttura isolata e il terreno o le parti di strutture non isolate devono assorbire

gli spostamenti relativi previsti dal calcolo senza danni


CONTROVENTI NON DISSIPATIVI


STRUTTURALI : SISTEMI DI RINFORZO METALLICI

ICOMET Costruzioni Metalliche S.r.l.

https://www.google.it/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&ved=2ahUKEwjkgNjkmNPZAhXC2aQKHeEFBYUQjRx6BAgAEAY&url=https://www.ingenio-web.it/3880-analisi-dellefficacia-di-controventi-sismici-realizzati-con-funi-in-acciaio&psig=AOvVaw2fJroGH9ff2fbIDYA3yPs7&ust=1520270951010601


CONTROVENTI DISSIPATIVI




PARETI A TAGLIO DISSIPATIVE E NON DISSIPATIVE (Acciaio o alluminio)



s = 0.7 ÷ 1,5 mm


STRUTTURALI : TECNOLOGIE AVANZATE PER IL C.A.





CONFRONTO NUMERICO-SPERIMENTALESPERIMENTALE

Modulo 2 – Controventi a stabilità impedita (BRB)

Modulo 4 – Controventi eccentrici (EB)

Modulo 3 – Rinforzo con fibre di carbonio (C-FRP)

Modulo 5 – Controventi con leghe a memoria di forma (SMA)

Modulo 1 – Isolamento alla base

Modulo 6– Pareti a taglio metallici (alluminio e acciaio)



CONFRONTO


31

LE TAMPONATURE NELLA PROGETTAZIONE ANTISMICA

Sotto l’effetto dei carichi sismici, le tamponature possono inoltre interagire

negativamente con i telai, danneggiando gli elementi resistenti verticali, o

subire fenomeni di ribaltamento e quindi caduta




32


Oltre ad essere posizionate in modo tale da rispettare le caratteristiche di

regolarità in pianta e in altezza delle costruzioni, le tamponature devono

essere verificate per l’azione sismica, corrispondente a ciascuno degli stati

limite considerati, calcolata come:

𝐹𝑎 =𝑆𝑎𝑊𝑎

𝑞𝑎

𝑆𝑎 = 𝛼 ∙ 𝑆 ∙3 ∙ 1 + 𝑍/𝐻

1 + 1 −𝑇𝑎𝑇1

2 − 0,5

Peso dell’elemento

Fattore di struttura

Accelerazione massima

Al fine di contenere le lesioni negli elementi non strutturali che possono

rendere l’edificio temporaneamente inagibile, la Norma pone inoltre dei limiti

per gli spostamenti di interpiano della struttura allo stato limite di danno.

dr < 0,005 h dr ≤ drp ≤ 0,01 h




33


Le Circolare 617/2009 al punto C7.3.6.3 precisa infine che

La prestazione consistente nell’evitare collassi fragili e prematuri e la

possibile espulsione sotto l’azione della Fa delle tamponature si può

ritenere conseguita con l’inserimento di leggere reti da intonaco sui

due lati della muratura, collegate tra loro e alle strutture circostanti a

distanza non superiore a 500mm sia in direzione orizzontale sia in

direzione verticale, ovvero con l’inserimento di elementi di armatura

orizzontale nei letti di malta, a distanza non superiore a 500mm.




34

1) Realizzazione di una tamponatura antisismica

2) Realizzazione di una tamponatura termoisolante

Richieste prestazionali attuali

Sistema integrato




35

IL FUSTO DELLA CANAPA E I SUOI IMPIEGNI

Il fusto della canapa è costituito da una parte legnosa

interna (canapulo) e da una parte fibrosa esterna

(tiglio).



TERMOACUSTICO DELLE TAMPONATURE: Soluzione integrata

36

L’IMPIEGO DEL CANAPULO

Il canapulo miscelato alla calce consente di ottenere un materiale biocomposito

con applicazioni differenti in edilizia in base alla tipologia dei componenti e alla

loro proporzione.

- MATTONI, BLOCCHI, PANNELLI

- CAPPOTTI ISOLANTI

- MASSETTI

- ecc

Proprietà:

- Isolamento termico/acustico

- Salubrità degli ambienti

- Sequestro di carbonio

- Resistenza al fuoco




37

L’IMPIEGO DELLE FIBRE

La parte fibrosa esterna ha la

caratteristica di possedere

notevole resistenza a trazione

In epoca medioevale i Veneziani

utilizzavano la fibra di canapa

per realizzare corde e vele

destinate alla marineria velica

mentre, nei secoli successivi, le

corde in canapa erano

largamente impiegate per

sollevare pesi.

L'innalzamento dell'obelisco Vaticano in

un'incisione settecentesca




38

UNA SOLUZIONE PER CONIUGARE EFFICIENZA E SICUREZZA

Le corde:

- Sono arrangiate su due piani cordati che insieme costituiscono il sistema base;

- Si oppongono al ribaltamento fuori piano della parete di tamponatura;

Il sistema base può essere combinato con uno o più pannelli cui è demandata la funzione termoisolante.

Il sistema brevettato da ENEA integra in un kit componibile le funzioni antisismica e termoisolante,

delegandole ad elementi diversi (corde e pannelli) entrambi originati dal fusto della canapa.




39





40


Il sistema sfrutta la resistenza a trazione delle corde il cui elevato valore,

storicamente riconosciuto, è stato confermato svolgendo delle indagini

sperimentali presso i Laboratori ENEA di Faenza

• Lunghezza campione 220mm

• Diametro complessivo 3mm

(composto da tre fili avvolti)

Curva forza-spostamento

Rottura primo filo

Rottura secondo filo

Rottura terzo filo

• Modulo di Young E = 2213 MPa

• Forza di trazione a rottura Fu = 540 N

• Deformazione ultima eu = 0,035




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Al sistema base è delegata la funzione antisismica di contenimento della tamponatura

mentre il trasferimento dell’azione ribaltante dalla parete alla parte strutturale è garantito da

connessioni meccaniche con montaggio a secco





QUELLO DEL TERRENO


ISOLAMENTO SISMICO




TIPOLOGIE DI ISOLATORI ELASTOMERICI

Esistono sostanzialmente tre tipi di isolatori elastomerici attualmente in

commercio, classificabili in relazione alle caratteristiche dissipative

dell’elastomero e all’eventuale presenza di inserti:

• 1. in gomma armata a basso smorzamento:

o Comportamento meccanico sostanzialmente elastico ;

o Rapporto di smorzamento molto basso, dell’ordine del 2 – 4%;

o Semplici da realizzare e da modellare, il loro comportamento meccanico risulta

sostanzialmente indipendente dalla frequenza di oscillazione, poco sensibile alla

temperatura.

o Richiedono, generalmente, opportuni dispositivi ausiliari, per incrementarne la

capacità dissipativa sotto sisma ed evitare movimenti eccessivi della struttura per

effetto delle azioni orizzontali di esercizio

• 2. in gomma armata ad elevato smorzamento;

• 3. in gomma armata con nucleo in piombo o altro materiale dissipativo.




ISOLATORI ELASTOMERICI ARMATI AD ELEVATO SMORZAMENTO (HDRB)

• Rigidezza = Fmax / dmax varia col ciclo di carico

• Energia dissipata area ciclo, varia col ciclo di

carico

• Coefficiente di smorzamento viscoso equivalente ξ

(Wd=energia dissipata in un ciclo completo di carico)

• Carico verticale massimo V in presenza di azioni

sismiche in corrispondenza di dE

Convenzionalmente si definiscono:

• Rigidezza equivalente Ke (riferito a d = dE)

F (kN)

d (mm)

Curve Forza – Spost.




ISOLATORI ELASTOMERICI ARMATI (HDRB): Componenti e dimensioni

(Area elastomero)

(Area singola piastra)

(Area laterale libera del

singolo elastomero)

(Spessore totale elastomeri)




ISOLATORI ELASTOMERICI ARMATI (HDRB): Comportamento e verifiche




Mura di Troia

ISOLATORI ELASTOMERICI ARMATI (HDRB): Comportamento e verifiche




ISOLATORI ELASTOMERICI GOMMA-PIMBO

Uno o più nuclei in piombo

▼

Smorzamento viscoso equiv. fino a

25-30%

Vantaggio:

Ridotti valori di spostamento

Svantaggi:

• Processo di produzione più

difficoltoso

• Minore capacità di ricentraggio




Mura di Troia

TIPOLOGIE DI ISOLATORI A SCORRIMENTO

• Gli isolatori a scorrimento possono essere monodirezionali e

multidirezionali, consentendo spostamenti in una sola direzione e in tutte

le direzioni del piano orizzontale

• Gli isolatori unidirezionali hanno trovato applicazione nell’isolamento

sismico dei ponti, essendo questi caratterizzati da un comportamento

totalmente diverso nelle due direzioni e necessitando, generalmente, di un

sistema di isolamento efficace nella sola direzione longitudinale;

• Negli edifici si usano gli isolatori multidirezionali per ottenere un

comportamento isotropo nel piano orizzontale

• Questi ultimi sono costituiti da due o più dischi di diverso diametro che

scorrono l’uno sull’altro, le cui superfici sono realizzate con materiali

particolari che sviluppano una bassa resistenza d’attrito al contatto. Le

superfici di scorrimento possono essere piane o curve




ISOLATORI A SCORRIMENTO CON SUPERFICI PIANE (SD)

• Appoggi acciaio-PTFE (politetrafluoroetilene) con bassi valori delle resistenze

per attrito

• = 6 ÷ 12% ► si riduce a 1 ÷ 2% mediante lubrificazione

• Coefficiente di attrito dinamico è funzione di:

oPressione di contatto (lineare)

oVelocità di scorrimento

o Temperatura

oUsura

• Carico portato è indipendente dallo spostamento

• Non hanno capacità ricentrante ► sono necessari:

o dispositivi ausiliari

o isolatori elastomerici

la sua valutazione è molto

incerta e viene trascurato, si

assume =0, ossia

spostamenti orizzontali liberi




ISOLATORI A SCORRIMENTO CON SUPERFICI CURVE (CSS)

Incorpora senza ausilio di altri elementi:

• Funzione ricentrante: data dalla superficie curva

• Funzione dissipativa: superficie non lubrificata, attrito non ridotto

Deriva dal Friction Pendulum System (FPS), sviluppato in USA, utilizzando elementi a

scorrimento rivestiti da speciale tessuto




ISOLATORI A SCORRIMENTO CON SUPERFICI CURVE (CSS): SINGOLO




ISOLATORI A SCORRIMENTO CON SUPERFICI CURVE (CSS): DOPPIO

Con la stessa azione laterale si può

avere uno spostamento maggiore. Le

superfici potrebbero avere coefficiente di

attrito diverso




ISOLATORI A SCORRIMENTO CON SUPERFICI CURVE (CSS): TRIPLO

E’ caratterizzato da due superfici concave esterne in acciaio, al cui interno è frapposto

un elemento articolato composto da due ulteriori superfici concave di minori dimensioni

(superfici 2 e 3), separate da un corpo cilindrico con sezioni terminali a curvatura

opposta.

Il vantaggio essenziale è quello di

sviluppare le proprie caratteristiche

isteretiche in modo tale da

controllare la risposta a diversi

“range” di eccitazione a cui può

essere sottoposto, permettendo agli

ingegneri di scegliere differenti

combinazioni di rigidezza e

smorzamento a differenti livelli di

eccitazione e raggiungere obiettivi

multipli di risposta che non

sarebbero stati possibili in passato.




ISOLATORI A SCORRIMENTO CON SUPERFICI CURVE (CSS): Rigidezza, Periodo,

Smorzamento

Eq. pendolo in movimento: equilibrio tra Forza d’inerzia e Forza di richiamo del peso:

x R

R

2R

Tg

k g

m R Pulsazione

Periodo

Indipendenti

dalla massa

mg

kR

Rigidezza:

Gli isolatori con superfici di scorrimento curve consentono di realizzare sistemi di

isolamento il cui periodo di oscillazione è indipendente dalla massa del manufatto



56


( 𝜇𝑑𝑖𝑛




ISOLATORI A SCORRIMENTO CON SUPERFICI CURVE (CSS): Modello lineare

equivalente

• L’attrito non deve essere eccessivo, altrimenti il sistema potrebbe non ricentrarsi ► 20%

• Attrito statico > attrito dinamico ► garantisce una rigidezza nei confronti dei carichi

statici e sismi di piccola entità

• Smorzamento funzione di: attrito dinamico e raggio R (e quindi del periodo T)

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

-6 -4 -2 0 2 4 6

F

d

F0

Fmax

Fmin

KeK

-F0




MODELLAZIONE Coerentemente con i requisiti generali:

Sovrastruttura e Sottostruttura

• modellate come sistemi a comportamento

elastico lineare

Sistema di isolamento

• può essere modellato, in relazione alle sue

caratteristiche meccaniche, con:

comportamento visco-elastico lineare

o

legame costitutivo non lineare

• deformabilità verticale degli isolatori: messa

in conto se Kv / Kesi < 800

Kv = rigidezza verticale sistema isol.

Kesi = rigidezza equiv. orizzontale

sistema di isolamento




MOVIMENTI INDESIDERATI E RICENTRAGGIO

Minimizzare le differenze di comportamento degli isolatori

• tensioni di compressione per quanto possibile uniformi

Evitare o limitare azioni di trazione negli isolatori

• Carico verticale V ≥ 0

a tal fine si può agire sugli interassi della maglia strutturale

• Se dall’analisi V




ISPEZIONABILITA’ E RIGIDEZZA

Alloggiamento dispositivi e collegamento alla struttura:

assicurarne l’accesso rendere i dispositivi stessi ispezionabili e sostituibili

Strutture piano di posa isolatori e piano su cui appoggia la sovrastruttura:

devono avere un comportamento rigido nel piano suddetto:

• Diaframma rigido, sia sopra che sotto il sistema di isolamento

• Limitazione dello spostamento orizzontale degli elementi verticali in

condizioni sismiche: < 1/20dello spostamento relativo del SI




PROTEZIONE DAL FUOCO

Strutture piano di posa isolatori e piano su cui appoggia la sovrastruttura:

devono avere un comportamento rigido nel piano suddetto:

diaframma rigido, sia sopra che sotto il sistema di isolamento

elementi verticali il cui spostamento orizzontale in condizioni

sismiche < 1/20 dello spostamento relativo del SI

In alternativa, occorre prevedere dispositivi che, in caso di distruzione

degli isolatori, siano idonei a trasferire il carico verticale alla sottostruttura

San Francisco Emergency Management Center

(M=8.3)

Ove necessario, gli isolatori dovranno essere protetti da possibili effetti

derivanti da attacchi del fuoco, chimici o biologici




GIUNTI




IMPIANTI




COLLAUDO IN CORSO D’OPERA

Controllo di:

• Posa in opera dei dispositivi, nel rispetto di:

posizione orizzontale

tolleranze

modalità di posa prescritte dal progetto

• Giunti

completa separazione tra sovrastruttura e sottostruttura e tra sovrastruttura e

altre strutture adiacenti, con il rigoroso rispetto delle distanze di separazione

(gap) previste in progetto,

corretta installazione delle protezioni dei giunti strutturali

• Elementi di interfaccia flessibili per le tubazioni (gas e acqua)

Eventuale esecuzione di:

• prove per la caratterizzazione dinamica del sistema di isolamento atte a

verificare, nei riguardi di azioni di tipo sismico, che le caratteristiche della

costruzione corrispondano a quelle attese




MONITORAGGIO

Input al bedrock

• almeno una terna accelerometrica in profondità in prossimità dell’edificio

Input in superficie

• almeno una terna accelerometrica in superficie in prossimità dell’edificio

Input in fondazione

• almeno una terna accelerometrica sull’estradosso della fondazione

Risposta della struttura

• almeno 4 accelerometri al primo impalcato

• 4 in sommità (se gli impalcati sono infinitamente rigidi)

• eventuali altri accelerometri ai piani intermedi

Comportamento degli isolatori

• sensori di spostamento relativo nelle due direzioni per un significativo numero di

dispositivi di isolamento

Monitoraggio delle parti non strutturali

• al fine di verificare l'assenza di amplificazioni locali


ISOLAMENTO SISMICO:

ALCUNE APPLICAZIONI




INSERIMENTO IN EDIFICI ESISTENTI: EDIFICI IN C.A.

Per inserire il sistema di isolamento sismico negli edifici in cemento

armato, ci sono principalmente due tipi di intervento:

T1) Tagliare ed una porzione delle colonne (e delle pareti, se presenti) e

successivamente inserire gli isolatori; la soluzione migliore, quando

possibile, è inserire i dispositivi nella parte superiore delle colonne

del piano più basso (il piano sotterraneo, se presente);

T2) Inserire i dispositivi tra le fondazioni esistenti e le nuove sotto-

fondazioni, che devono essere costruite appositamente; a volte,

essendo la fondazione esistente non affidabile, dovrebbero essere

costruiti ex-novo entrambi i livelli




T1) Adeguamento sismico: Centro Polifinzionale Rione Traiano, Soccavo, Napoli





Il Centro Multifunzionale di Rione Traiano a Napoli è tra le prime applicazioni della

tecnica T1.

• Era stato costruito prima del terremoto Campano-Lucano del 1980, quando l'area

non era classificata come sismica, ma era rimasto incompleto.

• Ha una forma abbastanza asimmetrica.




Intervento di adeguamento alla classificazione sismica vigente (completamento nel

2005)

Lavorazioni:

• Realizzazione di una struttura in acciaio al di sopra delle fondazioni e

dell’interfaccia d’isolamento

by ALGA




Costo intervento = 80 € / m2.

• Taglio della porzione di pilastro con filo diamantato per inserimento isolatori

• Posa in opera di 630 HDRB nei pilastri e nelle pareti esterne

by ALGA



T1) Edifici di via Tigli a Pianola (AQ)

by ALGA

• Edificio composto da 3 blocchi separati, ultimati appena prima del terremoto

dell’Aquila del 2009

• Avevano subito danni alle parti non strutturali



T1) Edifici di via Tigli a Pianola (AQ): Caratterizzazione dinamica

by ALGA

Sismometri Sistema di

acquisizione



T1) Edifici di via Tigli a Pianola (AQ): Posizionamento dispositivi

by ALGA

• I 3 blocchi sono stati collegati al

primo piano e gli isolatori sono stati

inseriti in testa ai pilastri del piano

• Unica piattaforma di base con 26

HDRB (Ke=744 N/mm) e 55 SD

• T= 2.96 s, d2=300 mm, V=1000 kN




by ALGA

By FIP Industriale




Le ispezioni condotte in seguito alle sequenze sismiche Agosto-Ottobre 2016

nel Centro Italia hanno dimostrato che il complesso edilizio ha avuto un

comportamento ottimale




COMPORTAMENTO IN CASO DI SISMA

Terremoto Lu-Shan Cina, (MW = 7.0) DEL 20 Aprile 2013 PGA = 0.4-0.6 g

Ospedale della contea (7 piani oltre il piano terra e le fondazioni):

2 edifici con fondazioni convenzionali;

1 edificio isolato alla base




COMPORTAMENTO IN CASO DI SISMA

Lushan earthquake (Mw = 7.0), 2013, China

I 2 edifici non isolati: inutilizzabili L’edifici isolato: perfettamente funzionante




T2)EDIFICI DI VIA LATINI A FABRIANO (danni da sisma MARCHE-UMBRIA 1997/98)

La prima applicazione in Europa occidentale

Progetto: G. Mancinelli




• Fondazioni esistenti: plinti su due pali

• Nuove fondazioni: plinti sotto quelli esistenti;

• Dispositivi di isolamento: inseriti tra il nuovo e il vecchio plinto;

• Posa in opera degli isolatori

• Taglio dei pali nella fascia di alloggiamento degli isolatori

T2)EDIFICI DI VIA LATINI A FABRIANO (danni da sisma MARCHE-UMBRIA 1997-98)




Fondazioni esistenti: plinti su 2 pali Plinti esistenti rinforzati e nuovi plinti

Messa in opera dell’isolatore (con martinetti

piatti a perdere iniettati con resina epossidica) Taglio dei pali e separazione delle due parti

T2)EDIFICI DI VIA LATINI A FABRIANO (danni da sisma MARCHE-UMBRIA 1997-98)

L’edificio è stato soggetto alla sequenza sismica 2016-2017 nell'Italia centrale e non ha

subito alcun danno, contrariamente ad altri edifici convenzionali




EDIFICI IN MURATURA ED EDIFICI STORICI

Essendo progettate senza tener conto del sisma sono:

• Vulnerabili anche nei confronti di eventi di bassa intensità;

• Sono spesso caratterizzate da:

Irregolarità sia in pianta che in elevazione

Carenze di collegamento tra I paramenti murari

Solai deformabili

Fondazioni superficiali

La riabilitazione strutturale di edifici storici è molto delicata in quanto:

E’ richiesto un elevato livello di sicurezza per la presenza di turisti;

Devono essere preservate le caratteristiche oridinali del monumento

per conservarne l’identità ed il valore storico





Le tecniche tradizionali non sempre sono adeguate in quanto:

• Sono basate su interventi che garantiscano l’incremento di resistenza e

duttilità;

• Spesso sono irreversibili;

• Utilizzano materiali differenti e spesso incompatibili con quelli originali;

• Determinano la modifica della concezione strutturale originale;

• In caso di eventi sismici di elevata intensità possono al più evitare il

collasso, ma no riescono ad evitare gravi danni alle parti strutturali e

non





L'uso dell'isolamento alla base negli edifici in muratura è concettualmente scorretto:

le pareti in muratura trasferiscono carichi alle fondazioni lungo tutte le superfici di

contatto, mentre gli isolatori concentrano i carichi solo in alcuni punti, la cui scelta è

una questione fondamentale

Ogni parete in muratura tra due

aperture dovrebbe trasferire una

forza verticale, una forza

orizzontale e un momento flettente

alla fondazione

Quindi, almeno due supporti

dovrebbero essere posizionati

sotto ogni parete, alle sue

estremità





Osservazioni:

• È necessario realizzare un adeguato elemento orizzontale (trave) al di sopra del

sistema di isolamento per trasferire le forze di taglio dalle sovrastrutture agli

isolatori;

• Questa implementazione potrebbe essere molto costosa, poiché richiede un

numero elevato di dispositivi e non è adatta per pareti strette;

• Inoltre, a causa dell'elevato numero di dispositivi, i carichi verticali sui dispositivi

potrebbero essere molto bassi, quindi in caso di azioni sismiche potrebbero

essere soggetti a trazione

La soluzione migliore consiste nel realizzare una struttura molto rigida sotto le pareti

in muratura del primo livello, in grado di assorbire le azioni locali dalla sovrastruttura

e trasferirle a un numero limitato di dispositivi





Dovrebbero essere posizionati

principalmente negli incroci

murari e se le distanze sono

troppo lunghe, devono esserne

inseriti altri aggiuntivi

Questa soluzione sembra

essere più appropriata per una

diffusa applicazione dello

isolamento alla base negli edifici

in muratura.

In pratica la struttura rigida sotto il primo livello dovrebbe essere costituita da

fondazioni in c.a.





Requisiti richiesti:

• Ispezionabilità per controllo e sostituzione dei dispositivi

• Elementi strutturali tra gli isolatori e il piano di appoggio (sottostruttura) devono

essere sufficientemente rigidi rispetto ai dispositivi stessi

• Posizione degli isolatori scelta in base alle condizioni più opportune




EDIFICIO STORICO IN MURATURA: Edificio scolastico a Vanadzor (Armenia)

Edificio in muratura su 4 livelli

Isolatori sismici del tipo “Medium Damping Rubber Bearing” (MDNB), 2002

(progetto M. Melkumyian)




EDIFICIO STORICO IN MURATURA: Edificio scolastico a Vanadzor (Armenia)

(progetto M. Melkumyian)




EDIFICI STORICI: City Hall diSan Francisco

Distrutto dal terremoto del 1906

Ricostruito nel 1912

Danneggiato dal sisma di Loma Prieta del 1989

Intervento di retrofit del 2000: 530 LRB, 62 SD




• All’epoca della costruzione, 1914, era l’edificio più alto della

costa occidentale;

• Gravemente danneggiato dal terremoto di Loma Prieta del

1989

• Isolamento sismico: 111 dispositivi in gomma armata di cui 36

con nucleo in piombo + pareti a taglio in c.a.

• Completato nel 1995

EDIFICI STORICI: City Hall di Oakland

L’inserimento dei dispositivi avvenne

mediante il taglio delle colonne al primo

piano, sostenute temporaneamente da

martinetti idraulici.




City Hall in Pasadena

• Completato nel 1927 e dichiarato

edificio storico Nazionale nel 1980

• Dal 2004 al 2007 ha subito una

ristrutturazione completa,

l’adeguamento sismico ed energetico;

• Isolamento sismico: Isolatori a

pendolo ad attrito infondazione +

pareti a taglio in c.a.

City e County Building della contea di

alt Lake City

• Completato nel 1894

• Isolamento sismico: 443 elastomeri con

inserti in piombo;

• Installati sulle fondazioni esistenti

• Intervento eseguito nel 1989

EDIFICI STORICI




Inserimento dei dispositivi:

• Nelle pareti del piano terra

• Al di sotto delle fondazioni

Vantaggi:

• Richiede lavori tradizionali

• Non è onerosa economicamente

IS ESISTENTI: INSERIMENTO IN FONDAZIONE

Svantaggi:

• Modifiche in fondazione

• Non è reversibile

• Non sempre applicabile in edifici

storici




STRUTTURA ISOLAMENTO SISMICO EDIFICI ESISTENTI: Brevetto ENEA-POLITO

P. Clemente (ENEA), A. De Stefano, G. Barla (POLITO)

Gap

Parete

interna

Isolatori

Inseriti previa rimozione degli

elementi di connessione

Terreno

Settore cilindrico inferiore

Tubi in c.a. inseriti a con tecnica

spingitubo o microtunnelling (D ≥ 2 m)

Settore cilindrico

superiore

Parete

esterna

Connessione rigida

tra l’edificio e il

sistema di isolamento




BREVETTO INT. ENEA-POLITO: INSERIMENTO DEI TUBI

Scavo trincea

Inserimento tubi mediante spingitubo o micro-tunnelling

(diametro tubi ≥ 2 m per consentire l’ispezione)




BREVETTO INT. ENEA-POLITO: I TUBI

• Forma particolare

• Composti da:

settori circolari inferiori

settori circolari

elementi removibili che li

connettono

Elementi rossi: sostituiti

dagli isolatori

Elementi grigi:

da rimuovere




BREVETTO INT. ENEA-POLITO: INSERIMENTO IDOLATORI

Rimozione elementi rossi

Connessione tubi adiacenti con elementi in c.a. o acciaio

Posizionamento dei sispositivi di isolamento

Rimozione elementi grigi




BREVETTO INT. ENEA-POLITO: PARETI

Pareti verticali

Irrigidimento terreno o connessioni rigide tra

edificio e sistema di isolamento




STRUTTURA ISOLAMENTO SISMICO EDIFICI ESISTENTI: Brevetto ENEA-POLITO

Applicazioni

• Edifici di interesse storico artistico

• Centri storici: aggregati edilizi complessi

• Impianti chimici e nucleari (edifici con tubazioni e altro)

•




CASO STUDIO: PALAZZO MARGHERITA (PM)

Caratterizzazione dinamica

Miglioramento sismico convenzionale per

sopportare almeno 0.05g

Isolamento sismico

Attenzione a: Vibrazioni indotte e cedimenti

del suolo





Piattaforma isolante al di sotto delle fondazioni

Edificio non modificato anche nei piani interrati

Tunnel utilizzabili per passaggio pedonale o parcheggio

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Titolo della presentazione - luogo - data (piè pagina - vedi istruzioni per visualizzazione in

tutta la presentazione)
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Interventi sugli edifici esistenti€¦ · Pertanto la struttura può essere progettata, per quanto...

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