Prof.Ing.MariaAntoniettaAiello - CIRI Edilizia e costruzioni · Il fattore di struttura e il ruolo...
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Tecniche innovative di intervento sulle costruzioni in cemento armato e muratura Prof.Ing.MariaAntoniettaAiello
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Tecniche innovative di intervento
sulle costruzioni in cemento armato e
muratura
Prof. Ing. Maria Antonietta Aiello
La riduzione del costo dei Terremoti
• Corretta valutazione del rischio sismico;
• Politiche di salvaguardia delle costruzioni;
• Aggiornamento normativo al passo con la ricerca;
• Miglioramento della specializzazione dei tecnici addetti;
• Informazione capillare sulla popolazione;
• Miglioramento della gestione dell’emergenza;
• Ottimizzazione della distribuzione dei fondi pubblici per la
ricostruzione;
• NUOVE EFFICACI TECNOLOGIE PER LA PROTEZIONE SISMICA
DELLE NUOVE COSTRUZIONI E DI QUELLE ESISTENTI DA
PREDILIGERE IN PRESENZA DI VANTAGGI SIA ECONOMICI SIA IN
TERMINI DI SICUREZZA ATTESA.
Strategie per la mitigazione
Le strategie di mitigazione degli effetti del sisma su una
costruzione possono coinvolgere la Domanda , la Capacità
o entrambe.
Azione sismicaLo spettro di progetto è la rappresentazione sintetica e quantitativadell’azione sismica.L’azione sismica dipende da alcune caratteristiche fisich e dellacostruzione che sono essenzialmente il periodo fondamentale divibrazione e la capacità di dissipazione di energia.
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
T [s]
Sa/
g
0.25
ζ=5%
ζ=2%
ζ=10%
0
0.1
0.2
0.3
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0.5
0.6
0.7
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
T [s]
Sa/
g
Spettro di progetto elastico
Spettro di progetto inelastico
Spettro di progetto
Il fattore di struttura e il ruolo della duttilità strutturale .
L’importanza dei particolari esecutivi .
Equivalenza duttilità - danneggiamento .
Le strutture tradizionali sopravvivono ai terremoti soltanto in funzione del danneggiamento che sono in grado di so pportare.
Stima della capacità
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
T [s]
Sa/
g
Spettro di progetto
Struttura vulnerabile al terremoto di progetto
Struttura sovraresistente al terremoto di progetto
CAPACITA' ���� DOMANDA
Tipologie di Intervento
• Aumento di Resistenza/Duttilità della Struttura
Originaria
• Aggiunta di nuovi elementi Resistenti (setti in c.a.,
controventi in acciaio, trasformazione di elementi non
strutturali in elementi strutturali)
• Saldatura o ampliamento di giunti, eliminazioni di
elementi particolarmente vulnerabili, eliminazione di
piani soffici.
• Riduzione della massa (sostituzione di componenti
strutturali pesanti, eliminazione o sostituzione di
componenti non strutturali/impianti, cambio
destinazione d’uso
• Protezione passiva (Isolamento Sismico, Dissipatori)
Perché i metodi tradizionali non sempre sono
efficienti?
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
T [s]
Sa/g
0.26
TnaTa < Tna
0.15
Aumento di rigidezza significadiminuzione di periodo e questa può significare aumento dell’azione sismica .
Soltanto quando si perviene sul tratto costante dello spettro, l’ulteriore aumento di rigidezza può portare al conseguimento di prestazioni adeguate.
Perché i metodi tradizionali non sempre sono
efficienti?
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0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
T [s]
Sa/g
0.26
TnaTa < Tna
0.15
Τna aΤ
La soppressione di massa comporta unariduzione significativa della forza sismica .Tuttavia la riduzione non risulta proporzionale allamassa soppressa.
Incremento di Resistenza/Duttilità della
Struttura Esistente Mediante Nuove
TecnologieImpiego di Materiali Compositi Fibrorinforzati
Green Composites
NSMR
FRM
Rinforzo a Flessione
1750 1750
150 363 150363300
Rinforzo a flessione di travi, solai, ecc, in presenza di armature insufficienti.
(∆M/M)%=22%
Rinforzo a Taglio
Avvogimentocompleto
U-Wrap Rinforzo laterale
Rinforzo a taglio: armature insufficienti , aumento di duttilità.
Rinforzo dei Nodi- Confinamento
lbl = 250 m m
lbt = 450 m m
Il rinforzo del nodo è particolarmenterilevante per scongiurare comportamentifragili.
Il confinamento garantisce un aumento diresistenza a compressione e di duttilità
Strutture in Muratura
Contrastano l’azione di ribaltamentodi pareti fuori dal piano AZIONE DI RITEGNO
Assorbono delle spinte anomale AZIONE DI CONTENIMENTO
Conferiscono all’edificio un comportamento scatolare AZIONE DI COLLEGAMENTO
Catene in Composito Fibrorinforzato
1° strato di retein basalto/vetro
barra φ 8 mmin aramide
a doppio fiocco
2° strato di retein basalto/vetro
Muraturaesistente
Strutture in Muratura
Ammorsamenti fra muri ortogonali
Ammorsamenti fra paramenti
Rinforzo a Taglio di Pannelli in Muratura
Strutture in Muratura
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
0 5 10 15 20 25 30 35 40
abbassamento [mm]
caric
o no
rmal
izza
to
pilastro nonrinforzatobarre
nastri
nastri e barre
AeffAeff
Curve carico-spostamento
0
50
100
150
200
250
0 10 20 30 40 50 60
spostamento (mm)
caric
o (
kN)
Colonna non rinforzata
Colonna rinforzata con FRC
Confinamento di Colonne in Muratura
Modifica dell’Organismo
Strutturale
Correzione di irregolarità planimetriche
Modifica dell’Organismo
StrutturaleEliminazione di eventuali elementi e/o piani deboli
Modifica dell’Organismo
Strutturale
Elementi Strutturali Aggiuntivi: Setti in c.a.
77
77
77 95
95
100
100
93
93 97
9793
7395
97
Modifica dell’Organismo
Strutturale
Elementi Strutturali Aggiuntivi:Controventi in Acciaio
STRATEGIE EFFICACI NON TRADIZIONALI
Isolamento : intervenire per ridurre l’input sismico edunque la domanda per la struttura.
Dissipazione : intervenire facendo in modo dimassimizzare la dissipazione in modo controllato eminimizzando il danneggiamento della struttura.
La strategia combinataISOLAMENTO + DISSIPAZIONE VISCOSAPermette di ottenere i migliori risultati
METODI INNOVATIVI - DISSIPATORIUna efficace tecnologia emersa nel campo dell’ingeg neria sismica soprattutto negli ultimi dieci anni.
Struttura primaria disposta in parallelo alla strutturaausiliaria, con il compito di fronteggiare le azioni sismich e.
I dissipatori lasciano immutata l'energia cinetica trasfe ritadal sisma al complesso Struttura Primaria più Dissipatori.Tuttavia la maggior parte di essa viene assorbita daiDissipatori, con conseguente riduzione di sollecitazioni espostamenti nella Struttura Primaria e, quindi, consignificativa riduzione dell'entrata in campo plastico.
Input sismico = E c + Ed + Eel
METODI INNOVATIVI - DISSIPATORI
= +
Global structure Primary structure Damper system
= +
Global structure Primary structure Damper system
CONTROLLO DEL DANNEGGIAMENTO
Il danneggiamento avviene soltanto nellastruttura ausiliaria.
La struttura primaria rimane fondamentalmentein campo elastico, e quindi agibile, anche perterremoti di progetto di elevata intensità.
I dispositivi danneggiati possono esserefacilmente sostituiti dopo il terremoto .
Il concetto è applicabile sia alle nuove, sia allevecchie costruzioni.
SISTEMA TRADIZIONALE Beam
Column
Plastic hinge
∆e = Elastic deformation ofbeams and columns. Theinter-storey deformation anglemay be larger than 1/200. Elastic deformation is itselftoo large.
∆p = Plastic deformation ofcaused by yield hinges
∆ = ∆e + ∆p
Total deformation of the structure :
Beam
Column
Plastic hinge
Beam
Column
Plastic hinge
∆e = Elastic deformation ofbeams and columns. Theinter-storey deformation anglemay be larger than 1/200. Elastic deformation is itselftoo large.
∆p = Plastic deformation ofcaused by yield hinges
∆e = Elastic deformation ofbeams and columns. Theinter-storey deformation anglemay be larger than 1/200. Elastic deformation is itselftoo large.
∆p = Plastic deformation ofcaused by yield hinges
∆ = ∆e + ∆p
Total deformation of the structure :
SISTEMA DISSIPATIVO
∆ = ∆f = ∆d
Total deformation of the structure :
Beam
Column Damper ∆ = ∆f = ∆d
Total deformation of the structure :
Beam
Column Damper
∆f = Elastic deformation ofbeams and columns. Thisstructural system could deform elastically until theinterstory deformation anglebecomes 1/100.
∆d = Elastic and plastic deformationof dampers
∆f = Elastic deformation ofbeams and columns. Thisstructural system could deform elastically until theinterstory deformation anglebecomes 1/100.
∆d = Elastic and plastic deformationof dampers
SISTEMI PER IL CONTROLLO DEL
DANNEGGIAMENTO (DISSIPATORI)Esempio di dissipatore a comportamento elasto-plastico
I dissipatori elasto - plasticisfruttano la plasticizzazione dimateriali metallici (acciaio,piombo) per dissipare energia incicli di isteresi
SISTEMI PER IL CONTROLLO DEL
DANNEGGIAMENTO (DISSIPATORI)
Esempio applicativo (Edificio scolastico a Potenza)
SISTEMI PER IL CONTROLLO DEL
DANNEGGIAMENTO (DISSIPATORI)Dissipatori ad instabilità impedita(restrained buckling)
In questo tipo di dissipatori è consentita un’ampia escursione in campo plastico anche deldiagonale compresso senza che lo stesso si instabilizzi, mediante l’utilizzo di elementi esternirigidi
SISTEMI PER IL CONTROLLO DEL
DANNEGGIAMENTO (DISSIPATORI)
Dissipatore a comportamento visco-elastico
I dissipatori visco - elastici sfruttano ilcomportamento visco-elastico di alcunimateriali (materie plastiche, oli minerali,silicone) per dissipare energia con uncomportamento di tipo viscoso
I dissipatori ad attrito dissipano energiasfruttando i fenomeni di attrito che nasconotra superfici metalliche, opportunamentetrattate, in scorrimento relativo tra loro
SISTEMI PER IL CONTROLLO DEL
DANNEGGIAMENTO (DISSIPATORI)
ISOLAMENTO SISMICOLa strategia è quella di ridurre l’input sismico sulla costruzione
Input sismico = E c + Ed + Eel
Con l'inserimento degli Isolatori si consegue un sostanziale disaccoppiamento tra il moto della sottostruttura (strettamente legato al moto del terreno) ed il moto della sovrastruttura, così da ridurre la trasmissione alla sovrastruttura della energia cinetica che il sisma trasferisce alla sottostruttura.
ISOLATORI SISMICI•isolatori in materiale elastomerico ed acciaio
• isolatori elasto-plastici,• isolatori a scorrimento o a rotolamento.
L’isolamento alla base tende a fare incrementare il periodo di oscillazione. Per contenere l'entità degli spostamenti subiti dalla sovrastruttura isolata, è sempre necessario garantirela presenza di un significativo smorzamento .Nel caso degli isolatori in materiale elastomerico ed acciaioe degli isolatori elasto - plastici, il comportamento isteretico del materiale elastomerico o dell'acciaioplasticizzato è spesso sufficiente ad assicurare l'esistenza dello smorzamento detto; nel caso degliisolatori a scorrimento o a rotolamento, è necessario disporre, in parallelo agli isolatori, opportunidissipatori di energia.
ISOLATORI SISMICI
Foligno
Nuova Scuola San Giuliano di Puglia
CONCLUSIONI
Le Nuove tecnologie possono mitigare sensibilmente lavulnerabilità del costruito, secondo una concezionetradizionale.
In questi casi l’obiettivo è quello di conferire duttilitàall’organismo strutturale, ripristinando una gerarchia d elleresistenze adeguata.
CONCLUSIONI
La combinazione delle moderne strategie di mitigazion e della vulnerabilità sismica mediante sistemi isolat ori e a dissipazione controllata permettono di ottenere stru tture antisismiche «intelligenti».
Tecniche innovative di intervento
sulle costruzioni in cemento armato e
muratura
Prof. Ing. Maria Antonietta Aiello
