Tesi Specialistica - Alessio Coppi

Universit degli studi di Roma

La Sapienza

Facolt di Ingegneria

Corso di Laurea Specialistica in Ingegneria Civile

Indirizzo Strutture

Tesi di Laurea:

Analisi non lineare

per lo studio delle prestazioni

di una struttura ospedaliera soggetta a sisma

Relatore: Laureando:

Prof. Ing. F. Bontempi Alessio Coppi

Correlatore: Matricola:

Ing. F. Petrini 799139

ANNO ACCADEMICO 2010 - 2011

Universit degli Studi di Roma La Sapienza Facolt di Ingegneria Civile

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INTRODUZIONE 1

INTRODUZIONE

Tra gli edifici pubblici, gli ospedali rivestono un ruolo strategico in caso di calamit, in

quanto sono chiamati a svolgere unimportantissima funzione di soccorso alla popolazione,

garantendo lefficace continuazione delle prime operazioni di pronto intervento sanitario

avviate sul campo.

Allospedale, sede tra le pi esposte e sensibili in quanto affollata da migliaia di persone

aventi capacit reattive diversissime, viene quindi richiesto non solo di resistere senza danni

eccessivi alla forza durto del sisma, ma anche di continuare a offrire sufficienti livelli di

assistenza sanitaria. Ci significa che si deve porre una particolare attenzione non solo agli

elementi portanti, ma anche a quelli non strutturali e impiantistici, oltre che alla

distribuzione delle funzioni e ai flussi. In Italia, per quello che risulta da unindagine

effettuata sulla base di dati del Ministero della Salute, molti Comuni sono stati classificati

sismici dopo la costruzione o lampliamento degli ospedali, che non sono quindi stati

realizzati secondo delle specifiche norme sismiche.

Il tema di particolare attualit grazie a disposizioni legislative (Ordinanza del Presidente

del Consiglio dei Ministri n3274/2003 ) che, per la prima volta nel nostro paese, hanno

imposto agli enti proprietari la verifica di sicurezza sismica di tutte le opere di interesse

strategico ai fini della protezione civile, tra le quali si annoverano anche le strutture

ospedaliere. Le passate esperienze di eventi sismici intensi hanno mostrato una elevata

vulnerabilit delle strutture ospedaliere. Ci certamente dovuto a fattori intrinseci,

come la complessit delle funzioni ospitate, lelevato tasso di occupazione, ed

allimpreparazione allevento; pur tuttavia, linadeguatezza di molti edifici ospedalieri

stata la principale causa della scadente prestazione risultata. Il rischio sismico di una

struttura funzione delleffetto combinato della pericolosit del sito dove lopera sorge e

della vulnerabilit al terremoto dellopera stessa. La pericolosit di sito oggi disponibile ad

un accurato livello di precisione per tutto il territorio nazionale. La vulnerabilit

delledificio deve essere invece valutata caso per caso.

Le disposizioni normative vigenti (Norme Tecniche per le Costruzioni, Decreto Ministeriale

14/1/2008) necessitano di integrazioni in pi ambiti al fine di eseguire la valutazione di

sicurezza di strutture ospedaliere. Gli aspetti di maggior rilievo riguardano la definizione

degli obiettivi di sicurezza, che non sono comuni a quelli propri dei normali edifici, e la

valutazione della risposta e le tecniche di adeguamento dei componenti non strutturali

(arredi, impianti, attrezzature mediche, etc. ), essenziali al mantenimento delle funzioni

operative dellospedale anche a seguito di un evento sismico.

Sorge quindi la necessit di uno studio approfondito della struttura capace di descrivere il

comportamento non lineare, le prestazioni ai vari stati limite e i possibili meccanismi di

collasso. Lo strumento pi completo ed affidabile costituito dallanalisi dinamica non

lineare (Time History Analysis), che valuta la risposta tramite lintegrazione al passo delle

equazioni del moto. Questo metodo presenta, per, dei forti limiti di utilizzo legati alla

necessit di una modellazione agli elementi finiti piuttosto complessa e di una potenza di

calcolo tali da confinarne attualmente luso al solo ambito della ricerca. Daltro canto

lanalisi lineare, pur essendo caratterizzata da una complessit notevolmente inferiore sia in

termini di basi teoriche che di impegno di calcolo, risulta inadeguata e troppo carente nella

previsione della risposta sismica delle strutture, specie di quelle in cui gli effetti della non

linearit hanno un ruolo determinante.


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INTRODUZIONE 2

Unalternativa attraente luso di procedure di analisi statiche non lineari (analisi di

pushover) che, pur conservando la notevole semplicit duso e di interpretazione dei risultati

tipica delle analisi statiche lineari, consentono stime pi realistiche ed affidabili della

risposta strutturale anche in campo non lineare. Lanalisi di pushover risolve, tramite una

procedura iterativa incrementale, le equazioni di equilibrio statico corrispondenti ad un

modello strutturale non lineare, soggetto ad un sistema di forze laterali di forma costante

che riproduce gli effetti di un sisma, la cui intensit viene gradualmente e monotonicamente

aumentata fino al raggiungimento delle condizioni ultime.

Il lavoro svolto in questa tesi si basato su unanalisi statica non-lineare di una struttura in

acciaio non regolare in altezza adibita ad uso ospedaliero dove:

1. le non linearit geometriche sono state considerate tramite gli effetti P-; 2. le non linearit di materiale sono state considerate mediante lintroduzione di

cerniere plastiche definite secondo la FEMA 356 (Federal Emergency Management

Agency-356):

a. cerniere assiali per i controventi; b. cerniere flessionali per le travi; c. cerniere presso-flessionali per le colonne.

3. sono stati svolti tre casi di analisi diversi con e senza effetti P-: a. CASO 1: analisi con distribuzione di forze uniforme da intendersi come

derivata da una distribuzione uniforme di accelerazioni lungo laltezza della

costruzione;

b. CASO 2: analisi con distribuzione di forze corrispondente ad una distribuzione di accelerazioni proporzionale alla forma del modo di vibrare

fondamentale;

c. CASO 3: MPA (Modal Pushover Analysis, Chopra A.K. e Goel R.K. [2001]) la quale consiste essenzialmente nelleseguire tante analisi statiche non lineari

quanti sono i modi di vibrare significativi, ognuna con una distribuzione di

forze orizzontali proporzionale alla deformata del modo considerato e

successivamente si determina la risposta globale combinando i singoli effetti

ottenuti da ciascuna analisi.

Sono risultati molto utili, per la modellazione e lanalisi dellospedale con il software di

calcolo agli elementi finiti SAP2000, una serie di esempi raccolti nelle due appendici

perch hanno permesso di comprendere meglio gli aspetti legati alla modellazione delle

cerniere plastiche e al metodo di analisi statica non lineare.


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INDICE i

INDICE

INTRODUZIONE .................................................................................................................. 1

1 - RISCHIO SISMICO E APPROCCIO PRESTAZIONALE ......................................... 3

1.1 - RISCHIO SISMICO ........................................................................................................ 3

1.2 - VULNERABILITA SISMICA ....................................................................................... 4

1.2.1 - Metodi per la valutazione della vulnerabilit ............................................................ 4

1.3 - DOMANDA SISMICA ................................................................................................... 5

1.4 - LIVELLI DI PRESTAZIONE ......................................................................................... 7

1.4.1 - Livelli di prestazione secondo FEMA 356................................................................ 7

1.4.1.1 - Struttura .............................................................................................................. 8

1.4.1.2 - Componenti non strutturali ................................................................................ 9

1.4.1.3 - Combinazione delle prestazioni ....................................................................... 10

1.4.2 - Livelli di prestazione secondo DM 2008 ................................................................ 12

1.4.3 - Livello prestazionale per gli ospedali ..................................................................... 13

1.5 - BIBLIOGRAFIA ........................................................................................................... 14

2 - STRUTTURA OSPEDALIERA .................................................................................... 15

2.1 - ANALISI DEL SISTEMA OSPEDALIERO ................................................................ 15

2.2 - RISPOSTA DEL SISTEMA OSPEDALIERO AD UN EVENTO SISMICO ............. 17

2.3 - ADEGUAMENTO ........................................................................................................ 19

2.3.1 - Strategia di adeguamento ........................................................................................ 19

2.3.2 - Processo di adeguamento ........................................................................................ 19

2.3.3 Confronto tra strategie alternative di adeguamento................................................ 20

2.3.4 - Scelta tra strategie alternative di adeguamento ....................................................... 21

2.4 - VULNERABILITA DELLA STRUTTURA OSPEDALIERA ................................... 22

2.4.1 - Cause di vulnerabilit in ospedale ........................................................................... 22

2.4.2 - Valutazione della vulnerabilit strutturale .............................................................. 23

2.4.3 - Valutazione della vulnerabilit non strutturale ....................................................... 25

2.4.3.1 - Elementi non strutturali .................................................................................... 25

2.4.3.2 - Valutazione della vulnerabilit non strutturale ............................................... 27

2.4.3.3 - Rapida visuale delle referenze selezionate ....................................................... 29

2.4.3.4 - Riduzione della vulnerabilit non strutturale ................................................. 34

2.5 BIBLIOGRAFIA ........................................................................................................... 41


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INDICE ii

3 - COMPORTAMENTO NON LINEARE DEI TELAI IN ACCIAIO ......................... 42

3.1 INTRODUZIONE ......................................................................................................... 42

3.2 - LE NON LINEARIT GEOMETRICHE ..................................................................... 43

3.2.1 - Leffetto P ........................................................................................................... 44

3.2.2 - Leffetto P ........................................................................................................... 45

3.2.3 - P- ed effetti dei grandi spostamenti nel SAP 2000 ............................................... 46

3.2.3.1 - P- vs. True Large Displacements ................................................................... 46

3.2.4 - Effetto P- nel SAP 2000 ........................................................................................ 48

3.2.4.1 - Necessit di considerare gli effetti P- ............................................................. 50

3.2.5 - Effetto sulla resistenza della colonna ...................................................................... 50

3.2.6 - Opzioni del SAP 2000 ............................................................................................. 50

3.2.6.1 - Effetti P- .......................................................................................................... 50

3.2.6.2 - Effetti P del secondo ordine ........................................................................ 50

3.3 - LE NON LINEARIT DI MATERIALE ..................................................................... 52

3.3.1 - Modellazione a plasticit concentrata ..................................................................... 52

3.3.2 - Il concetto di cerniera plastica ................................................................................. 53

3.3.2.1 - La definizione di momento limite ultimo .......................................................... 54

3.3.3 Cerniere plastiche secondo FEMA 356 applicate nel SAP 2000 ........................... 58

3.3.3.1 - Controvento: cerniera assiale con legame rigido plastico incrudente

asimmetrico secondo FEMA 356 .................................................................................... 58

3.3.3.1.1 - Definizione del legame della cerniera ........................................................... 58

3.3.3.2 - Trave: cerniera flessionale con legame rigido plastico incrudente secondo

FEMA356 ........................................................................................................................ 63


3.3.3.3 - Colonna: cerniera presso/tenso-flessionale con legame rigido plastico

incrudente secondo FEMA 356 ....................................................................................... 68

3.3.3.3.1 - Dominio di interazione .................................................................................. 68


3.4 - PROCEDURE DI SOLUZIONE DI PROBLEMI NON LINEARI .............................. 77

3.5 BIBLIOGRAFIA ........................................................................................................... 80

4 - ANALISI NON LINEARE STATICA .......................................................................... 81

4.1 - INTRODUZIONE .......................................................................................................... 81

4.2 - SISTEMI SDOF ............................................................................................................. 82

4.3 - SISTEMI MDOF ........................................................................................................... 83

4.4 - CURVA DI CAPACITA .............................................................................................. 84


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INDICE iii

4.4.1 - Individuazione degli stati limite sulla curva di capacit ......................................... 86

4.5 - ANALISI NON LINEARE STATICA SECONDO LA NORMATIVA ITALIANA .. 87

4.5.1 - Lanalisi non lineare statica secondo NTC 2008 .................................................... 87

4.5.2 - Risposta alle diverse componenti dellazione sismica ed alla variabilit spaziale

del moto .............................................................................................................................. 88

4.5.3 - Analisi non lineare statica secondo la bozza esplicativa del 07/03/2008 ............... 88

4.6 - ANALISI DI PUSHOVER CON DISTRIBUZIONE DI FORZE LATERALI

CONVENZIONALI ............................................................................................................... 90

4.6.1 - Analisi di Pushover con distribuzione di forze uniforme ....................................... 91

4.6.2 - Analisi di Pushover con distribuzione di forze proporzionale al modo

fondamentale di vibrare ...................................................................................................... 92


MULTIMODALE .................................................................................................................. 93

4.7.1 - Analisi Modale Pushover (MPA) ............................................................................ 94

4.7.1.1 - Determinazione della domanda sismica totale ................................................ 96

4.7.1.2 - Rapporto FEMA-440 sul metodo MPA ............................................................ 97

4.8 - ANALISI DI PUSHOVER DELLA STRUTTURA SPAZIALE ................................. 98

4.9 - ANALISI DI PUSHOVER NEL SAP 2000 .................................................................. 99

4.9.1 - In/Output step nel SAP 2000 ................................................................................... 99

4.9.1.1 - Salvataggio di pi steps .................................................................................... 99

4.9.1.2 - Minimo e massimo numero di steps salvati ...................................................... 99

4.9.1.3 - Salva solo gli incrementi positivi ................................................................... 101

4.9.1.4 - Influenza della scelta degli steps sullaspetto numerico ................................ 101

4.9.1.5 - Massimo numero di iterazioni per step .......................................................... 104

4.9.1.6 - Tolleranza di convergenza delliterazione ..................................................... 104

4.9.1.7 - Controllo delliterazione event to event ..................................................... 104

4.9.2 - Metodo di scarico della cerniera plastica nel SAP 2000 ....................................... 104

4.9.2.1 - Scarico dellintera struttura ........................................................................... 105

4.9.2.2 - Applicare la ridistribuzione locale ................................................................. 105

4.9.2.3 Ripartire usando la rigidezza secante ........................................................... 106

4.10 BIBLIOGRAFIA ....................................................................................................... 107

5 - DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA .................................................................... 108

5.1 - DESCRIZIONE DELLOPERA .................................................................................. 108

5.1.1 - Collocamento geografico ...................................................................................... 108

5.1.2 - Caratterizzazione Architettonica ........................................................................... 108


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INDICE iv

5.1.3 - Caratterizzazione Strutturale ................................................................................. 109

5.1.3.1 Solaio ............................................................................................................. 110

5.1.3.2 Colonne .......................................................................................................... 111

5.1.3.3 Controventi .................................................................................................... 111

5.1.3.4 - Vano Scala e Ascensore .................................................................................. 112

5.1.3.5 Fondazioni ..................................................................................................... 113

5.1.4 Materiali ................................................................................................................ 113

5.1.4.1 - Acciaio da carpenteria metallica ................................................................... 113

5.1.4.2 - Acciaio per bulloni e connessioni................................................................... 114

5.1.4.3 - Acciai speciali................................................................................................. 114

5.1.4.4 - Acciaio per cemento armato ........................................................................... 114

5.1.4.5 - Acciaio per cemento armato precompresso ................................................... 115

5.1.4.6 Calcestruzzo ................................................................................................... 115

5.1.4.7 - Prodotti per uso strutturale ............................................................................ 116

5.2 AZIONI ....................................................................................................................... 116

5.2.1 - Carichi verticali ..................................................................................................... 116

5.2.1.1 - Carichi permanenti strutturali e non strutturali ............................................ 117

5.2.1.2 - Carico Antropico ............................................................................................ 118

5.2.2 Azione sismica ...................................................................................................... 118

5.2.2.1 Combinazione delle azioni ............................................................................. 120

5.3 - SCELTE PROGETTUALI .......................................................................................... 121

5.3.1 - Scelte progettuali globali ....................................................................................... 121

5.3.2 - Scelte progettuali locali ......................................................................................... 121

5.4 - MODELLAZIONE DEGLI ELEMENTI STRUTTURALI........................................ 125

5.4.1 - Modellazione del solaio ........................................................................................ 125

5.4.2 - Modellazione delle travi ........................................................................................ 127

5.4.3 - Modellazione delle colonne .................................................................................. 130

5.4.4 - Posizionamento e modellazione dei controventi ................................................... 130

5.5 - MODELLAZIONE DELLA STRUTTURA ............................................................... 131

5.5.1 - Modellazione delle cerniere plastiche ................................................................... 132

5.5.1.1 - Cerniere plastiche assiali ............................................................................... 132

5.5.1.1.1 - Cerniere plastiche assiali nel piano XZ (lato lungo) .................................. 133

5.5.1.1.2 - Cerniere plastiche assiali nel piano YZ (lato corto) ................................... 137

5.5.1.2 - Cerniere plastiche flessionali ......................................................................... 143

5.5.1.3 - Cerniere plastiche presso-flessionali ............................................................. 144


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INDICE v

5.6 BIBLIOGRAFIA ......................................................................................................... 147

6 - ANALISI NON LINEARE STATICA DELLOSPEDALE ..................................... 148

6.1 IMPOSTAZIONE DEI SCENARI DI CARICO ........................................................ 148

6.2 - ANALISI PUSHOVER E RELATIVE DISTRIBUZIONI DI FORZE ...................... 150

6.2.1 - CASO 1: Distribuzione proporzionale alle masse ................................................ 161

6.2.1.1 - Stima della domanda allo SLC ....................................................................... 161

6.2.1.1.1 - Distribuzione nella direzione X ................................................................... 161

6.2.1.1.2 - Distribuzione nella direzione Y ................................................................... 166

6.2.1.2 - Stima della domanda allo SLV ....................................................................... 170



6.2.1.3 - Stima della domanda allo SLD ....................................................................... 176



6.2.1.4 - Stima della domanda allo SLO ....................................................................... 181



6.2.2 - CASO 2: con distribuzione proporzionale al prodotto delle masse per la deformata

modo di vibrare principale ................................................................................................ 185













6.2.3 - CASO 3: con distribuzione proporzionale al prodotto delle masse per la deformata

dei modi di vibrare principali (MPA) ............................................................................... 193




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INDICE vi











6.2.4 - CASO 1 e CASO 2 con effetti P- ....................................................................... 201













6.2.5 - CASO 3 con effetti P- ......................................................................................... 209













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INDICE vii


6.3 - CONFRONTI E COMMENTI DEI RISULTATI OTTENUTI .................................. 216

6.3.1 - Linfluenza della distribuzione di forze adottata sulla curva di capacit e quindi sul

performance point ai relativi stati limite .......................................................................... 217

6.3.2 - Studio dellevoluzione in campo non-lineare della struttura ................................ 221

6.3.3 - Curve di capacit per il CASO 1 e il CASO 2 con e senza effetti P- ................. 224

6.3.4 - Limportanza dei modi superiori in termini di spostamenti e drifts di piano ....... 226

6.3.5 - Valutazione della risposta attraverso linviluppo dei risultati ottenuti da due analisi

.......................................................................................................................................... 228

APPENDICE A - CERNIERE PLASTICHE E CURVA DI CAPACITA .................. 232

A.1 - LEGAMI CERNIERA PLASTICA ASSIALE .......................................................... 232

A.1.1 Materiale .............................................................................................................. 232

A.1.2 Cerniera plastica assiale ....................................................................................... 233

A.1.3 - Caso di analisi: PUSHOVER ............................................................................... 234

A.1.4 - MODELLO 1: legame rigido plastico simmetrico ............................................... 236

A.1.4.1 - Definizione del legame della cerniera ........................................................... 236

A.1.4.2 - Risultati dellanalisi: CURVA DI CAPACITA ............................................. 238

A.1.5 - MODELLO 2: legame rigido plastico asimmetrico ............................................. 239



A.1.6 - MODELLO 3: legame rigido plastico asimmetrico ( secondo EC3) ................. 244

A.1.6.1 - Calcolo del coefficiente funzione della snellezza dell'asta secondo EC3 ... 244



A.1.7 - MODELLO 4: legame rigido plastico incrudente asimmetrico ........................... 249



A.1.8 - MODELLO 5: legame secondo FEMA 356 ........................................................ 254



A.2 - LUNGHEZZA E POSIZIONE DELLA CERNIERA PLASTICA ASSIALE .......... 261

A.2.1 Materiale .............................................................................................................. 261

A.2.2 - Cerniera plastica assiale ....................................................................................... 261

A.2.3 Modello trave tesa ................................................................................................ 262

A.2.3.1 - Caso con unica cerniera assiale al centro (x=0,5L) con R.L.=1 .................. 262


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INDICE viii

A.2.3.2 - Caso con doppia cerniera assiale a x=0L E x=1L con R.L.=0,5 .................. 265

A.2.3.3 - Caso con doppia cerniera assiale a x=0,25L E x=0,75L con R.L.=0,5 ........ 268

A.2.3.4 - Confronto tra i 3 modelli ............................................................................... 271

A.2.3.5 Conclusioni .................................................................................................... 272

A.3 - MODELLO TRAVE ................................................................................................... 273

A.3.1 Materiale .............................................................................................................. 273

A.3.2 Cerniera plastica assiale ....................................................................................... 273


A.3.4 - Modello trave tesa ................................................................................................ 275

A.3.4.1 - Risultati dellanalisi ....................................................................................... 275

A.3.4.2 - Modelli trave tesa a confronto ....................................................................... 276

A.3.4.3 - Curva di capacit ........................................................................................... 278

A.4 - MODELLO TELAIO CONTROVENTATO 2D ....................................................... 281

A.4.1 Materiale .............................................................................................................. 281

A.4.2 Cerniera plastica assiale nei controventi ............................................................. 282


A.4.4 - Risultati dellanalisi .............................................................................................. 284

A.4.5 - Modelli a confronto .............................................................................................. 286

A.4.5.1 - Curva di capacit ........................................................................................... 290

A.5 - BIBLIOGRAFIA ........................................................................................................ 293

APPENDICE B - METODO N2 (FAJFAR) .................................................................... 294

B.1 INTRODUZIONE ...................................................................................................... 294

B.2 - MODELLO 1 .............................................................................................................. 295

B.2.1 Materiale .............................................................................................................. 296

B.2.2 - Modello telaio con cerniere secondo FEMA 356 ................................................. 297

B.2.2.1 - Trave: cerniera flessionale secondo FEMA 356 ........................................... 297

B.2.2.1.1 - Definizione del legame della cerniera ........................................................ 297

B.2.2.2 - Colonna: cerniera presso -flessionale secondo FEMA 356 .......................... 304

B.2.2.2.1 - Dominio di interazione ................................................................................ 304

B.2.2.1.2 - Definizione del legame della cerniera ........................................................ 308

B.2.3 - Analisi PUSHOVER............................................................................................. 331

B.2.3.1 - CASO 1: Distribuzione proporzionale alle masse ......................................... 333

B.2.3.2 - CASO 2: Distribuzione proporzionale al prodotto delle masse per la

deformata del primo modo di vibrare ........................................................................... 338

B.3 - MODELLO 2 .............................................................................................................. 343


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INDICE ix

B.3.1 Materiale .............................................................................................................. 343






B.4 - MODELLO 3 .............................................................................................................. 358

B.4.1 Materiale .............................................................................................................. 358






B.5 - MODELLO 4 .............................................................................................................. 371

B.5.1 Materiale .............................................................................................................. 371






B.6 - BIBLIOGRAFIA ......................................................................................................... 384

CONCLUSIONI ................................................................................................................. 385

BIBLIOGRAFIA ................................................................................................................ 387


_________________________________________________________________________

INDICE x

INTRODUZIONE


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INDICE xi

1 - RISCHIO SISMICO E LIVELLI DI PRESTAZIONE

1.1 - RISCHIO SISMICO

1.2 - VULNERABILITA SISMICA

1.2.1 - Metodi per la valutazione della vulnerabilit

1.3 - DOMANDA SISMICA

1.4 - LIVELLI DI PRESTAZIONE

1.4.1 - Livelli di prestazione secondo FEMA 356

1.4.1.1 - Struttura

1.4.1.2 - Componenti non strutturali

1.4.1.3 - Combinazione delle prestazioni

1.4.2 - Livelli di prestazione secondo DM 2008

1.4.1 - Livello prestazionale per gli ospedali

1.5 - BIBLIOGRAFIA


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INDICE xii

2 STRUTTURA OSPEDALIERA

2.1 - ANALISI DELLA COMPONENTE FISICA

2.2 - RISPOSTA DEL SISTEMA OSPEDALIERO AD UN EVENTO SISMICO

2.3 ADEGUAMENTO

2.3.1 - Strategia di adeguamento

2.3.2 - Processo di adeguamento

2.3.3 Confronto tra strategie alternative di adeguamento

2.3.4 - Scelta tra strategie alternative di adeguamento

2.4 - VULNERABILITA IN OSPEDALE

2.4.1 - Cause di vulnerabilit in ospedale

2.4.2 - Valutazione della vulnerabilit strutturale

2.4.3 - Valutazione della vulnerabilit non strutturale

2.4.3.1 - Elementi non strutturali

2.4.3.2 - Valutazione della vulnerabilit non strutturale

2.4.3.3 - Rapida visuale delle referenze selezionate

2.4.3.3 - Riduzione della vulnerabilit non strutturale

2.5 BIBLIOGRAFIA


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INDICE xiii

3 - ASPETTI DEL COMPORTAMENTO NON LINEARE DEI TELAI IN ACCIAIO

3.1 INTRODUZIONE

3.2 - LE NON LINEARIT GEOMETRICHE

3.2.1 - Leffetto P

3.2.2 - Leffetto P

3.2.3 - P- ed effetti dei grandi spostamenti nel SAP 2000

3.2.3.1 - P- vs. True Large Displacements

3.2.4 - Effetto P-

3.2.4.1 - Necessit di considerare gli effetti P-

3.2.5 - Effetto sulla resistenza della colonna

3.2.6 - Opzioni del SAP 2000

3.2.6.1 - Effetti P-

3.2.6.2 - Effetti P del secondo ordine

3.3 - LE NON LINEARIT DI MATERIALE

3.3.1 - Modellazione a plasticit concentrata

3.3.2 - Il concetto di cerniera plastica

3.3.2.1 - La definizione di momento limite ultimo

3.3.3 Cerniere plastiche secondo FEMA 356 applicate nel SAP 2000

3.3.3.1 - Controvento: cerniera assiale con legame rigido plastico incrudente asimmetrico secondo FEMA 356

3.3.3.1.1 - Definizione del legame della cerniera

3.3.3.2 - Trave: cerniera flessionale con legame rigido plastico incrudente secondo FEMA356


3.3.3.3 - Colonna: cerniera presso/tenso-flessionale con legame rigido plastico incrudente secondo FEMA 356

3.3.3.3.1 - Dominio di interazione


_________________________________________________________________________

INDICE xiv


3.4 - PROCEDURE DI SOLUZIONE DI PROBLEMI NON LINEARI

3.5 BIBLIOGRAFIA

4 - ANALISI NON LINEARE STATICA

4.1 INTRODUZIONE

4.2 - SISTEMI SDOF

4.3 - SISTEMI MDOF

4.4 CURVA DI CAPACITA

4.4.1 - Individuazione degli stati limite sulla curva di capacit

4.5 - ANALISI NON LINEARE STATICA SECONDO LA NORMATIVA ITALIANA

4.5.1 - Lanalisi non lineare statica secondo NTC 2008

4.5.2 - Risposta alle diverse componenti dellazione sismica ed alla variabilit spaziale del moto

4.5.3 - Analisi non lineare statica secondo la bozza esplicativa del 07/03/2008


CONVENZIONALI

4.6.1 - Analisi di Pushover con distribuzione di forze uniforme

4.6.2 - Analisi di Pushover con distribuzione di forze proporzionale al modo

fondamentale di vibrare 4.7 - ANALISI DI PUSHOVER CON DISTRIBUZIONE DI FORZE LATERALI

MULTIMODALE

4.7.1 - Analisi Modale Pushover (MPA)

4.7.1.1 Determinazione della domanda sismica totale

4.7.1.2 Rapporto FEMA-440 sul metodo MPA 4.8 - ANALISI DI PUSHOVER DELLA STRUTTURA SPAZIALE


_________________________________________________________________________

INDICE xv

4.9 - ANALISI DI PUSHOVER NEL SAP 2000

4.9.1 - In/Output step nel SAP 2000

4.9.1.1 - Salvataggio di pi steps

4.9.1.2 - Minimo e massimo numero di steps salvati

4.9.1.3 - Salva solo gli incrementi positivi

4.9.1.4 - Influenza della scelta degli steps sullaspetto numerico

4.9.1.5 - Massimo numero di iterazioni per step

4.9.1.6 - Tolleranza di convergenza delliterazione

4.9.1.7 - Controllo delliterazione event to event 4.9.2 - Metodo di scarico della cerniera plastica nel SAP 2000

4.9.2.1 - Scarico dellintera struttura

4.9.2.2 - Applicare la ridistribuzione locale

4.9.2.3 Ripartire usando la rigidezza secante 4.10 BIBLIOGRAFIA

5 - DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA 5.1 - DESCRIZIONE DELLOPERA

5.1.1 - Collocamento geografico

5.1.2 - Caratterizzazione Architettonica

5.1.3 - Caratterizzazione Strutturale

5.1.3.1 Solaio

5.1.3.2 Colonne

5.1.3.3 Controventi

5.1.3.4 - Vano Scala e Ascensore

5.1.3.5 Fondazioni

5.1.4 Materiali

5.1.4.1 - Acciaio da carpenteria metallica

5.1.4.2 - Acciaio per bulloni e connessioni

5.1.4.3 - Acciai speciali

5.1.4.4 - Acciaio per cemento armato

5.1.4.5 - Acciaio per cemento armato precompresso

5.1.4.6 Calcestruzzo

5.1.4.7 - Prodotti per uso strutturale

5.2 AZIONI

5.2.1 - Carichi verticali

5.2.1.1 - Carichi permanenti strutturali e non strutturali

5.2.1.2 - Carico Antropico

5.2.2 Azione sismica

5.2.2.1 Combinazione delle azioni

5.3 - SCELTE PROGETTUALI


_________________________________________________________________________

INDICE xvi

5.3.1 - Scelte progettuali globali

5.3.2 - Scelte progettuali locali

5.4 - MODELLAZIONE DEGLI ELEMENTI STRUTTURALI

5.4.1 - Modellazione del solaio 5.4.2 - Modellazione delle travi

5.4.3 - Modellazione delle colonne

5.4.4 - Posizionamento e modellazione dei controventi 5.5 - MODELLAZIONE DELLA STRUTTURA

5.5.1 - Modellazione delle cerniere plastiche

5.5.1.1 - Cerniere plastiche assiali

5.5.1.1.1 - Cerniere plastiche assiali nel piano XZ (lato lungo)

5.5.1.1.2 - Cerniere plastiche assiali nel piano YZ (lato corto)

5.5.1.2 - Cerniere plastiche flessionali

5.5.1.3 - Cerniere plastiche presso-flessionali

5.6 BIBLIOGRAFIA


_________________________________________________________________________

INDICE xvii

6 - ANALISI NON LINEARE STATICA DELLOSPEDALE

6.1 IMPOSTAZIONE DEI SCENARI DI CARICO

6.2 - ANALISI PUSHOVER E RELATIVE DISTRIBUZIONI DI FORZE

6.2.1 - CASO 1: Distribuzione proporzionale alle masse

6.2.1.1 - Stima della domanda allo SLC

6.2.1.1.1 - Distribuzione nella direzione X

6.2.1.1.2 - Distribuzione nella direzione Y

6.2.1.2 - Stima della domanda allo SLV



6.2.1.3 - Stima della domanda allo SLD



6.2.1.4 - Stima della domanda allo SLO



6.2.2 - CASO 2: con distribuzione proporzionale al prodotto delle masse per la deformata modo di vibrare principale











_________________________________________________________________________

INDICE xviii




6.2.3 - CASO 3: con distribuzione proporzionale al prodotto delle masse per la deformata dei modi di vibrare principali (MPA)













6.2.4 - CASO 1 e CASO 2 con effetti P-












_________________________________________________________________________

INDICE xix



6.2.5 - CASO 3 con effetti P-













6.3 - CONFRONTI E COMMENTI DEI RISULTATI OTTENUTI

6.3.1 - Linfluenza della distribuzione di forze adottata sulla curva di capacit e quindi sul performance point ai relativi stati limite

6.3.2 - Studio dellevoluzione in campo non-lineare della struttura

6.3.3 - Curve di capacit per il CASO 1 e il CASO 2 con e senza effetti P-

6.3.4 - Limportanza dei modi superiori in termini di spostamenti e drifts di piano

6.3.5 - Valutazione della risposta attraverso linviluppo dei risultati ottenuti da due analisi


_________________________________________________________________________

INDICE xx

APPENDICE A: CERNIERE PLASTICHE E CURVA DI CAPACITA

A.1 - LEGAMI CERNIERA PLASTICA ASSIALE

A.1.1 Materiale

A.1.2 Cerniera plastica assiale

A.1.3 - Caso di analisi: PUSHOVER

A.1.4 - MODELLO 1: legame rigido plastico simmetrico

A.1.4.1 - Definizione del legame della cerniera

A.1.4.2 - Risultati dellanalisi: CURVA DI CAPACITA

A.1.5 - MODELLO 2: legame rigido plastico asimmetrico



A.1.6 - MODELLO 3: legame rigido plastico asimmetrico ( secondo EC3)

A.1.6.1 - Calcolo del coefficiente funzione della snellezza dell'asta secondo EC3



A.1.7 - MODELLO 4: legame rigido plastico incrudente asimmetrico secondo EC3



A.1.8 - MODELLO 5: legame rigido plastico incrudente asimmetrico secondo FEMA 356



A.2 - LUNGHEZZA E POSIZIONE DELLA CERNIERA PLASTICA ASSIALE

A.2.1 Materiale

A.2.2 - Cerniera plastica assiale

A.2.3 Modello trave tesa

A.2.3.1 - Caso con unica cerniera assiale al centro (x=0,5L) con R.L.=1


_________________________________________________________________________

INDICE xxi

A.2.3.2 - Caso con doppia cerniera assiale a x=0L E x=1L con R.L.=0,5

A.2.3.3 - Caso con doppia cerniera assiale a x=0,25L E x=0,75L con R.L.=0,5

A.2.3.4 - Confronto tra i 3 modelli

A.2.3.5 Conclusioni

A.3 - MODELLO TRAVE

A.3.1 Materiale

A.3.2 Cerniera plastica assiale


A.3.4 - Modello trave tesa

A.3.4.1 - Risultati dellanalisi

A.3.4.2 - Modelli trave tesa a confronto

A.3.4.3 - Curva di capacit

A.4 - MODELLO TELAIO CONTROVENTATO 2D

A.4.1 Materiale

A.4.2 Cerniera plastica assiale nei controventi


A.4.4 - Risultati dellanalisi

A.4.5 - Modelli a confronto

A.4.5.1 - Curva di capacit


_________________________________________________________________________

INDICE xxii

APPENDICE B - METODO N2 (FAJFAR-1999)

B.1 INTRODUZIONE

B.2 - MODELLO 1

B.2.1 Materiale

B.2.2 - Modello telaio con cerniere secondo FEMA 356

B.2.2.1 - Trave: cerniera flessionale con legame rigido plastico incrudente secondo FEMA 356

B.2.2.1.1 - Definizione del legame della cerniera

B.2.2.2 - Colonna: cerniera presso/tenso-flessionale con legame rigido plastico incrudente secondo FEMA 356

B.2.2.2.1 - Dominio di interazione

B.2.2.1.2 - Definizione del legame della cerniera

B.2.3 - Analisi PUSHOVER

B.2.3.1 - CASO 1: Distribuzione proporzionale alle masse

B.2.3.2 - CASO 2: Distribuzione proporzionale al prodotto delle masse per la deformata del primo modo di vibrare

B.3 - MODELLO 2

B.3.1 Materiale





B.4 - MODELLO 3

B.4.1 Materiale




_________________________________________________________________________

INDICE xxiii



B.5 - MODELLO 4

B.5.1 Materiale





CONCLUSIONI


_________________________________________________________________________

CAPITOLO 1 3

1 - RISCHIO SISMICO E APPROCCIO PRESTAZIONALE

1.1 - RISCHIO SISMICO [1]

RISCHIO SISMICO ( PTd[L] )

Misura probabilistica del grado di severit degli effetti (perdite L) che possono essere

prodotti dai terremoti, in un sito prefissato, durante un intervallo di tempo prefissato Td.

VULNERABILIT SISMICA (P[D|I,T] )

Misura probabilistica del grado di severit del danno (D) che un manufatto di prefissata

tipologia T subisce per effetto di un terremoto di prefissata intensit I.

PERICOLOSIT SISMICA ( PTd[I] ) Misura probabilistica del grado di severit dei terremoti (Intensit I) che possono presentarsi

in un sito prefissato, durante un intervallo di tempo prefissato Td.

ESPOSIZIONE ( P[E|T] ) Misura probabilistica della quantit di beni e attivit (E) che si accompagnano ad una

prefissata tipologia (T).

Rischio= Vulnerabilit Pericolosit Esposizione

[] = [|, , ]

,,,

[|, ] [] [] [|]

La definizione del rischio sismico deriva dallincrocio di tre competenze:

INGEGNERE GEOLOGO ECONOMISTA ( STRUTTURISTA ) ( SISMOLOGO ) ( PIANIFICATORE )

P[D|I,T] PTd[I] P[E|T]

VULNERABILIT PERICOLOSIT ESPOSIZIONE

[1]


_________________________________________________________________________

CAPITOLO 1 4

1.2 - VULNERABILITA SISMICA

1.2.1 Metodi per la valutazione della vulnerabilit [2]

I metodi disponibili per la valutazione della vulnerabilit di un edificio possono essere

classificati per livelli di crescente complessit ed accuratezza:

1. I livello: procedure di natura statistica/esperienziale basate su schede sviluppate

appositamente per i complessi ospedalieri;

2. II livello: analisi numeriche di dettaglio, di differente complessit (lineari e/o non-lineari, statiche e/o dinamiche), utilizzato nella pratica professionale;

3. III livello: metodi di natura probabilistica che rappresentano lo stato dellarte in

materia dove tutte le variabili in gioco e le incertezze ad esse associate sono

considerate e quantificate.

VULNERABILIT SISMICA

Tipologia Costruttiva

Epoca di realizzazione e

qualit costruttiva

Storia e stato di

manutenzione del fabbricato

Muratura

c.a.

Acciaio


_________________________________________________________________________

CAPITOLO 1 5

1.3 - DOMANDA SISMICA

[3]

NO

NO

Sisma

Classificazione del

terreno

Classificazione

topografica

Tipo di

terreno

Valutazione del periodo

fondamentale

1


_________________________________________________________________________

CAPITOLO 1 6

SOTTOPROCEDURA ( 1. )

[3]

Spettro

Valutazione dei parametri di definizione

dellazione sismica

Valutazione del fattore di struttura q

Definizione dello spettro per lo Stato

Limite di Collasso SLC


Limite di Salvaguardia della Vita SLV


Limite di Danno SLD


Limite di Operativit SLO

Ritorna al livello

precedente

Spettri di risposta

per gli Stati Limite

Ultimi

Spettri di risposta

per gli Stati Limite

di Esercizio


_________________________________________________________________________

CAPITOLO 1 7

1.4 - LIVELLI DI PRESTAZIONE

1.4.1 - Livelli di prestazione secondo FEMA 356

[1]

Livelli di prestazione della FEMA 356

STRUTTURA

S-1 Occupabilit immediata

S-2 Controllo del danno

S-3 Salvaguardia della vita

S-4 Limitata sicurezza strutturale

S-5 Prevenzione del collasso

S-6 Nessuna prestazione considerata

COMPONENTI NON STRUTTURALI

N-A Operativit

N-B Occupabilit immediata

N-C Salvaguardia della vita

N-D Pericolo ridotto

N-E Nessuna prestazione considerata

Livelli di prestazione delledificio

(nel suo complesso )


_________________________________________________________________________

CAPITOLO 1 8

1.4.1.1 - Struttura [4]

S-1 Occupabilit Immediata: Lo stato di danneggiamento post-sisma garantisce la sicurezza delloccupazione delledificio. Il rischio per le persone dovuto ai danni

strutturali molto basso e, sebbene possano essere necessari alcuni limitati interventi

di riparazione, questi non sono necessari perch ledificio possa essere di nuovo

occupato.

S-2 Controllo del danno: campo di prestazioni compreso tra S-1 e S-3.

S-3 Salvaguardia della vita: Stato di danneggiamento post-sisma che include un danneggiamento degli elementi strutturali tale da mantenere un margine rispetto

allinizio di un collasso parziale o totale.

S-4 Limitata sicurezza strutturale: campo di prestazioni compreso tra S-3 e S-5.

S-5 Prevenzione del collasso: Stato di danneggiamento post-sisma che include un danneggiamento agli elementi strutturali tale da garantire ancora la portanza nei

confronti dei carichi verticali ma da non garantire alcun margine nei confronti del

collasso.

S-6 Nessuna prestazione considerata: In questo livello di prestazione non si richiede che ledificio raggiunga alcuna prestazione strutturale specificata.

Figura 1.1 - Livelli di prestazione della struttura [1]


_________________________________________________________________________

CAPITOLO 1 9

1.4.1.2 - Componenti non strutturali [4]

N-A Operativit: Stato post-sisma in cui i componenti non strutturali presenti nella struttura sono ancora in grado di sostenere le funzioni precedenti al sisma.

N-B Occupabilit Immediata: I danneggiamenti ai componenti non strutturali non precludono laccesso alledificio ed i sistemi di sicurezza (tra i quali si includono le

porte, le scale, gli ascensori e le luci demergenza) generalmente rimangono

operativi. Le persone che occupano ledificio possono rimanere al suo interno a patto

che la struttura sia sicura dal punto di vista strutturale. Sebbene possano non essere

disponibili lenergia, lacqua, il gas e le linee di comunicazione richieste per il

normale uso delledificio, il rischio di ferimenti dovuti a danni di componenti

strutturali molto basso.

N-C Salvaguardia della vita: Stato in cui i danni ai componenti non strutturali non comportano gravi rischi per gli occupanti delledificio. In questa situazione si

possono verificare danni significativi e costosi ma senza il crollo o la caduta dei

componenti.

N-D Pericolo ridotto: Possibilit di danni a componenti non strutturali tali da farne rischiare anche il crollo o la caduta. I componenti pi pericolosi, tuttavia, sono

ancora sicuri nei confronti del crollo o della caduta in aree aperte al pubblico.

N-E Nessuna prestazione considerata: In questo livello di prestazione non si richiede che ledificio raggiunga alcuna prestazione strutturale specificata.

Figura 1.2 - Correlazione tra i livelli di prestazione strutturale e non strutturale [1]


_________________________________________________________________________

CAPITOLO 1 10

1.4.1.3 - Combinazione delle prestazioni

La prestazione attesa definita dalla combinazione delle prestazioni strutturali e non-

strutturali.

Livelli e campi di prestazione strutturale

S-1 Occupabilit

immediata

S-2

Controllo

del danno

S-3

Salvaguardia

della vita

S-4

Limitata

sicurezza

strutturale

S-5

Prevenzione

del collasso

S-6

Nessuna

prestazione

considerata

Liv

elli

di

pre

staz

ion

e n

on

str

utt

ura

le N-A

Operativit

1-A

( O )

2-A NR

(Non

raccomandato)

NR NR NR

N-B

Occupabilit

immediata

1-B

( OI )

2-B 3-B NR NR NR

N-C

Salvaguardia

della vita

1-C 2-C 3-C

( SV )

4-C 5-C 6-C

N-D

Pericolo

ridotto

NR 2-D 3-D 4-D 5-D 6-D

N-E

Nessuna

prestazione

considerata

NR NR NR 4-E 5-E

( PC )

6-E

Nessuna

prestazione

Tabella 1.1 - Combinazione tra i livelli di prestazione strutturale e non strutturale [2]

Le combinazioni di interesse per la valutazione di sicurezza sismica degli ospedali sono:

Operativit ( O ): prevede un lieve danneggiamento delle strutture (S-1), tale da

consentire limmediata agibilit delledificio, come anche degli elementi

architettonici in genere ed, inoltre, il funzionamento di tutte le principali reti

impiantistiche (acqua, luce, gas, comunicazioni, ascensori, ect.) (N-A);

Occupabilit immediata ( OI ): lo stato delle strutture analogo alla condizione

precedente (S-1), mentre per quanto riguarda le componenti non-strutturali sono

garantite le condizioni di agibilit (tamponature, infissi, controsoffitti) ma NON la

funzionalit delle principali reti (N-B);

Salvaguardia della vita ( SV ): prevede un danno strutturale significativo (S-3), ma

per il quale ancora ragionevolmente garantita la sicurezza per la vita degli

occupanti. Ledificio potrebbe aver necessit di riparazioni o opere provvisionali

prima di essere riutilizzato. Analogamente, danni significativi ed estesi sono previsti

per tutti gli elementi non-strutturali (N-C);

Prevenzione del collasso ( PC ): lorganismo strutturale ai limiti del collasso,

parziale o totale, anche se complessivamente ancora in grado di sostenere la forza di

gravit (S-5); lo stato degli elementi non-strutturali non preso in considerazione,

supponendo gli stessi irreparabilmente danneggiati o distrutti (N-E).


_________________________________________________________________________

CAPITOLO 1 11

Figura 1.3 - Livelli di prestazione strutturale e non strutturale per edifici nel loro complesso [1]

Lassociazione tra gli stati limite definiti nelle nuove norme e i livelli di prestazione

identificati dalle norme statunitensi immediata:

Fema 356 NTC 2008

O SLO

OI SLD

SV SLV

PC SLC Tabella 1.2 Corrispondenza tra livelli di prestazione U.S.A. e stati limite italiani [2]


_________________________________________________________________________

CAPITOLO 1 12

1.4.2 - Livelli di prestazione secondo DM 2008 [5] Gli stati limite di esercizio sono:

Stato Limite di Operativit (SLO): a seguito del terremoto la costruzione nel suo complesso, includendo gli elementi strutturali, quelli non strutturali, le

apparecchiature rilevanti alla sua funzione, non deve subire danni ed interruzioni

duso significativi;

Stato Limite di Danno (SLD): a seguito del terremoto la costruzione nel suo complesso, includendo gli elementi strutturali, quelli non strutturali, le

apparecchiature rilevanti alla sua funzione, subisce danni tali da non mettere a

rischio gli utenti e da non compromettere significativamente la capacit di resistenza

e di rigidezza nei confronti delle azioni verticali ed orizzontali, mantenendosi

immediatamente utilizzabile pur nellinterruzione duso di parte delle

apparecchiature.

Gli stati limite ultimi sono:

Stato Limite di salvaguardia della Vita (SLV): a seguito del terremoto la costruzione subisce rotture e crolli dei componenti non strutturali ed impiantistici e

significativi danni dei componenti strutturali cui si associa una perdita significativa

di rigidezza nei confronti delle azioni orizzontali; la costruzione conserva invece una

parte della resistenza e rigidezza per azioni verticali e un margine di sicurezza nei

confronti del collasso per azioni sismiche orizzontali;

Stato Limite di prevenzione del Collasso (SLC): a seguito del terremoto la costruzione subisce gravi rotture e crolli dei componenti non strutturali ed

impiantistici e danni molto gravi dei componenti strutturali; la costruzione conserva

ancora un margine di sicurezza per azioni verticali ed un esiguo margine di sicurezza

nei confronti del collasso per azioni orizzontali.

La norma specifica che:

Qualora la protezione nei confronti degli stati limite di esercizio sia di prioritaria

importanza, lintensit dellazione pu essere aumentata in funzione del grado di

protezione che si vuole raggiungere (NTC08, 3.2). Questo certamente il caso

degli ospedali.

Nel caso di edifici esistenti, il livello di intensit dellazione sismica per la verifica

dello Stato Limite di Operativit pu essere stabilito dal Progettista di concerto con il

Committente (NTC08, 8.3.).


_________________________________________________________________________

CAPITOLO 1 13

1.4.3 - Livello prestazionale per gli ospedali

Gli ospedali si differenziano rispetto alla maggior parte delle costruzioni fondamentalmente

per i seguenti aspetti:

1. la funzione sociale;

2. il ruolo strategico in caso di calamit naturali (come un evento sismico);

3. lelevato valore del contenuto (superiore rispetto al contenitore edificio);

4. lelevato tasso di occupazione, il ciclo ininterrotto dattivit, la complessit dei

sistemi e delle funzioni.

In particolare i presidi ospedalieri pi importanti devono mantenere loperativit delle

principali funzioni anche a seguito di un evento sismico intenso.

Livello

prestazionale

Operativo Agibile Stabile Collasso

Danni

strutturali

Danni non

strutturali

Danni

contenuto

Assenti

assenti

lievi

lievi

lievi

moderati

moderati

moderati / estesi

estesi

estesi

-

-

Sicurezza

Economici

Funzionali

Si

0-10%

Operativo con

minimi disagi

Si

10-30%

Operativo con

lievi disagi

( giorni )

Si

30-60%

Non operativo

necessarie

riparazioni ( mesi )

No

60-100%

Non operativo

Stato

Tabella 1.3 - Livelli di prestazione per gli ospedali [2]


_________________________________________________________________________

CAPITOLO 1 14

1.5 - BIBLIOGRAFIA

[1] Braga F. (2009), Dispense del corso di costruzioni in zona sismica, Dipartimento di

Ingegneria Strutturale e Geotecnica dellUniversit di Roma La Sapienza, Roma.

[2] Lupoi G., Lupoi A., Pinto P.E., Ansovini P. (2008), Documento di Supporto alle

Autorit Regionali per la redazione di Linee Guida,11 Marzo 2008.

[3] Bontempi F. (2010), Progetto e analisi di ospedali come costruzioni strategiche: visione

di sistema, norme tecniche, azione sismica, robustezza strutturale, 7 Congresso Nazionale

per Operatori degli Uffici Tecnici, Rieti, 24-25-26 Giugno 2010.

[4] FEMA (2000), Prestandard and commentary for the seismic rehabilitation of

buildings, Federal Emergency Management Agency-356, Washington D.C. (USA),

November 2000.

[5] NTC (2008), Norme Tecniche per le Costruzioni, DM 14 Gennaio 2008.


_________________________________________________________________________

CAPITOLO 2 15

2 STRUTTURA OSPEDALIERA

2.1 - ANALISI DEL SISTEMA OSPEDALIERO [6]

La componente fisica include una grande variet di elementi differenti in natura e scopi,

come strutture, installazioni, forniture e attrezzature.

SISTEMA STRUTTURALE

[6]

Le attrezzature e le funzioni mediche devono essere spazialmente distribuite: la Degenza

quasi interamente adibita alla funzione di hotel, mentre tutti i servizi medici essenziali

sono concentrati nella Piastra.

GENERICA EROGAZIONE DI BASE

[6]

GAS MEDICO

[6]

Sistema strutturale

Piastra

Degenze

Torre scala

Distribuzione

Generica Erogazione

di Base

Produzione

Normale

Emergenza

Attrezzature

Gas Medico

( fornitura fissa )

Ossigeno

Bottiglie

Bombole

Nitrogeno

Bombole

Linea di

fornitura

N.B.: Per evitare il danno sono

importanti ancoraggi adeguati e

unioni flessibili


_________________________________________________________________________

CAPITOLO 2 16

ENERGIA ELETTRICA

[6]

SISTEMA DELLACQUA

[6]

SISTEMA ASCENSORE

[6]

Energia Elettrica

Collegamenti delle

linee di Trasmissione

MV = Medio voltaggio

LV = Basso voltaggio

UPS = Sistema di Energia Ininterrotto

EPG = Generatore di Energia di Emergenza

N.B.: Per evitare il danno sono importanti

ancoraggi adeguati e unioni flessibili

Generatore di

Energia

UPS

EPG

Energia Normale

delledificio

MV/LV

Trasformatori

Nodi delle linee di

Distribuzione

Rotaie Guida

Sistema Ascensore

Motore

Energia

Macchina

Contrappesi

Porte

N.B.: Il danno allascensore interessa le componenti

meccaniche e i loro supporti e ancoraggi sono i pi

danneggiati durante un terremoto

Sistema dellacqua

N.B.: Per evitare il danno sono

importanti ancoraggi adeguati e

unioni flessibili

Attrezzature

Energia

elettrica

Pompe

elettriche

Caldaie

Fornitura

dellacqua

Acqua

della citt

Serbatoio

Tubazioni


_________________________________________________________________________

CAPITOLO 2 17

2.2 - RISPOSTA DEL SISTEMA OSPEDALIERO AD UN EVENTO SISMICO

I diversi fattori che influenzano la risposta di un ospedale ad un evento sismico possono

essere suddivisi in due gruppi conformemente ai loro effetti:

1. quelli che producono un aumento della domanda di cura; 2. quelli che producono una diminuzione delle risorse disponibili e quindi della capacit

di cura.

La situazione cos schematizzata [6]:

Una rappresentazione qualitativa dellevoluzione temporale della domanda e della capacit

di cura in conseguenza ad un terremoto fornita in figura 2.1, dove:

Figura 2.1 - La risposta medica di emergenza ad un evento pericoloso (terremoto) [6]

Influenza sul

sistema ospedaliero

Diminuzione della capacit

Aumento

della domanda

Aumento della domanda Diminuzione

della capacit

Diminuzione della capacit

Aumento

della domanda

Diminuzione

della capacit

Conseguenze sul

sistema ospedaliero

Limitazione o scarsit di

provviste

( componente materiale )

Aumento di pazienti

( componente organizzativa,

umana e materiale )

Aumento di pazienti

Diminuzione del personale medico

( componente organizzativa, umana e

materiale )

Inefficienza dei servizi medici

( componente materiale )

Necessit di evacuazione

( componente organizzativa )

insufficienze

della rete

perdite

perdite

insufficienza di

apparecchiatura

insufficienza

di strutture

Disastro

esterno

Disastro

interno

Sisma

Danno strutturale

e non strutturale

Linee vita

Strutture

Ospedale

Ambiente


_________________________________________________________________________

CAPITOLO 2 18

Per garantire una risposta sicura, efficace e competente:

NO

SI

lorganizzazione deve pre-definire le procedure in grado di ottimizzare le risorse (umane e materiali) disponibili;

gli operatori devono essere addestrati a prestare servizi di cura nelle situazioni emergenziali;

gli edifici devono garantire, oltre alla sicurezza fisica dei pazienti e degli operatori, anche la funzionalit di tutti i principali servizi necessari per lerogazione delle cure

(acqua, energia, etc.). [6]

START

C interazione tra

lorganizzazione,

gli operatori e gli

edifici?

risposta NON

sicura, efficace e

competente

risposta sicura,

efficace e

competente

END


_________________________________________________________________________

CAPITOLO 2 19

2.3 - ADEGUAMENTO

2.3.1 - Strategia di adeguamento

Approccio Tempo di

inagibilit

Tempo di

realizzazione

Costo Risultato

Demolizione e

costruzione

nuova struttura

Limitato se la

costruzione

altrove, alto

se la

costruzione

coincide con la

precedente

Alto Alto Struttura pienamente rispondente alle

nuove normative sia strutturali

(sisma) che impiantistiche e

funzionali

Adeguamento

con un

singolo

intervento

Medio-alto Medio Medio Struttura migliorata, ma non

pienamente rispondente alle nuove

normative

Adeguamento

per passi

Molto limitato Alto Limitato Struttura migliorata, ma non

pienamente rispondente alle nuove

normative Tabella 2.1 - Strategia di adeguamento [2]

Le Norme Sismiche del 1996 (D.M. 16/01/1996) distinguevano tra due tipi di interventi:

1. adeguamento, definito come la messa a norma delledificio; 2. miglioramento, che realizza un incremento della capacit resistente dellopera ma

non in misura tale da rendere la stessa in grado di soddisfare gli standard vigenti.

2.3.2 - Processo di adeguamento

la pianificazione ha un duplice scopo:

SI 1) minimizzare le interferenze tra attivit;

Tesi Specialistica - Alessio Coppi

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