Frascadore, Raffaele (2011) Influenza dei meccanismi fragili sulla sicurezza sismica di edifici esistenti in c.a. [Tesi di dottorato] (Unpublished)

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Item Type: Tesi di dottorato
Language: Italiano
Title: Influenza dei meccanismi fragili sulla sicurezza sismica di edifici esistenti in c.a.
Creators:
CreatorsEmail
Frascadore, Raffaeleraffaele.frascadore@unina.it
Date: 30 November 2011
Number of Pages: 239
Institution: Università degli Studi di Napoli Federico II
Department: Ingegneria strutturale
Doctoral School: Ingegneria industriale
PHD name: Ingegneria dei materiali e delle strutture
PHD cycle: 24
PHD Coordinator:
nameemail
Mensitieri, Giuseppegiuseppe.mensitieri@unina.it
Tutor:
nameemail
Manfredi, Gaetanogamanfre@unina.it
Prota, Andreaaprota@unina.it
Verderame, Gerardo Marioverderam@unina.it
Date: 30 November 2011
Number of Pages: 239
Uncontrolled Keywords: meccanismi fragili, edifici esistenti, cemento armato
MIUR S.S.D.: Area 08 - Ingegneria civile e Architettura > ICAR/09 - Tecnica delle costruzioni
Date Deposited: 11 Dec 2011 09:02
Last Modified: 30 Apr 2014 19:48
URI: http://www.fedoa.unina.it/id/eprint/8890

Abstract

I recenti eventi sismici hanno chiaramente mostrato l'elevata vulnerabilità del patrimonio edilizio esistente in cemento armato (c.a.). L'inadeguato livello di sicurezza offerto dalle strutture esistenti in c.a. nei confronti delle azioni sismiche rappresenta la causa principale di danni e perdite di vite umane. Le principali cause dell'elevata vulnerabilità di tali costruzioni sono riconducibili a molteplici aspetti: scarsa qualità del calcestruzzo; armatura trasversale carente; mancanza di cura nei dettagli costruttivi; e progettazione per soli carichi verticali o con riferimento a prescrizioni sismiche di vecchia concezione. In particolare, dai dati ISTAT del 14° censimento della popolazione e degli edifici relativi al solo costruito in calcestruzzo armato, è emerso che il 35% degli edifici è stato costruito prima dell’emanazione della Legge 2/2/74 n.64, in cui compaiono le prime disposizioni in materia antisismica. Tale percentuale sale all’86% se si considera il costruito fino al 1991. Questo dato è particolarmente allarmante se si considera che solo nel 2003 con la emanazione dell' O.P.C.M. 3274 si è proceduto ad una riclassificazione sismica del territorio italiano e contestualmente alla redazione di prescrizioni sismiche di moderna concezione. La quasi totalità delle strutture esistenti intelaiate in c.a. sono state, pertanto, progettate in assenza di criteri di gerarchia delle resistenze ed esibiscono, quindi, un comportamento sismico caratterizzato dall'innesco prematuro di meccanismi di crisi di tipo fragile (crisi per taglio di travi o pilastri, crisi dovute al raggiungimento del limite di resistenza del calcestruzzo per trazione o compressione dei nodi trave-pilastro) che ne limitano la sicurezza sismica strutturale. E' evidente che l'abbattimento e la ricostruzione di edifici esistenti progettati e realizzati in maniera non conforme a quanto richiesto dalle attuali prescrizioni sismiche non è in molti casi una strategia perseguibile a causa di fattori di tipo sia sociale che economico. Di qui la necessità di intensificare gli studi mirati, da una parte, alla valutazione e quantificazione dell'influenza sulla capacità sismica globale degli edifici esistenti di meccanismi di crisi di tipo fragile e, dall'altra, alla valutazione dell'efficacia di tecniche di rinforzo strutturale di tipo locale e/o globale. Tra le possibili categorie di intervento mirate ad incrementare la capacità sismica di strutture esistenti, infatti, le Nuove Norme Tecniche per le Costruzioni (NTC 08) prevedono la possibilità di effettuare interventi di tipo locale ovvero interventi che riguardano singole parti e/o elementi della struttura. In tali casi il progetto e la valutazione della sicurezza possono essere riferiti alle sole parti e/o elementi interessati purché si documenti che, rispetto alla configurazione originale, non si siano prodotte sostanziali modifiche al comportamento delle altre parti e della struttura nel suo insieme e che gli interventi comportino un miglioramento delle condizioni di sicurezza preesistenti. L’adozione di tipologie di intervento locale può consentire di sanare specifiche deficienze strutturali locali, senza modifiche sostanziali di massa e rigidezza e, dunque, senza alterare il comportamento della struttura rispetto alla configurazione ante operam. Ciò produce certamente un miglioramento delle condizioni di sicurezza della struttura, la cui quantificazione può essere effettuata soltanto a valle di un’analisi sismica globale della struttura. Il presente lavoro di tesi si pone come obiettivo la valutazione dell'influenza dei meccanismi di crisi fragile sulla capacità sismica globale delle strutture esistenti in c.a. e la quantificazione dei benefici derivanti dall'eliminazione degli stessi attraverso l'adozione di tecniche di intervento di tipo locale. Definito come indicatore di rischio il rapporto UV = PGA CLV/ PGA DLV (con PGACLV = capacità in accelerazione orizzontale massima su sito di riferimento rigido orizzontale allo SLV, e PGADLV = domanda in accelerazione orizzontale massima su sito di riferimento rigido orizzontale che ha una probabilità di essere superato pari al 10% (PVr=10%) in un tempo pari al periodo di riferimento dell’opera), è possibile valutare, a valle di analisi globali del comportamento strutturale, l’incremento di tale parametro a seguito di interventi mirati a sanare le principali carenze emerse dall'analisi. In particolare, tale obiettivo è stato perseguito con riferimento a strutture esistenti pubbliche prevalentemente destinate ad edilizia di tipo scolastico. A tal fine si è proceduto alla definizione di un campione di strutture in c.a., localizzate in diverse frazioni del territorio aquilano colpito dall'evento sismico del 6 aprile 2009, che fosse il più possibile rappresentativo dell'intero panorama edilizio esistente in c.a. sia in termini di parametri geometrici (dimensioni in pianta, numero di piani, dimensioni degli elementi portanti, tipologia di solai, regolarità in pianta ed elevazione), sia in termini di tipologia costruttiva e tecniche realizzative (adozione di barre lisce o nervate e diversi dettagli costruttivi). Tra tali strutture, sono state selezionate come strutture oggetto di analisi quelle di cui è stato possibile desumere la documentazione di progetto originale (tavole grafiche progettuali dalle quali reperire dimensioni ed armatura degli elementi strutturali) e di cui fossero note le proprietà meccaniche di calcestruzzo ed acciaio di progetto (desunte dalle relazioni di calcolo); tali informazioni unite agli esiti di estese campagne di indagini in situ caratterizzate dall'esecuzione di prove distruttive e non distruttive hanno consentito di raggiungere, su ciascuna struttura analizzata, un adeguato livello di conoscenza. Inoltre, gli edifici studiati sono rappresentativi di epoche costruttive che vanno dall’inizio degli anni sessanta ai primi anni ottanta. Attraverso l'adozione di analisi di tipo statico lineare o non lineare, in funzione delle caratteristiche delle strutture selezionate, e compatibilmente con i limiti di adozione di ciascuna tipologia di analisi secondo quanto prescritto dalle NTC 2008, si è proceduto alla definizione dell’indicatore di rischio nella configurazione attuale (minimo valore dell'indicatore di rischio connesso al primo meccanismo di crisi) ed alla valutazione dell'indicatore di rischio connesso all'innescarsi di ciascun possibile meccanismo di crisi fragile e duttile. Una volta determinata la capacità sismica della struttura, ovvero la capacità in accelerazione orizzontale massima su sito di riferimento rigido orizzontale rispettando lo SLV, nella configurazione ante operam, è possibile, pertanto, con riferimento ad azioni sismiche man mano crescenti corrispondenti a crescenti valori dell’indicatore di rischio, definire interventi di rafforzamento di volta in volta necessari per rendere la struttura sicura nei confronti di tale livello di sollecitazione. Particolare attenzione è stata posta nei confronti degli incrementi di sicurezza sismica ottenuti a valle di interventi di rafforzamento mirati alla eliminazione di crisi fragili a taglio. In particolare, le analisi sono state condotte facendo riferimento, in termini di verifica, sia ai modelli di capacità a taglio presenti nelle NTC 08 sia quello proposto nell' EC8 parte 3. Ciò al fine di valutare l'influenza dei modelli di resistenza a taglio nella individuazione della capacità sismica degli edifici esistenti. Lo studio, pertanto, da un lato si pone l'obiettivo di mettere a fuoco le principali fonti di vulnerabilità degli edifici pubblici esistenti in c.a. con riferimento ad analisi conformi alle attuali prescrizioni normative sismiche nazionali ed internazionali in termini sia di capacità che di domanda e, dall’altro, di ottenere preziose indicazioni in termini di quantificazione dell’incremento di capacità sismica degli stessi a valle di interventi mirati alla eliminazione di meccanismi di crisi di tipo fragile, che se realizzati mediante tecniche di intervento di tipo locale, non richiedono nuovamente il calcolo globale della struttura per la determinazione del livello di sicurezza raggiunto. Infine, con riferimento ai meccanismi di tipo fragile, si è effettuato uno specifico studio teorico mirato alla valutazione dell'influenza dello strain rate ed ovvero della velocità di carico sulla risposta sismica delle strutture; tale studio, seppur in maniera embrionale, mira a sottolineare l'importanza della velocità di carico nella definizione sia della domanda che della capacità sismica, aspetto di ricerca che non trova ancora alcun riscontro in termini di riferimento normativo. L'intero studio di tesi si articola in cinque capitoli di cui di seguito si riporta in breve il contenuto: • Capitolo 1. Si discute sulla vulnerabilità sismica del territorio italiano, richiamando gli ultimi eventi sismici che hanno interessato la città di L’Aquila e della sua provincia, con particolare riferimento all’edilizia scolastica presente sul suo territorio. • Capitolo 2. Si riportano, in generale, tutte le indicazioni normative e le scelte tecniche adottate che permettono di modellare opportunamente le costruzioni in c.a. e di eseguirne la valutazione di sicurezza sismica, per i casi specifici trattati nel successivo Capitolo 3. Inoltre, si mostrano i modelli di calcolo per le verifiche dei meccanismi duttili e fragili, esplicitando, per i soli meccanismi fragili, le quattro formulazioni ottenibili dai codici normativi italiano ed europeo, attraverso opportune ipotesi. • Capitolo 3. Si conducono le analisi di valutazione sismica di 3 complessi scolastici del Comune di L’Aquila, danneggiati a seguito del sisma del 6 aprile 2009, per un totale di 9 edifici a struttura indipendente. Per ogni edificio analizzato viene fornito l’indicatore di rischio (UV), relativo ai meccanismi di crisi sia duttile che fragile, e il numero di elementi (travi, pilastri e nodi) che non superano le verifiche di sicurezza. • Capitolo 4. Si raccolgono e si discutono i risultati delle valutazioni sismiche eseguite. Infine, si riporta una analisi statistica sulle caratteristiche meccaniche e geometriche dei pilastri in c.a. di tutte le scuole studiate. Sulla base di tali analisi si costruiscono dei grafici di confronto tra i modelli di capacità a taglio forniti dalle norme italiane ed europee. • Capitolo 5. lo studio riportato in questo capitolo si propone di apprezzare l’influenza dello strain rate sulla sensibilità del calcestruzzo e dell’acciaio da armatura, in base alla risposta sismica globale di strutture in calcestruzzo armato.

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