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CAPITOLO 5.
IL QUADRO NORMATIVO E GLI STRUMENTI OPERATIVI PER
GLI INTERVENTI DI CONSOLIDAMENTO SISMICO
R. Landolfo, F.Portioli, M.D’Aniello
Dipartimento di Costruzioni e Metodi Matematici in Architettura
5.1
Introduzione
Per “valutazione della sicurezza” si intende un procedimento quantitativo volto a verificare una struttura esistente nei confronti delle azioni di progetto, ovvero a determinare l’entità massima delle azioni a cui la struttura è capace di resistere secondo i margini di sicurezza richiesti.
Le attuali norme tecniche per le costruzioni definiscono le procedure necessarie sia alla
valutazione della sicurezza degli edifici esistenti che al progetto degli eventuali interventi strutturali atti a garantire i prefissati livelli di sicurezza.
La valutazione della sicurezza degli edifici esistenti comporta la programmazione di un
adeguato piano di indagini per la caratterizzazione delle proprietà dei materiali e
l’identificazione geometrica della struttura, con importanti ricadute sui costi degli interventi di consolidamento.
Le aleatorietà che intervengono nella definizione del modello strutturale di un edificio
esistente, legate alla più o meno accurata identificazione delle caratteristiche geometriche e meccaniche dell’opera in esame, sono considerate attraverso l’introduzione di
specifici coefficienti di sicurezza. Tali coefficienti, denominati ‘fattori di confidenza’,
modificano i parametri di capacità in ragione del livello di conoscenza raggiunto, ovvero in funzione del tipo e della numerosità delle indagini effettuate.
La valutazione della sicurezza deve utilizzare, per quanto possibile, metodi di analisi
che consentano di stimare in maniera appropriata sia la resistenza che la duttilità disponibile, tenendo conto dell’effettiva capacità dissipativa dei diversi meccanismi di
rottura e adottando parametri prestazionali opportunamente diversificati.
Allo scopo di offrire una panoramica delle analisi e delle indagini necessarie, si riporta
di seguito una descrizione sintetica delle procedure di valutazione della sicurezza degli
edifici esistenti di calcestruzzo armato in zona sismica.
5.2
La normativa di riferimento
Le norme tecniche di riferimento per la valutazione della sicurezza di edifici esistenti in
calcestruzzo armato sono :
Innovazione e sostenibilità negli interventi di riqualificazione edilizia. Best practice per il retrofit e la manutenzione
D.M. 14 gennaio 2008. “Norme Tecniche per le Costruzioni”. 2008.
CIRCOLARE 2 febbraio 2009 n. 617. “Istruzioni per l'applicazione delle
Nuove norme tecniche per le costruzioni” di cui al decreto ministeriale 14
gennaio 2008. (GU n. 47 del 26‐2‐2009 Suppl. Ordinario n.27).
- UNI EN 1992‐1‐1:2005. Eurocodice 2. Progettazione delle strutture di
calcestruzzo armato‐ Parte 1‐1: Regole generali e regole per gli edifici.
2005.
Inoltre è possibile fare riferimento alle seguenti norme europee, linee guida e documenti aventi per oggetto la valutazione delle caratteristiche fisico‐meccaniche del calcestruzzo in opera:
-
-
-
-
UNI EN 12504‐2:2001. Prove sul calcestruzzo nelle strutture ‐ Prove
non distruttive Determinazione dell'indice sclerometrico. s.l. : UNI, 2001.
UNI EN 12504‐1:2002. Prove sul calcestruzzo nelle strutture. Carote,
Prelievo, esame e prova di compressione. s.l. : UNI, 2002.
UNI EN 12390‐3:2003. Prova sul calcestruzzo indurito ‐ Resistenza alla
compressione dei provini. s.l. : UNI, 2003.
BRITISH STANDARD 1881. Testing Concrete, part 120 – Methods for determination of the compressive strength of concrete cores. 1983.
A.C.I. 214.4R‐03. Guide for Obtaining Cores and Interpreting Compressive Strenght Results. 2003.
Reluis. LINEE GUIDA. Modalità di indagine sulle strutture e sui terreni per
i progetti di riparazione/miglioramento/ricostruzione di edifici inagibili
(Bozza). 2010.
Servizio Tecnico Centrale del Consiglio Superiore dei LL.PP. Linee Guida
per la messa in opera del calcestruzzo strutturale e per la valutazione delle caratteristiche meccaniche del calcestruzzo indurito mediante prove
non distruttive. febbraio 2008.
Masi, A. La stima della resistenza del calcestruzzo in situ mediante prove
distruttive e non distruttive. 2005.
5.3 Il metodo semiprobabilistico agli stati limite per la misura della sicurezza strutturale
La misura di sicurezza degli edifici esistenti deve essere effettuata in base al metodo
semi-probabilistico agli stati limite.
Il metodo agli stati limite si inquadra nell’ambito degli approcci alla progettazione di tipo prestazionale (performance-based design approach). Tali metodi si basano
sull’identificazione di diversi livelli di prestazione e dei relativi requisiti che la struttura
deve soddisfare (Landolfo, 2005). Il termine “semiprobabilistico” attiene alle modalità
con le quali il metodo tratta le diverse aleatorietà connesse alle varie grandezze da cui
dipende la sicurezza di una costruzione. Tali grandezze sono infatti variabili aleatorie e
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pertanto la misura di sicurezza deve essere in generale condotta in termini probabilistici.
Per tener conto di tutte le aleatorietà insite nelle diverse fasi del procedimento di verifica, i metodi semiprobabilistici operano in via semplificativa attraverso coefficienti di
sicurezza applicati alle due variabili di riferimento delle azioni e delle resistenze dei
materiali. I coefficienti sono calibrati in funzione della probabilità di successo con la
quale la verifica del generico livello di prestazione deve essere soddisfatta. Per tale
motivo tali metodi sono anche definiti come “metodi dei coefficienti parziali”.
In particolare, nel metodo agli stati limite, così come formulato nell’attuale normativa,
la verifica deve essere soddisfatta per diverse condizioni, relative sia a situazioni di esercizio che ultime, ovvero di collasso o di dissesto grave. Tali condizioni vengono definite rispettivamente Stati Limite di Esercizio (SLE) e Stati Limite Ultimi (SLU). Nel caso
degli edifici di nuova costruzione, le verifiche devono essere effettuate per ciascuno
degli stati limite sulla base dei valori di progetto delle resistenze e delle azioni che si ricavano a partire dai valori di riferimento caratteristici e dei relativi coefficienti parziali
di sicurezza, associati sia ai materiali che alle sollecitazioni. Per gli edifici esistenti, i valori di calcolo delle resistenze sono determinati sulla base delle indagini effettuate,
come specificato nel seguito.
Con particolare riferimento alle verifiche di sicurezza per azioni sismiche, gli stati limite
di esercizio si distinguono in Stato Limite di Operatività (SLO) e Stato Limite di Danno
(SLD), mentre gli stati limite ultimi si dividono in Stato Limite di salvaguardia della Vita
(SLV) e Stato Limite di prevenzione del Collasso (SLC).
Nello Stato Limite di Operatività, la struttura e gli elementi non strutturali non subiscono danni ed interruzioni d’uso a seguito del terremoto. In corrispondenza dello Stato Limite di Danno, la costruzione subisce danni tali da non compromettere significativamente le prestazioni nei confronti delle azioni verticali ed orizzontali,
consentendone comunque l’immediato utilizzo.
Nel caso dello SLV la struttura subisce gravi danni ma conserva un adeguato margine di
sicurezza nei confronti delle azioni laterali. Nello SLC, il margine di sicurezza rispetto al
collasso per azioni orizzontali risulta più esiguo.
In Figura 5.3.1 sono rappresentati i diversi stati limite, ovvero i livelli prestazionali richiesti, con riferimento ad una curva di pushover di un edificio, che caratterizza la risposta della struttura in termini di tagliante alla base e spostamento laterale di un punto di controllo, generalmente scelto sulla sommità della costruzione (Portioli 2011).
Ciascuno stato limite è caratterizzato da diverse probabilità di superamento
PVR dell’azione sismica nel periodo di riferimento V R.
Il periodo di riferimento si calcola come prodotto VR =VN  CU , con VN vita nominale
dell’edificio e CU coefficiente d’uso, funzione della classe d’uso della costruzione. Per
costruzioni nella Classe d’uso II, ovvero soggette a normali affollamenti, il periodo di riferimento può assumersi pari a 50 anni.
In particolare, le probabilità di superamento dell’azione sismica di progetto per i diversi stati limite considerati risultano rispettivamente pari al 81%, 63%, 10% e 5%.
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Figura 5.3.1. Stati limite per azioni sismiche (Hamburger, 2004).
Si precisa che nel caso degli edifici esistenti in c.a., la verifica può limitarsi al caso dei
soli stati limite ultimi (SLU). In particolare le analisi possono essere condotte in via alternativa sia allo Stato Limite di salvaguardia della Vita (SLV) che allo Stato Limite di
prevenzione del Collasso (SLC).
5.4 La procedura di valutazione della sicurezza
La procedura prevista dalle norme tecniche si compone di diverse fasi ed include:
- l’analisi storico-critica del manufatto;
- il rilievo;
- la caratterizzazione meccanica dei materiali;
- la definizione dei livelli di conoscenza e dei relativi fattori di confidenza;
- la definizione delle azioni;
- la modellazione e l’analisi strutturale;
- la valutazione della sicurezza con particolare riferimento alle azioni sismiche;
- il progetto dell’intervento strutturale.
Il numero ed il tipo di indagini effettuate determinano i livelli di conoscenza del manufatto, cui corrispondono diversi fattori di confidenza. Tali fattori rappresentano ulteriori coefficienti parziali di sicurezza e possono essere utilizzati sia per definire i valori di
calcolo delle resistenze dei materiali che, all’occorrenza, per determinare le sollecitazioni sugli elementi fragili della costruzione.
5.4.1
L’analisi storico-critica
L’analisi storico-critica del fabbricato è rivolta all’acquisizione della documentazione originale di progetto ed all’analisi dei successivi interventi. La ricostruzione della storia
del fabbricato è particolarmente utile per definire il numero ed il tipo di eventi sismici
che hanno interessato in passato la struttura. Tali informazioni possono costituire un
Capitolo 5. Il quadro normativo e gli strumenti operativi per gli interventi di consolidamento sismico
database di tipo sperimentale da utilizzare successivamente a supporto delle analisi di
vulnerabilità.
5.4.2
Il rilievo della geometria e dei dettagli costruttivi
Il rilievo geometrico-strutturale è di fondamentale importanza per una corretta definizione del modello di calcolo del fabbricato esistente ai fini delle verifiche di sicurezza. Il
rilievo deve essere condotto sia per le parti strutturali esterne, ovvero in vista, che con
riferimento ai dettagli costruttivi, come ad esempio nel caso delle armature negli elementi in c.a. Il rilievo della geometria strutturale esterna deve essere compiuto in ogni
caso ed in modo dettagliato, mentre si accettano diversi livelli di indagine per il rilievo
dei dettagli costruttivi. Particolare attenzione dovrà essere posta inoltre allo stato di
conservazione dei materiali e all’individuazione di eventuali quadri fessurativi.
Nel caso delle costruzioni in cemento armato, tutte le informazioni relative alla geometria della struttura si desumono direttamente dalla documentazione originale di progetto oppure dal rilievo. Nel primo caso è comunque necessario procedere ad un controllo visivo a campione per verificare la congruenza tra i dati di progetto e la struttura
effettivamente realizzata.
Per quanto concerne i dettagli costruttivi e strutturali, come le armature, il rilievo può
avvenire in modo indiretto, attraverso i disegni costruttivi o mediante verifiche in-situ.
In assenza di informazioni particolareggiate è possibile procedere alla definizione dei
dettagli costruttivi attraverso un progetto simulato, ovvero condotto in conformità alla
normativa vigente all’epoca di costruzione del fabbricato.
5.4.3
Caratterizzazione meccanica dei materiali
Per la caratterizzazione meccanica dei materiali, occorre definire un piano di indagini,
sia a supporto della fase di diagnostica che per la definizione dell’intervento strutturale. Le indagini dovranno basarsi sia sulla documentazione disponibile, che su esami visivi e prove sperimentali. In generale, le indagini mirate alla caratterizzazione meccanica dei materiali vengono distinte in indagini in-situ limitate, estese ed esaustive.
Con riferimento alle costruzioni in cemento armato, l’identificazione delle proprietà
dei materiali avviene in generale con il prelievo di campioni e l’esecuzione di prove di
compressione o di trazione fino a rottura. I metodi di prova non distruttivi possono essere utilizzati a complemento delle prove di resistenza. Le prove in-situ devono essere
utilizzate sia nel caso non siano direttamente reperibili informazioni dalla documentazione originale che a supporto dei certificati originali.
5.4.4
Livelli di conoscenza e fattori di confidenza
Le Istruzioni per l’applicazione delle Nuove norme tecniche definiscono diversi livelli di
conoscenza (LC) in funzione dell’accuratezza del rilievo geometrico e dei dettagli costruttivi, nonché del tipo e del numero di indagini effettuate per la caratterizzazione
meccanica dei materiali.
Innovazione e sostenibilità negli interventi di riqualificazione edilizia. Best practice per il retrofit e la manutenzione
Tabella 5.4.1. Definizione del livello di indagini per gli edifici in calstruzzo armato.
Ai fini della scelta del tipo di analisi e dei valori dei fattori di confidenza, si distinguono i
tre livelli di conoscenza:
-
LC1: Conoscenza Limitata;
LC2: Conoscenza Adeguata;
LC3: Conoscenza Accurata.
Ai diversi livelli di conoscenza corrispondono differenti metodi di analisi e fattori di
confidenza (FC). I fattori di confidenza sono utilizzati sia per definire le resistenze di
calcolo dei materiali da utilizzarsi nelle formule per la capacità degli elementi strutturali che per verificare la gerarchia delle resistenze tra elementi fragili e duttili nel caso di
analisi statica lineare con spettro elastico, come specificato di seguito.
Nelle Tabelle seguenti sono riporate le relazioni esistenti tra il livello di conoscenza
perseguibile e le informazioni necessarie per la identificazione geometrica e meccanica
del sistema strutturale; sono inoltre riportate le metodologie d’analisi ed i fattori di
confidenza da usare per la valutazione della sicurezza strutturale per un assegnato livello di conoscenza.
Tabella 5.4.2. Livelli di conoscenza e relativi fattori di confidenza
Capitolo 5. Il quadro normativo e gli strumenti operativi per gli interventi di consolidamento sismico
5.4.5
Le azioni
Le azioni sismiche che agiscono sulle costruzioni in occasione di un terremoto dipendono dalle forze inerziali che subiscono le diverse masse della struttura per effetto delle accelerazioni impresse dal moto del suolo.
In generale, l’azione sismica è caratterizzata da tre componenti traslazionali, di cui due
nel piano orizzontale tra loro ortogonali ed una lungo la direzione verticale.
Ai fini delle verifiche di sicurezza ed in funzione del tipo di analisi, l’azione sismica può
essere valutata, sulla base della pericolosità sismica del sito, sia mediante spettri di accelerazione che direttamente attraverso l’impiego di accelerogrammi.
La pericolosità sismica è definita dai valori di accelerazione orizzontale massima al suolo ag, dal valore massimo del fattore di amplificazione F0 e dal periodo di inizio Tc* del
tratto a velocità costante dello spettro in accelerazione orizzontale. Tali parametri sono calcolati per diversi valori del periodo di riferimento e della relativa probabilità di
superamento.
La normativa fornisce tali valori in corrispondenza di un reticolo che divide il territorio
nazionale in una maglia di dimensioni massime 10.0 x 10.0 km, i cui punti sono definiti
in termini di latitudine e longitudine.
Nel caso di analisi statiche ed analisi dinamiche modali, l’azione sismica viene calcolata
sulla base degli spettri di risposta elastici in accelerazione.
Lo spettro di risposta elastico in accelerazione restituisce le pseudo-accelerazioni spettrali, che in via approssimata rappresentano le massime accelerazioni attese su di un
sistema ad un sol grado di libertà con comportamento lineare, in funzione del suo periodo di oscillazione T e per uno smorzamento convenzionale pari al 5%. Sia la forma
spettrale che l’accelerazione orizzontale massima al suolo sono funzioni della probabilità di superamento PVR . Lo spettro elastico è inoltre funzione della categoria di sottosuolo e delle condizioni topografiche, che possono generare effetti locali di amplificazione.
In Figura 5.4.1 è riportata la forma dello spettro elastico in funzione dei diversi parametri. In particolare, ag è l’accelerazione orizzontale massima su sito di riferimento rigido orizzontale, η è un fattore correttivo rispetto al coefficiente di smorzamento pari
al 5%, S tiene conto della categoria di sottosuolo e delle condizioni topografiche, F o è il
fattore che quantifica l’amplificazione spettrale massima, con valore minimo pari a 2,2.
I valori dei periodi di vibrazione TB, TC e TD sono funzione della categoria di sottosuolo,
del periodo di riferimento Tc* e dell’accelerazione ag.
L’azione sismica si definisce attraverso lo spettro di progetto, che nel caso delle verifiche agli SLU si ottiene dividendo le ordinate dello spettro elastico per un coefficiente q,
denominato fattore di struttura.
Il fattore di struttura tiene conto del comportamento anelastico della costruzione soggetta ad azioni sismiche, ed in particolare delle capacità dissipative, delle sovraresistenze e degli incrementi del periodo proprio di oscillazione, che comportano globalmente una riduzione delle forze agenti rispetto al caso elastico (Petrini et al. 2004).
In generale, il fattore di struttura è definito dal prodotto q  q0  KR , dove q0 rappresenta il massimo valore di q e KR è un fattore riduttivo, che tiene conto delle caratteristiche di regolarità in altezza della struttura.
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Figura 5.4.1. Spettro di risposta elastico in accelerazione delle componenti orizzontali, secondo
le NTC08.
La stima del fattore di struttura dipende da diversi parametri, ed il suo valore deve essere accuratamente giustificato e verificato, soprattutto nelle analisi di vulnerabilità.
La normativa prescrive l’uso di fattori di struttura diversi, in funzione del tipo di costruzione e della tipologia strutturale, in accordo alle differenti capacità dissipative.
Nel caso di analisi dinamiche non lineari l’azione sismica viene valutata attraverso l’uso
di accelerogrammi, che possono essere sia naturali che artificiali.
Le caratteristiche degli accelerogrammi in termini di durata, massima accelerazione,
contenuto in frequenze e numero di cicli devono essere stabilite in funzione delle caratteristiche sismiche del sito di costruzione. In particolare, gli spettri degli accelerogrammi artificiali devono presentare uno scarto dell’ordinata media rispetto allo spettro elastico di riferimento non superiore al 10%.
Nel caso di accelerogrammi naturali, i segnali devono essere opportunamente scalati in
modo da approssimare gli spettri di risposta elastici nel campo di periodi di interesse
per il caso in esame.
Calcolati gli effetti dell’azione sismica, occorre combinare le sollecitazioni con le altre
azioni secondo la relazione:
Fd =E+G1 +G2 +
ψ Q
2j
kj
(5.1)
dove Fd è il modello delle azioni sulla costruzione che si ottiene dalla combinazione ed
E, G1, G2 e Qkj rappresentano rispettivamente l’azione sismica, le azioni permanenti relative ai pesi propri strutturali e non strutturali e le azioni variabili. ψ2j è un coefficiente riduttivo del valore caratteristico, denominato coefficiente di combinazione, attraverso il quale si calcola il valore quasi permanente dell’ azione variabile e si tiene conto
della simultaneità delle azioni.
Capitolo 5. Il quadro normativo e gli strumenti operativi per gli interventi di consolidamento sismico
5.4.6
Metodi di analisi
Con specifico riferimento alle azioni sismiche, le verifiche di sicurezza possono essere
effettuate attraverso uno dei seguenti metodi: analisi lineare statica, lineare dinamica
(o dinamica modale), non lineare statica e non lineare dinamica.
Nell’ analisi statica lineare l’azione sismica viene modellata attraverso un sistema di
forze statiche equivalenti alle forze inerziali indotte dal terremoto, applicate in corrispondenza delle diverse masse che si assumono generalmente concentrate in corrispondenza dei diversi impalcati.
Nell’analisi dinamica lineare, o dinamica modale, occorre determinare i modi di vibrazione della struttura. Gli effetti dell’azione sismica sono calcolati per ciascuno dei modi
di vibrare ed infine combinati tra loro.
Le analisi lineari, in particolare quelle dinamiche, forniscono utili indicazioni sul comportamento elastico di una struttura e indicano quali componenti elementi palsticizzano per primi. Tuttavia, non consentono di individuare i successivi meccanismi di collasso e la relativa ridistribuzione del danno. L’impiego delle analisi elastiche è, quindi,
soggetto a restrizioni, come dettagliatamente discusso ; la loro utilizzazione per
l’analisi delle prestazioni sotto sisma è quindi soggetta a restrizioni, come quelle discusse nel capitolo che riguarda la procedura LDP (=Linear Dynamic Procedure ) proposta dalle FEMA 356.
Nel caso si ritenga necessario eseguire un’analisi non-lineare è possibile eseguire sia
analisi dinamiche che statiche.
Le analisi dinamiche non lineari si basano sulla risoluzione delle equazioni del moto
della struttura soggetta ad un input sismico caratterizzato mediante accelerogrammi.
In accordo alla NTC 2008 ed all’EC8, nel caso in cui si utilizzano almeno sette diversi
gruppi di accelerogrammi, gli effetti sulla struttura sono calcolati sulla base dei valori
medi più sfavorevoli ottenuti dalle analisi.
Ai fini delle verifiche prestazionali, per strutture di particolare complessità ed importanza è possibile, inoltre, procedere attraverso analisi dinamiche incrementali. In questo caso, occorre scalare progressivamente ciascuno degli accelerogrammi selezionati,
analizzando la risposta della struttura in termini di duttilità e resistenza al variare
dell’intensità dell’azione.
Questo approccio, però, risulta spesso oneroso e a volte impraticabile. Sono stati quindi proposti, e vengono continuamente perfezionati, metodi semplificati basati su procedure statiche non lineari.
L’analisi statica non lineare consente di definire le curve di capacità a partire dalla curva di pushover. In particolare, la curva di pushover esprime il tagliante alla base della
struttura in funzione dello spostamento di un punto di controllo, generalmente scelto
in corrispondenza della copertura.
attraverso un sistema equivalente a quello considerato, ad un sol grado di libertà (Shibata & Sozen 1976).
Le curve di capacità si ricavano a partire dalle curve di pushover, dividendo le forze per
la massa partecipante e gli spostamenti corrispondenti per il fattore di partecipazione
modale e l’ampiezza modale.
Innovazione e sostenibilità negli interventi di riqualificazione edilizia. Best practice per il retrofit e la manutenzione
Tabella 5.4.3 Metodi di analisi e livelli di conoscenza
5.4.7
La modellazione strutturale
I modelli strutturali della costruzione possono essere di vario tipo, a seconda del metodo di analisi che si intende utilizzare. Il modello di calcolo deve essere tridimensionale e deve tener conto delle effettive distribuzioni di massa e di rigidezza. Per tale motivo, la modellazione strutturale viene generalmente implementata in programmi di
calcolo basati sul metodo degli elementi finiti.
Nelle analisi lineari, i modelli sono generati mediante elementi elastici il cui comportamento è definito sulla base delle teorie strutturali delle travi e delle piastre. Quando
si effettuano analisi non lineari è necessario implementare dei modelli che considerino
sia le non linearità geometriche e meccaniche.
Le non linearità geometriche possono essere tenute in conto amplificando le sollecitazioni del primo ordine con il metodo dei tagli fittizi (Horne & Merchant 1964), oppure
risolvendo la struttura in grandi spostamenti.
Per quanto concerne la non linearità meccanica, i modelli possono essere a plasticità
diffusa o concentrata. Nel primo caso l’elemento viene suddiviso in fibre ortogonali al
piano della sezione trasversale. A ciascuna fibra sono assegnate delle specifiche proprietà del materiale in funzione della posizione all’interno della sezione. Tali modelli
sono particolarmente indicati per seguire il comportamento non lineare degli elementi
in regime flessionale, ma non si prestano in genere a cogliere altri tipi di risposta, come
quella a taglio. Per tali motivi ed a causa dell’elevato onere computazionale ad essi associato, questo tipo di modellazione risulta particolarmente indicato nel caso di nuove
costruzioni, progettate per evitare rotture fragili degli elementi come quelle a taglio.
Nei modelli a plasticità concentrata la risposta anelastica viene modellata in parti discrete del modello, generalmente attraverso l’introduzione di elementi cerniera nonlineari con diversi gradi di libertà, a seconda del tipo di rottura che si intende cogliere
nell’analisi. Nel caso di analisi dinamiche non lineari è importante infine procedere ad
un‘appropriata modellazione dei legami costitutivi in campo anelastico anche per azioni cicliche.
5.4.8
Le verifiche per azioni sismiche
Per quanto concerne le verifiche degli elementi strutturali, i controlli devono essere
eseguiti sia in termini di resistenze che di duttilità e deformabilità.
Nel caso degli edifici in c.a è necessario infatti verificare sia i meccanismi duttili che
quelli fragili (Cosenza et. al. 2008; Manfredi et al. 2007).
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A tale riguardo si definiscono duttili i meccanismi che si attivano nelle travi, nei pilastri
e nelle pareti inflesse in presenza di bassi valori dello sforzo normale. Sono fragili i
meccanismi di taglio che si generano nelle travi, nei pilastri, nelle pareti e nei nodi.
Possono presentare un comportamento fragile anche i meccanismi di rottura flessionali dei pilastri soggetti a valori di sforzo normale particolarmente elevato.
Per quanto concerne l’analisi delle sollecitazioni, le caratteristiche assiali, flessionali e
taglianti possono essere opportunamente modificate rispetto ai valori ottenuti dal calcolo.
Mentre gli sforzi sugli elementi duttili sono quelli ottenuti dall’analisi strutturale, le sollecitazioni sugli elementi fragili si calcolano in funzione del tipo di analisi impiegato.
Nel caso di analisi statiche lineari con spettro elastico, i valori delle sollecitazioni possono essere valutate sulla base di considerazioni di equilibrio con gli elementi duttili.
Nelle analisi con spettro di progetto ridotto mediante fattore di struttura q, le sollecitazioni sugli elementi fragili corrispondono all’azione sismica calcolata per q = 1.5.
Le resistenze degli elementi vengono calcolate sulla base dei valori medi, dei fattori di
confidenza e dei coefficienti parziali di sicurezza del materiale. In generale, i valori di
calcolo delle resistenze degli elementi e dei meccanismi duttili o fragili sono ottenuti
dividendo le resistenze medie per i fattori di confidenza. Nel caso degli elementi fragili
primari tali valori devono essere ulteriormente ridotti attraverso il coefficiente parziale
di sicurezza dei materiali.
Per quanto concerne le verifiche, nel caso di analisi lineari con spettro elastico di strutture in c.a occorre procedere sia a controlli di deformabilità degli elementi duttili che
di resistenza di quelli fragili.
Le verifiche di sicurezza nelle analisi statiche lineari con fattore q consistono principalmente in verifiche di resistenza dei diversi elementi nei confronti delle sollecitazioni sismiche ridotte. Negli edifici in c.a. la verifica dei meccanismi duttili o fragili si esegue
controllando che la sollecitazione indotta dalle azioni di calcolo sia inferiore o uguale
alla resistenza dell’elemento.
Nelle analisi lineari con spettro di progetto, è necessario in particolare verificare che la
struttura nel suo insieme sia in grado di garantire delle capacità dissipative congruenti
con il fattore q adottato. La verifica si può ritenere soddisfatta se risultano applicate le
regole di progetto specifiche e di gerarchia delle resistenze indicate per le diverse tipologie costruttive. In via alternativa, è necessario verificare che la struttura possieda una
capacità di spostamento superiore alla domanda.
Sebbene la normativa consenta l’impiego dei metodi di analisi lineari, è preferibile nel
caso degli edifici esistenti procedere, quando possibile, secondo analisi non lineari.
Nel caso delle analisi non lineari, sia statiche che dinamiche, la procedura di verifica
prevede il confronto tra la capacità di spostamento della struttura e la domanda sismica.
Nelle analisi statiche non lineari la verifica avviene confrontando la capacità del sistema equivalente con la domanda sismica. Sia la domanda sismica che la capacità del sistema sono calcolate con riferimento al piano spettrale, dove sono riportate le pseudo
accelerazioni in funzione dei massimi spostamenti attesi. L’intersezione tra la domanda
e la capacità consente di individuare il punto di funzionamento o performance point,
così come illustrato in Fig. 5.4.2. La verifica consiste nel controllare che la domanda in
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spostamento corrispondente al performance point sia compatibile con la massima capacità.
Le principali procedure analitiche per la valutazione delle prestazioni degli edifici esistenti attraverso analisi pushover e spettri di domanda sono le seguenti:
•metodo dello spettro di capacità (CSM)
•metodo del coefficiente di spostamento (DCM)
•metodo N2
Per il metodo dello spettro di capacità si rinvia al documento ATC 40, mentre per il metodo del coefficiente di spostamento occorre far riferimento allee FEMA 356. Il metodo
N2 è implementato dall’EC8 e dalla norma italiana DM2008.
Figura 5.4.2. Ricerca della prestazione strutturale (Performance point) nel piano spettrale.
5.5
Strumenti e metodi di indagine
La geometria della struttura può essere desunta dai disegni originali o in base ad un rilievo. Nel primo caso è da eseguirsi un rilievo visivo a campione per verificare
l’effettiva corrispondenza del costruito ai disegni. Nel caso in cui tale corrispondenza
risulti non verificata è comunque da eseguirsi un rilievo ex‐novo della struttura in esame. I dati raccolti sulle dimensioni degli elementi strutturali devono essere tali da consentire la messa a punto di un modello strutturale idoneo ad un’analisi lineare per LC1
e ad una analisi lineare o non lineare per LC2 e LC3.
Le NTC08 non specificano l’applicazione di apposite tecniche di rilevazione, si rimanda
quindi all’applicazione delle tecniche di rilievo comunemente in uso, tali da descrivere
con un accettabile grado di aleatorietà la geometria dell’opera in esame allo scopo di
definire un modello geometrico coerente. Tali tecniche si basano sull’applicazione di
appositi strumenti, ognuno dei quali caratterizzato da uno specifico grado di aleatorietà del rilievo.
Questi, in base alla metodologia di riferimento, possono sommariamente raggrupparsi,
nell’ordine, in strumenti per il rilievo diretto, per il rilievo indiretto, strumenti per il rilievo fotogrammetrico ed a tecnologia laser scanner.
Capitolo 5. Il quadro normativo e gli strumenti operativi per gli interventi di consolidamento sismico
5.6
Categorie di interventi
Nelle Norme tecniche per le costruzioni sono classificate diverse categorie di interventi
strutturali in funzione del livello di sicurezza che si intende conseguire.
In particolare, le tipologie di intervento sulle strutture esistenti possono essere classificate nelle seguenti categorie:
-
interventi di adeguamento;
interventi di miglioramento;
riparazioni o interventi locali.
Gli interventi di adeguamento sono mirati ad ottenere i livelli di sicurezza previsti dalle
norme ed in conformità alle nuove costruzioni. Si precisa che è obbligatorio procedere,
ove necessario, ad interventi di adeguamento strutturale nei casi di sopraelevazione ed
in quelli di ampliamento e variazione di destinazione d’uso che comportino incrementi
dei carichi complessivi in fondazione superiori al 10%. La valutazione della sicurezza ed
il progetto dell’intervento devono necessariamente riferirsi in questi casi all’intero
fabbricato.
Si definisce intervento di miglioramento l’insieme delle misure atte ad incrementare la
sicurezza della costruzione esistente, senza peraltro l’obbligo di raggiungere i livelli
previsti dalla norme. Le valutazioni della sicurezza pre- e post-intervento devono essere condotte con riferimento a tutte le parti dell’edificio oggetto degli interventi di miglioramento. Rientrano in questa categoria di interventi le sostituzioni di solai che
comportano una significativa variazione di rigidezza nel piano.
Infine, si definiscono di riparazione o di tipo locale gli interventi che vengono effettuati
su singole parti o elementi della struttura, ed in generale relativi a porzioni limitate
della costruzione, che non comportano modifiche sostanziali nella risposta globale. In
questi casi la valutazione della sicurezza ed il progetto dell’intervento possono essere
riferiti alle parti direttamente interessate.
Per ciascuna tipologia costruttiva, la normativa e la circolare applicativa definiscono i
criteri ed i tipi di intervento, nonché i modelli di riferimento per il calcolo delle capacità
dissipative e resistenti.
Tra le diverse specifiche relative al progetto dell’intervento di adeguamento o miglioramento, è prevista in particolare la verifica della struttura prima dell’intervento con
identificazione delle carenze e del livello di azione sismica per la quale viene raggiunto
lo SLU, la scelta del tipo di intervento e la verifica della struttura post-intervento, con
determinazione dell’azione sismica per la quale viene raggiunto lo SLU.
5.7
Conclusioni
In questo capitolo è stata presentata una descrizione sintetica dei metodi di verifica
per azioni sismiche, con riferimento agli edifici esistenti in calcestruzzo armato, allo
scopo di evidenziare le diverse problematiche inerenti il problema della valutazione e
della misura della sicurezza.
Sono stati illustrati sia i criteri di progetto che i metodi di verifica introdotti nel nuovo
quadro normativo, con riferimento ai diversi requisiti di resistenza, rigidezza e duttilità
Innovazione e sostenibilità negli interventi di riqualificazione edilizia. Best practice per il retrofit e la manutenzione
delle costruzioni e sulla base dell’ approccio prestazionale di tipo semiprobabilistico
adottato per la misura della sicurezza.
Alla luce del quadro presentato, appare chiaro come le differenze connesse alle diverse procedure di verifica e di progettazione possono avere importanti ricadute sui costi
dei diversi tipi di intervento e pertanto devono essere attentamente considerate in fase di progetto.
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