L`approccio prestazionale
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L`approccio prestazionale
L’APPROCCIO PRESTAZIONALE (NTC-08) 1. Concetti alla base dell’intervento 2. Tipologie tradizionali di intervento 3. Sistemi di protezione passiva Giuseppe Andrea FERRO Ordinario di Scienza delle Costruzioni Politecnico di Torino INDICE 2 INDICE DIAPOSITIVA 2 1. NOVITÀ CONCETTUALI E NORMATIVE 1.1 Nuovi riferimenti normativi 1.2 Nuovi riferimenti concettuali 1.3 I terremoti significativi DIAPOSITIVE 3 –28 Diapositive 3 – 8 Diapositive 9 –14 Diapositive 15 –28 2. LA FILOSOFIA PROGETTUALE (NTC-08) DIAPOSITIVE 29 –77 2.1 Prog. prestaz. e strategie progettuali Diapositive 29 -54 2.2 Criteri generali d’intervento nella NTC-08 Diapositive 55 -77 3. SICUREZZA E INTERVENTI NELLA NTC-08 DIAPOSITIVE 78–114 3.1. Valutazioni di sicurezza Diapositive 78-87 3.2. Tipologie d’intervento Diapositive 88 –101 3.3. Progetto e indagini, materiali, azioni Diapositive 102–108 3.4. Costruzioni di c.a. o acciaio Diapositive 109-113 NOVITÀ NORMATIVE NUOVI RIFERIMENTI NORMATIVI scaricabili gratuitamente dal sito: http://www.cslp.it 3 I NUOVI RIFERIMENTI NORMATIVI 4 NTC-08 Norme Tecniche per le Costruzioni Capitolo 2 Sicurezza e prestazioni attese Capitolo 3 Azioni sulle costruzioni 2.2 Stati limite 2.4 Vita nominale, classi d’uso e periodo di riferimento 2.5 Azioni sulle costruzioni (2.5.3. Combinazioni delle azioni) 3.2 Azione sismica 3.3 Azioni del vento Capitolo 4 4.1 Costruzioni di calcestruzzo Costruz. civili e industr. 4.3 Costruzioni composte di acciaio-calcestruzzo Capitolo 7 Progettazione per azioni sismiche Capitolo 8 Costruzioni esistenti Capitolo 11 Materiali e prodotti per uso strutturale 7.4 Costruzioni di calcestruzzo 7.10 Costruzioni e ponti con isolamento e/o dissipazione 7.11 Opere e sistemi geotecnici 8.4 Classificazione degli interventi 8.7 Valutazione e progettazione in presenza di azioni sismiche (8.7.2 Costruzioni in cemento armato o in acciaio) 11.2 Calcestruzzo 11.3 Acciaio 4 I NUOVI RIFERIMENTI NORMATIVI 5 Commenti, approfondimenti ed istruzioni esplicative per la corretta applicazione delle norme sono contenuti nella: Circolare n°617 del 02/02/2009 contenente ISTRUZIONI per l applicazione delle Norme tecniche per le costruzioni di cui al D.M. del 14 gennaio 2008 Tale circolare ripercorre i paragrafi delle NTC-08 mantenendo la stessa numerazione delle norme (i numeri sono preceduti dalla lettera C che sta per Circolare). . Sono presenti inoltre delle APPENDICI che contengono integrazioni a quanto riportato nella Normativa e nella Circolare. Si farà riferimento all APPENDICE C8A del capitolo C8 I NUOVI RIFERIMENTI NORMATIVI 6 Nell’ottica di riduzione del rischio sismico della costruzione (insieme di struttura,elementi non strutturali,impianti) utili le: LINEE GUIDA per il rilevamento della vulnerabilità degli elementi non strutturali nelle scuole (Intesa Rep. 7/CU 28/1/2009) Nate da problematiche totalmente diverse da quelle sismiche (vulnerabilità legata a vetustà e mancata manutenzione) sono comunque utili per capire in che modo affrontare il problema della valutazione della vulnerabilità di elementi non strutturali. I NUOVI RIFERIMENTI NORMATIVI 7 Istruzioni esplicative sull’obbligatorietà di applicazione delle norme e sul regime transitorio sono contenuti nella: CIRCOLARE 11 dicembre 2009 Entrata in vigore delle norme tecniche per le costruzioni di cui alla NTC-08. Circolare 5 agosto 2009 Ulteriori considerazioni esplicative. (09A15018) Il momento di discrimine tra l'utilizzo della vecchia e della nuova disciplina viene individuato: q per i lavori pubblici, nell'affidamento dei lavori ovvero nell'avvio della progettazione definitiva o esecutiva; q per le costruzioni di natura privatistica, nell'inizio della costruzione dell'opera o della infrastruttura. 7 I NUOVI RIFERIMENTI NORMATIVI 8 IN SINTESI: * Norme Tecniche per le Costruzioni (D.M. 14.01.2008) (NTC-08), Cap. 8 –pag. 327-335 (9 pagine) * Circ. 2 febbraio 2009, n. 617 - Istruzioni per la applicazione delle NTC-08, Cap. C8 –pag. 279-303 (25 pagine), * C8A - Appendice al CAP. C8 – pag. 374-434 (61 pagine) * Eurocode 8: Design of structures for earthquake resistance, Part 3: Assessment and retrofitting of buildings –pag. 1-89 Normativa italiana Normativa europea I contenuti del Cap.8 delle NTC e della Circ. 617 costituiscono un riferimento generale che può essere integrato, in casi particolari, da valutazioni specifiche ed anche alternative da parte del progettista, COMUNQUE BASATE SU CRITERI E METODI DI COMPROVATA VALIDITÀ. PREMESSE NUOVI RIFERIMENTI CONCETTUALI 9 NOVITÀ CONCETTUALI 10 LE NTC-08 HANNO LA FINALITÀ PRINCIPALE DI MINIMIZZARE IL RISCHIO SISMICO DELLA COSTRUZIONE (insieme di struttura, elementi non strutturali, impianti), NON DELLA SOLA STRUTTURA. Nuova attenzione nei confronti di resistenza e duttilità di: q elementi non strutturali, q finiture, q impianti Presa in conto, a fronte di una “domanda sismica” articolata su più livelli di azione, di una “capacità sismica” articolata su più livelli di prestazione. Definizione di più stati limite (4 invece dei 2 precedentemente considerati) finalizzata a garantire una puntuale rispondenza tra capacità e domanda. Richiesta di strutture robuste e, quindi, duttili, sia localmente che globalmente, indipendentemente dalla presenza o meno delle azioni sismiche. Uso sistematico di modelli di calcolo non lineari, sia localmente che globalmente. 11 DEFINIZIONI LEGATE AL RISCHIO RISCHIO SISMICO PV (L) R Misura probabilistica della severità degli effetti (perdite=L) prodotte dal sisma in un sito prefissato, in un periodo temporale di riferimento VR prefissato. PERICOLOSITÀ SISMICA PV (I) R Misura probabilistica della severità del sisma (Intensità=I) che può venire in un sito prefissato, in un periodo temporale di riferimento VR prefissato. VULNERABILITÀ SISMICA P [D / I,T ] Misura probabilistica della severità del danno (D) che un manufatto di tipologia T prefissata subisce per effetto di un sisma di intensità I prefissata. ESPOSIZIONE P [E / T ] Misura probabilistica della quantità di beni e attività (E), che si accompagnano ad una tipologia T prefissata. DEFINIZIONI LEGATE AL RISCHIO Rischio=… Vulnerabilità x Pericolosità x Esposizione P[L]= ∑ P[L | D, E, T]⋅P[D | I, T]⋅ P[I]⋅ P[T]⋅ P[E | T] I ,T , E , D ( L:Loss, I:Intensity, T:Tipology, E:Exposure, D:Damage) La definizione del RISCHIO SISMICO deriva dall’incrocio di tre competenze: INGEGNERE GEOLOGO ECONOMISTA STRUTTURISTA SISMOLOGO PIANIFICATORE P[I] Pericolosità P[E|T] Esposizione P[D|I,T] Vulnerabilità 12 COMPETENZE LEGATE AL RISCHIO 13 Le competenze di ingegnere e geologo sono state, fino ad oggi, sempre presenti anche se, spesso, in contrasto. È invece sempre mancata la pianificazione, ossia l’economista. Tale mancanza è dovuta • all’atteggiamento con cui si è affrontato il sisma, visto non come fenomeno sostanzialmente periodico con il quale convivere, bensì come catastrofe, ossia fenomeno eccezionale • all’assenza di un approccio alla valutazione del rischio. Per ridurre il rischio sismico occorre: q assumere, in merito ai rischi, decisioni di carattere politico, da dibattere pubblicamente q intendere la costruzione come insieme di struttura, finiture, impianti, NON FISSARE L’ATTENZIONE SOLO SULLE STRUTTURE La NTC-08 INIZIA A MUOVERSI IN QUESTA DIREZIONE. MODELLO PROBABILISTICO DEL RISCHIO 14 INTENSITÀ SISMICA TIPOLOGIA EDILIZIA I T PV (I) P[D|I,T] Pericolosità Vulnerabilità R PVR [ L] = ESPOSIZIONE P[T] E P[E|T] P[L|D,E,T] Esposizione " P [ L | D, E, T ] !P [ D | I , T ] ! P [I ]! P [T ]! P [E | T ] I ,T , E , D VR Si tratta di un procedura teorica, la cui validità è funzione della qualità della base dati, carente per quanto riguarda i termini evidenziati. LA LEZIONE DEI TERREMOTI LA LEZIONE DEI TERREMOTI SIGNIFICATIVI 15 I TERREMOTI SIGNIFICATIVI 16 Nella progettazione antisismica delle strutture alcuni terremoti sono stati particolarmente “importanti”. In particolare (I COSTI PRESCINDONO DALL’ESPOSIZIONE): San Fernando, 6.00 a.m. 9 febbraio 1971, $ 0,5 miliardi, Mw=6,6, 65 morti Loma Prieta , 5.04 p.m. 17 ottobre 1989, $ 6,0 miliardi, Mw=6,9, 63 morti Northridge, 4.31 a.m. 17 gennaio 1994, $ 20,0 miliardi, Mw=6,7, 60 morti Al terremoto di San Fernando, ed in particolare alla diga di Pacoima (Pacoima Dam), dobbiamo la definitiva affermazione della progettazione in duttilità. Ai terremoti di Loma Prieta e Northridge, ed in particolare ai danni ai ponti, dobbiamo l’affermazione del “Displacemente Based Design”, ossia la progettazione in spostamenti, non solo in resistenza. Al terremoto di Northridge, ed in particolare ai danni agli ospedali di Sylmar, dobbiamo la “Vision 2000” e la progettazione prestazionale, ossia la rinnovata attenzione al rischio sismico, attribuito in buona parte agli elementi non strutturali ed agli impianti. SAN FERNANDO Conosciuto anche come “terremoto di Sylmar”. La maggior parte dei 65 morti si è avuta nel crollo del Veteran's Administration Hospital. Altri ospedali hanno sofferto danni significativi. Tra questi lo Olive View Community Hospital in Sylmar. Centrale la diga di Pacoima, per i risultati registrati dagli accelerometri posizionati su di essa dalla USGS. 17 Olive View Community Hospital in Sylmar SAN FERNANDO 18 Lo strumento 17 sulla diga di Pacoima registra 1.25 g ⇑ alla corda SAN FERNANDO CONFRONTO TRA LE REGISTRAZIONI DI TERREMOTI DIVERSI 19 CONSEGUENZE SULLA PROGETTAZIONE 20 CONSEGUENZE DEL TERREMOTO DI SAN FERNANDO PRIMA CONSEGUENZA - abbandono dei modelli statici e ricerca di modelli dell’azione e della struttura più aderenti al reale comportamento dinamico. - si affermano le tecniche che decompongono azione sismica e struttura in componenti elementari SECONDA CONSEGUENZA - presa di coscienza dell’impossibilità di realizzare, in modo economicamente accettabile, strutture antisismiche elastiche - si afferma una filosofia di progettazione che accetta l’entrata in campo plastico della struttura e la utilizza come tecnica di protezione passiva. CONSEGUENZE SULLA NORMATIVA 21 APPLIED TECHNOLOGY COUNCIL “TENTATIVE PROVISIONS FOR THE DEVELOPMENT OF SEISMIC REGULATIONS FOR BUILDINGS” (ATC-3-06 / 1978) È la prima norma che non solo utilizza la plasticizzazione per ridurre le azioni di progetto, ma stabilisce anche un legame inverso tra entità della plasticizzazione e azioni di progetto. L’entità delle azioni di progetto viene legata alla capacità della struttura di plasticizzarsi senza collassare, ossia alla duttilità della struttura. All’aumentare della plasticizzazione della struttura, infatti, si riduce la rigidezza e aumenta l’energia dissipata per isteresi; di conseguenza si riducono le forze d'inerzia sulla struttura. FILOSOFIA DI PROGETTO PRESTAZIONALE CHE FISSA LE PRESTAZIONI DESIDERATE IN FUNZIONE DEL LIVELLO DELL’AZIONE SISMICA CONSEGUENZE SULLA NORMATIVA 22 SI VUOLE RIDURRE IL RISCHIO SISMICO L (Loss=perdite) Rischio sismico = Pericolosità x Vulnerabilità x Esposizione LA NORMATIVA È FINALIZZATA A PRODURRE EDIFICI CHE: • sopportino i sismi di minore severità senza danni • sopportino i sismi di moderata severità senza danno significativo alle strutture, ma con qualche danno agli elementi non strutturali • sopportino i sismi di maggiore severità senza crolli e salvando le vite. • consentano, maggiorando le azioni di un coeff. I, di mantenere operative alcune strutture essenziali per la sicurezza pubblica ed i soccorsi anche dopo il sisma di maggiore intensità. PER OTTENERE LE PRESTAZIONI VOLUTE SI EFFETTUANO CONTROLLI DI QUALITÀ LOMA PRIETA Il terremoto di Loma Prieta è stato un evento sismico particolarmente violento (ha raggiunto il IX grado della Scala Mercalli), Ha causato 63 morti, oltre 3.000 feriti, circa 10.000 sfollati, e ingenti danni agli edifici ed alle infrastrutture. Fatalmente il terremoto si è verificato durante il warm-up per la terza partita di World Series del 1989, e perciò è stato il primo grande terremoto ad essere trasmesso in diretta televisiva. Il sisma ha causato gravi danni in tutta la San Francisco Bay Area, più in particolare nelle città di San Francisco e Oakland, ma anche in molti altri centri più piccoli della regione: in particolare molti ponti si sono spezzati o hanno subito gravi lesioni, tra cui il Bay Bridge e alcuni ponti e viadotti delle strade statali. 23 LOMA PRIETA 24 Il San Francisco-Oakland Bay Bridge è un ponte sospeso della Interstate 80 freeway che attraversa la Baia di San Francisco, collegando la città di San Francisco con la città di Oakland e le contee di Contra Costa e Alameda, sulla sponda orientale della baia. Il ponte ha uno sviluppo di 8,5 miglia. Il progetto originale fu di Ralph Modjeski. Il ponte fu completato nel 1936 ed aperto al pubblico sei mesi prima del Golden Gate Bridge. Nella foto si vedono i danni riportati da uno dei viadotti d’accesso, caduto dagli appoggi per lunghezze di sovrapposizione tra travata e appoggi troppo contenute per sostenere gli spostamenti imposti alla travata ed alla pila dal sisma. LOMA PRIETA 25 Parte del “double-deck” conosciuto come Cypress Street Viaduct, è crollato durante il terremoto, causando 42 vittime La ricostruzione della parte danneggiata ha richiesto circa 10 anni, a causa di discussioni sorte in merito all’impatto ambientale. La freeway ha riaperto nel 1997, su un nuovo tracciato, con un costo di 1,13 miliardi di $. NORTHRIDGE 26 IL terremoto di Northridge ha causato forti danni a parcheggi e sovrappassi. Ad esempio un parcheggio da 2500 auto della “California State University at Northridge”, distante circa 3 km dall’epicentro, è crollato. La I-5/SR14 Interchange , a circa 12 km dall epicentro, era stata seriamente danneggiata già nel 1971 (San Fernando), quando era ancora in costruzione. La costruzione dopo il terremoto è stata completata usando i progetti originali, eccetto che per le colonne non ancora costruite o da ricostruire. Nei nuovi progetti la spaziatura delle staffe è stata ridotta e, negli stadi finali della costruzione, sono stati aggiunti dei ritegni in corrispondenza dei giunti di dilatazione. NORTHRIDGE 27 I danni hanno riguardato principalmente i ponti ed hanno costituito un utile indicazione in merito all efficacia degli interventi effettuati dopo Loma Prieta. Alcune tipologie inusuali (ad esempio, sulla Route 118 le colonne svasate del Mission-Gothic Undercrossing) hanno evidenziato danni inattesi, localizzati subito al disotto dell’allargamento. Le tipologie di adeguamento adottate si sono rivelate, in generale, efficaci (ad esempio nel Santa Monica freeway (I-10) sul quale si era intervenuti con camice di confinamento in acciaio e che non ha riportato danni). NORTHRIDGE 28 Danni non strutturali hanno causato la chiusura temporanea, l’evacuazione o il trasferimento di pazienti in 10 importanti strutture ospedaliere. Questi ospedali, senza danni strutturali sono stati resi inattivi da fughe d’acqua degli impianti antincendio, nonché da danni legati a vetri rotti, controsoffitti e corpi illuminanti caduti, danni agli ascensori, danni agli impianti elettrici di emergenza. Due di questi ospedali, il Los Angeles County Olive View Medical Center e lo Holy Cross Medical Center, ambedue in Sylmar, avevano subito seri danni strutturali 1971 (San Fernando) ed erano stati demoliti ed interamente ricostruiti prima del 1994 (Northridge). CRITERI GENERALI LA FILOSOFIA PROGETTUALE MULTIPRESTAZIONALE DELLA NTC-08 29 LE STRATEGIE PROGETTUALI STRATEGIE PROGETTUALI MULTIPRESTAZIONALI 30 STRATEGIE PROGETTUALI MULTIPREST. 31 I danni visti per Loma Prieta e Northridge (forte variabilità, a seconda della tipologia strutturale, palese evidenza del costo, in termini di mancata operatività, legato al danneggiamento di ospedali e ponti), hanno spinto verso una idea di progettazione articolata su: q più livelli di domanda sismica, q più livelli di prestazione simica. Si sono affermate due idee progettuali sostanzialmente nuove: q PROGETTAZIONE MULTIPRESTAZIONALE per seguire, con la variabilità della capacità, la variabilità della domanda q STRATEGIE PROGETTUALI (coppie capacità-domanda) MULTIPLE Imponendo la corrispondenza tra capacità e domanda si è mirato alla riduzione del rischio sismico (mai più terremoti piccoli ma costosi). Imponendo la strategia di progettazione multiprestazionale si è mirato a comportamenti variabili, a fronte dello stesso sisma, per costruzioni aventi importanza diversa, ossia strategie di progettazione legate. ALL’USO CHE DELLA COSTRUZIONE VIENE FATTO STRATEGIE PROGETTUALI (NTC-08) 32 Le NTC adottano un approccio prestazionale alla progettazione, (mutuato dalla più recente normativa USA e segnatamente dalla VISION 2000 del 1995). Le prestazioni della costruzione sono individuate richiedendo il rispetto di più stati limite, sia di esercizio che ultimi. Nel caso della progettazione antisismica, tale rispetto viene valutato confrontando gli effetti delle azioni sismiche (domanda) con le corrispondenti prestazioni della costruzione (capacità) ed accertandosi che: capacità ≥ domanda per tutti gli stati limite considerati PER CIASCUNO DEGLI STATI LIMITE CONSIDERATI la domanda sismica è legata al periodo di ritorno TR del sisma cui rapportare la capacità della costruzione in quel particolare stato limite STRATEGIE PROGETTUALI MULTIPREST. OB 50% / 50 anni Obiettivo Base TRTR=72 anni OE OC Obiettivo per edifici Essenziali Obiettivo per edifici Critici Livello di severità del terremoto 20% / 50 anni anni TTR=225 R 10% / 50 anni TRTR=475 anni 2% / 50 anni TRTR=2.475 anni OB OE OB OC OE OB OC OE OB 5-E (PC) del collasso Prevenzione 3-C (SV) della vita Salvaguardia 1-B (OI) immediata Occupabilità 1-A (O) Livelli e campi di prestazione per gli edifici Operatività STRATEGIE DI PROGETTAZIONE NELLE LINEE GUIDA FEMA 356 33 STRATEGIA PROGETTUALE DI NORMA 34 Al variare del TR sismico, la strategia di progettazione lega la variabilità della capacità della costruzione alla variabilità della domanda sismica. La rispondenza tra variabilità della capacità e variabilità della domanda è conseguibile seguendo PIÙ STRATEGIE che, a parità di domanda, vedono la capacità della costruzione crescere al ridursi del rischio sismico accettato. IL LIVELLO DI RISCHIO SISMICO ACCETTATO SI LEGA ALL’USO DELLA COSTRUZIONE ED AI SUOI RIFLESSI SULLA PROTEZIONE CIVILE . L’approccio poissoniano adottato (NTC-08) lega la domanda TR = -‐ VR /ln(1 -‐ Pn≥1 ) sismica a TR Per trovare TR occorrono VR = Periodo di riferimento e Pn≥1 = Probabilità di superamento. Si ha VR VARIABILE e Pn≥1 FISSO e collegato a ciascuno SL. TALE SCELTA È APPARSA COME LA PIÙ OPPORTUNA, OPERATIVAMENTE, MA È COMUNQUE RIDEFINIBILE. VITA NOMINALE VN (§ 2.4.1 e § C2.4.1) 35 Il periodo di riferimento VR = VN CU si lega alla vita nominale VN attribuita alla costruzione in fase di progettazione e all’uso cui la costruzione è adibita nel corso del suo utilizzo e che ne individua il coefficiente d’uso CU. Con riferimento alla durabilità delle costruzioni, la VN così come definita al § 2.4.1 delle NTC, è la durata (da indicare espressamente negli elaborati di progetto) per cui dimensionare le strutture ed i particolari costruttivi, scegliere i materiali e le eventuali applicazioni e misure protettive per garantire il mantenimento della resistenza e della funzionalità. La norma prevede, al variare della VN espressa in anni, 3 tipi di costruzioni: § le tipo 1 (VN ≤10 anni), Opere provvisorie – Opere in fase costruttiva § le tipo 2 (50 anni ≤VN≤100 anni), Opere ordinarie, ponti, opere infrastrutturali e dighe, di dimensioni contenute, o di importanza normale § le tipo 3 (VN≥100 anni) Opere, ponti, opere infrastrutturali e dighe, di grandi dimensioni, o di rilevante importanza . Nelle previsioni progettuali dunque, se le condizioni ambientali e d’uso sono rimaste nei limiti previsti, non prima della fine di detto periodo saranno necessari interventi di manutenzione straordinaria per ripristinare le capacità di durata della costruzione. L’effettiva durata della costruzione esce dalle possibilità progettuali di previsione, venendo a dipendere da eventi futuri fuori dal controllo del progettista. 36 CLASSI D’USO, CU (§ 2.4.2 e § C2.4.2) Le NTC attribuiscono alle costruzioni, in funzione della destinazione d uso e quindi delle conseguenze di una interruzione di operatività o di un eventuale collasso sismico, 4 classi d uso e 4 coefficienti d uso CU . Le 4 classi d uso di cui al § 2.4.2 delle norme corrispondono, a meno di alcune limitate modifiche delle definizioni, necessarie per il loro adattamento alla realtà nazionale, alle 4 classi di importanza di cui al § 4.2.5 della EN 1998-1; alle classi d importanza dette la norma europea fa corrispondere coefficienti d importanza γI analoghi, per significato (1), ai coefficienti d uso CU della NTC, ma diversi da essi in termini di utilizzo e valori. CLASSE D USO I II III IV COEFFICIENTE CU 0,7 1 1,5 2,0 (1) (EN1998-1 fondo pag. 29) An importance factor γI is assigned to each importance class. Wherever feasible this factor should be derived so as to correspond to a higher or lower value of the return period of the seismic event CLASSI D’USO (§ 2.4.2 e § C2.4.2) 37 Classe I: Costruzioni con presenza solo occasionale di persone, edifici agricoli. Classe II: Costruzioni il cui uso preveda normali affollamenti, senza contenuti pericolosi per l’ambiente e senza funzioni pubbliche e sociali essenziali. Industrie con attività non pericolose per l’ambiente. Ponti, opere infrastrutturali, reti viarie non ricadenti in Classe d’uso III o in Classe d’uso IV, reti ferroviarie la cui interruzione non provochi situazioni di emergenza. Dighe il cui collasso non provochi conseguenze rilevanti. Classe III: Costruzioni il cui uso preveda affollamenti significativi. Industrie con attività pericolose per l’ambiente. Reti viarie extraurbane non ricadenti in Classe d’uso IV. Ponti e reti ferroviarie la cui interruzione provochi situazioni di emergenza. Dighe rilevanti per le conseguenze di un loro eventuale collasso. Classe IV: Costruzioni con funzioni pubbliche o strategiche importanti, anche con riferimento alla gestione della protezione civile in caso di calamità. Industrie con attività particolarmente pericolose per l’ambiente. Reti viarie di tipo A o B, di cui al D.M. 5 novembre 2001, n. 6792, “Norme funzionali e geometriche per la costruzione delle strade”, e di tipo C quando appartenenti ad itinerari di collegamento tra capoluoghi di provincia non altresì serviti da strade di tipo A o B. Ponti e reti ferroviarie di importanza critica per il mantenimento delle vie di comunicazione, particolarmente dopo un evento sismico. Dighe connesse al funzionamento di acquedotti e a impianti di produzione di energia elettrica STRATEGIA PROGETTUALE DI NORMA 38 La rispondenza domanda - capacità si lega a 4 stati limite SLO (SL immediata Operatività) 2 Stati Limite di Esercizio (SLE) SLD (SL Danno/immediata Occupazione) SLV (SL salvaguardia della Vita) 2 Stati Limite Ultimi (SLU) Spost. SLC (SL prevenzione del Collasso) u4 Taglio alla base u3 u2 u1 S-5 Prevenzione del collasso S-3 Salvaguardia della vita S-1 Occupabilità immediata S-2 Controllo del danno S-4 Limitata sicurezza strutturale Campo elastico Spostamento laterale ultimo piano DEFINIZIONE STATI LIMITE DI ESERCIZIO 39 STATI LIMITE DI ESERCIZIO (SLE) Nei confronti delle azioni sismiche gli stati limite, sia di esercizio che ultimi, sono individuati riferendosi alle prestazioni della costruzione nel suo complesso, includendo gli elementi strutturali, quelli non strutturali e gli impianti. Gli stati limite di esercizio sono: -Stato Limite di Operatività (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 d'uso significativi; -Stato Limite di immediato utilizzo o 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 capacità di resistenza e di rigidezza nei confronti delle azioni verticali ed orizzontali mantenendosi, dunque, immediatamente utilizzabile pur nell interruzione d’uso di parte delle apparecchiature. DEFINIZIONE STATI LIMITE ULTIMI 40 STATI LIMITE ULTIMI (SLU) 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 e significativi danni dei componenti strutturali cui si associa una perdita significativa di rigidezza nei confronti delle azioni orizzontali; la costruzione conserva invece una significativa parte della resistenza per azioni orizzontale e resistenza e rigidezza per azioni verticali quasi immutate manifestando ancora, nel complesso, un significativo margine di sicurezza nei confronti del collasso; -Stato Limite di prevenzione del Collasso (SLC): a seguito del terremoto la costruzione subisce gravi rotture e crolli dei componenti non strutturali e strutturali, cui si associa una perdita sostanziale di rigidezza e significativa di resistenza nei confronti delle azioni orizzontali; la costruzione conserva ancora una significativa parte della rigidezza e resistenza per azioni verticali ed un esiguo margine di sicurezza nei confronti del collasso. VALUTAZIONE DELLA DOMANDA 41 OPERATIVAMENTE: Si valuta (§ 2.4 delle NTC) il periodo di riferimento VR= VN CU Si ricava poi, per ciascuno degli SL considerati e delle relative probabilità di eccedenza su VR, il periodo di ritorno del sisma TR (POISSON); per i 4 SL considerati, si hanno questi TR in funzione di VR: STATI LIMITE SLE SLU PVR Valori in anni del periodo di ritorno TR al variare del periodo di riferimento VR SLO 81% (1) 30 anni ≤ TR = 0,6 VR SLD 63% TR = VR SLV 10% TR = 9,5 VR SLC 5% TR = 19,5 VR ≤ 2475 anni (1) Tali risultati derivano dalla strategia progettuale che impone, al variare di VR, la costanza della probabilità di superamento PVR che compete a ciascuno degli stati limite considerati (strategia progettuale di norma). [1] I limiti inferiore (30 anni) e superiore (2475 anni) per TR sono fissati dall’appendice A delle NTC e sono dovuti all’intervallo di riferimento della pericolosità sismica attualmente disponibile; azioni sismiche riferite a TR più elevati possono essere considerate per opere speciali. * STRATEGIA PROGETTUALE DI NORMA 42 Al variare della strategia di progettazione, variano i TR relativi ai diversi Stati Limite (SL) e, dunque, varia l entità della relativa domanda, cui la capacità della costruzione deve, necessariamente, adeguarsi. Di più, mentre per gli SLE ci si riferisce agli spettri di risposta elastici, per gli SLU ci si riferisce agli spettri di progetto (spettri elastici divisi per il fattore di struttura q), con ovvie possibilità di sorpasso degli SLE sugli SLU, al crescere del fattore di struttura q e al passare dalla CD B alla CD A . QUALE Stato Limite È DIMENSIONANTE PER LA COSTRUZIONE? STRATEGIA PROGETTUALE DI NORMA 43 Per individuare e motivare i cambiamenti eventualmente intervenuti, è opportuno sapere: • quanta parte di essi sia dovuta alla pericolosità di riferimento • quanta parte di essi sia dovuta alle strategie di progettazione. A tal fine, preliminarmente, per tutti i nodi ricadenti sul territorio nazionale si è valutato il rapporto tra le risposte spettrali elastiche massime in accelerazione per PV = 10% (SLV) e per = 63% (SLD) calcolate su sito di riferimento rigido con PV superficie topografica orizzontale (Sottosuolo Tipo A). Tale valutazione è stata effettuata per VR= 50, 75, 100, 150, 200 anni. R R SLV = a g − SLV ⋅ F0 − SLV SLD = a g − SLD ⋅ F0 − SLD SLV SLD STRATEGIA PROGETTUALE DI NORMA 44 I risulta= o>enu= sono riporta= in tabella e rappresenta= nel grafico. Al crescere del periodo di riferimento V R , il rapporto si riduce, asintoticamente, da 2,573 a 2,281, attestandosi mediamente su 2,415. Tenuto conto dei valori di q le possibilità che SLD superi SLV, specie in CD A , sono significative in media e ancor più sul singolo nodo di rete. Valori medi di SLV / SLD ed IC95% al variare di VR Periodo di riferimento VR SLV / SLD (in accel.) media nazionale del rapporto tra Semax IC95% Intervallo di Confidenza al 95% VR = 50 anni 2.573 1.383 VR = 75 anni 2.478 1.305 VR =100 anni 2.411 1.259 VR =150 anni 2.331 1.180 VR =200 anni 2.281 1.126 0.50 MEDIA 2.415 1.250 0.00 DEV. ST. 0.116 0.101 Coeff. di Var. 5% 8% 3.50 SLV/SLD (-) 3.00 2.50 2.00 1.50 1.00 25 50 75 100 125 150 175 200 Periodo di riferimento VR (in anni) 45 SLV/SLD SUI PUNTI DELLA RETE Rapporto in accelerazione SLV/SLD sui nodi della rete, per VR=50 anni 5.00 4.50 4.00 3.50 3.00 2.50 2.00 1.50 1.00 Valore medio 0.50 Intervallo di confidenza al 95% 0.00 0 2000 4000 6000 8000 10000 STRATEGIA PROGETTUALE DI NORMA 46 In conseguenza di ciò la NTC-08 impone, per gli SLE, non solo verifiche di rigidezza, ma anche verifiche di resistenza. Alla capacità della struttura si chiede dunque di confrontarsi (per le sole strutture in Classe III e IV) con la domanda relativa allo spettro di risposta elastico, moltiplicato per un fattore 2/3. Se tale domanda supera quella dello spettro di progetto relativo allo SLV, essa sarà dimensionante per la struttura. Per tutti i nodi della rete ricadenti sul territorio nazionale, si è poi valutato nuovamente il rapporto tra le risposte spettrali massime in accelerazione per PV = 10% (SLV) e per PV = 63% (SLD), ipotizzando un comportamento dissipativo per SLV, adottando il coefficiente riduttivo 2/3 per SLD. L’esplorazione, relativa a VR= 50, 75, 100, 150, 200 anni, ha valutato SLV al variare della duttilità (CD A , CD B ) e del fattore di struttura q0, adottando, per il fattore di sovraresistenza au/a1, i valori max. e min. R R STRATEGIA PROGETTUALE DI NORMA 47 Rappor7 in accelerazione (SLV/q)/(2SLD/3) per VR=50 anni Intervallo di confidenza 95% Valori medi In rosso Valori massimi 3.50 3.00 2.924 Posizione media, su q, della frontiera tra SLV/q e 2SLD/3 SLV/SLD SLV/SLD (-) 2.50 1.949 2.00 1.462 1.50 1.170 1.00 0.975 0.50 0.00 2 3 4 5 Fa>ore di stru>ura, q 6 48 STRATEGIA PROGETTUALE DI NORMA Costruzioni in cls. – § 7.4.3.2 Fa>ori di stru>ura Stru>ure a telaio, a pare= accoppiate, miste CD”B”min CD”B”max CD“A”min CD“A”max 3.3 3.9 4.95 5.85 4.0 4.4 Stru>ure a pare= non accoppiate 3.0 Stru>ure deformabili torsionalmente 2.0 3.0 Stru>ure a pendolo inverso 1.5 2.0 Risultano dimensionanti: SLD (zone evidenziate in verde), SLV (zone evidenziate in rosso) Se l’edificio ricade in classe d’uso III o IV, è inu=le, almeno nella maggioranza dei casi, spingere la duYlità ai valori della CD A , in quanto, per essi, lo SLD è dimensionante (prevale). Rapporto spe>rale in accel. max. (SLV/q)/(2SLD/3) q=2 q=3 q=4 q=5 q=6 VR = 50 anni 1.930 1.286 0.965 0.772 0.643 VR = 75 anni 1.867 1.244 0.933 0.747 0.622 VR = 100 anni 1.808 1.205 0.904 0.723 0.603 VR = 150 anni 1.748 1.165 0.874 0.699 0.583 VR = 200 anni 1.711 1.141 0.855 0.684 0.570 Valor medio 1.813 1.208 0.906 0.725 0.604 Dev.Standard 0.088 0.059 0.044 0.035 0.029 5% 5% 5% 5% 5% 0.937 0.625 0.469 0.375 0.312 CV IC95% medio 49 VR (anni) q (-‐) SLV/q 2SLD/3 100 5 0.723 SLC Taglio alla base Taglio alla base STRATEGIA PROGETTUALE DI NORMA VR (anni) q (-‐) SLV/q 2SLD/3 100 2 1.808 SLV SLV SLV dimensionante SLD dimensionante SLV/q SLD SLD 2SLD/3 2SLD/3 SLV/q αu/α1 Campo elastico αu/α1 Duttilità di progetto Campo elastico Spostamento laterale ultimo piano Duttilità di progetto Spostamento laterale ultimo piano SLC 50 STRATEGIA PROGETTUALE DI NORMA Costruzioni in cls. – § 7.4.3.2 Fa>ori di stru>ura Stru>ure a telaio, a pare= accoppiate, miste CD”B”min CD”B”max CD“A”min CD“A”max 3.3 3.9 4.95 5.85 4.0 4.4 Stru>ure a pare= non accoppiate 3.0 Stru>ure deformabili torsionalmente 2.0 3.0 Stru>ure a pendolo inverso 1.5 2.0 Se invece di 2SLD/3 si adotta SLD Risultano dimensionan=: SLD(zone evidenziate in verde) Le zone acquisite da SLD sono contornate in verde SLV (zone evidenziate in rosso) Rapporto spe>rale in accel. max. SLV/q/SLD q=2 q=3 q=4 q=5 q=6 VR = 50 anni 1.286 0.858 0.643 0.515 0.429 VR = 75 anni 1.239 0.826 0.620 0.496 0.413 VR = 100 anni 1.205 0.804 0.603 0.482 0.402 VR = 150 anni 1.165 0.777 0.583 0.466 0.388 VR = 200 anni 1.141 0.760 0.570 0.456 0.380 1.207 0.805 0.604 0.483 0.402 0.058 0.039 0.029 0.023 0.019 5% 5% 5% 5% 5% 0.625 0.417 0.313 0.250 0.208 Si prefigura una strategia di Valor medio p r o g e > a z i o n e a n c o r a p i ù Dev.Standard cautela=va della precedente e CV che sfru>a ancora meno la IC95% medio duYlità della stru>ura. STRATEGIE PROGETT. ALTERNATIVE 51 La strategia progettuale impone, al variare del periodo di riferimento VR, la costanza della probabilità di superamento PVR che compete a ciascuno degli stati limite considerati (strategia progettuale di norma). È immediato constatare (v. formula C.3.2.1) che, imponendo PVR=costante al variare di CU, si ottiene e dunque, a parità di VN, TR varia dello stesso fattore CU per cui viene moltiplicata VN per avere VR. Fissata la vita nominale VN della costruzione e valutato il periodo di ritorno TR,1 corrispondente a CU=1, si ricava il TR corrispondente al generico CU dal prodotto CU ⋅ TR,1. Al variare di CU, TR e VR variano con legge uguale. STRATEGIE PROGETTUALI ALTERNATIVE, SONO IPOTIZZABILI Le NTC (§ 3.2.1) recitano Qualora la protezione nei confronti degli stati limite di esercizio sia di prioritaria importanza, i valori di PVR forniti in tabella devono essere ridotti in funzione del grado di protezione che si vuole raggiungere. È evidente che riduzione delle probabilità di superamento attribuite ai vari stati limite non può essere arbitraria ma deve allinearsi a precisi concetti di teoria della sicurezza; in particolare, i livelli di protezione che si debbono eventualmente accrescere sono solo quelli nei confronti degli Stati Limite di Esercizio, mentre i livelli di protezione nei confronti degli Stati Limite Ultimi (più direttamente legati alla sicurezza) possono restare sostanzialmente immutati perché già ritenuti sufficienti dalla normativa. STRATEGIE PROGETT. ALTERNATIVE 52 Per rispettare le limitazioni testé citate, al variare della classe d uso e del coefficiente CU, si può utilizzare CU non per aumentare VN, portandola a VR, ma per ridurre PVR . In tal caso si ha: Detto TR,a il periodo di ritorno ottenuto con la strategia progettuale di norma e TR,b il periodo di ritorno ottenuto con la strategia progettuale appena illustrata, il rapporto R tra i due periodi di ritorno varrebbe: Con gli andamenti, al variare di CU e PVR , riportati nel grafico successivo. STRATEGIE PROGETT. ALTERNATIVE 53 Con la strategia ipotizzata, si rispettano le condizioni preliminarmente indicate come irrinunciabili (sostanziale costanza di T R , dunque protezione sostanzialmente immutata, per i valori di PVR relativi agli SLU ossia per PVR ≤10%, significativa crescita di TR, dunque protezione significativamente incrementata, per i valori di PVR relativi agli SLE ossia per PVR ≥60%). Si può ora valutare come modificare direttamente le PVR . Per modificare, al variare di CU, i valori di PVR nel periodo di riferimento VR per ottenere gli stessi valori di TR suggeriti dalla nuova strategia, basta imporre R=1 nella formula C.3.2.2 ed indicare con P*VR i nuovi valori di PVR , così ottenendo: Si ricavano così, al variare di CU, i valori di P*VR a partire dai valori di PVR ; tali valori sono riportati, insieme ai valori di TR corrispondenti, nella tabella C.3.2.II. Adottando la nuova strategia, al crescere di CU i valori dei P*VR corrispondenti agli Stati Limite di Esercizio (SLE) si riducono sensibilmente ed i corrispondenti TR crescono, mentre i valori dei P*VR corrispondenti agli Stati Limite Ultimi (SLU) ed i corrispondenti TR, sostanzialmente non variano. STRATEGIE PROGETT. ALTERNATIVE 54 Se dunque la protezione nei confronti degli SLE è di prioritaria importanza, si possono sostituire i valori di PVR con quelli di P*VR, così conseguendo una miglior protezione nei confronti degli SLE. La strategia progettuale testé ipotizzata, peraltro, conduce ad un’opera decisamente più costosa e dunque è lecito adottarla unicamente nei casi in cui gli SLE siano effettivamente di prioritaria importanza. CRITERI GENERALI 55 CRITERI GENERALI D’INTERVENTO NELLA NTC-08 LE PECULIARITÀ DEL PROBLEMA 56 Dalla Circolare esplicativa (C8): Il problema della sicurezza delle costruzioni esistenti è di fondamentale importanza in Italia, da un lato per l’elevata vulnerabilità, soprattutto rispetto alle azioni sismiche, dall’altro per il valore storico-architettonico-artistico-ambientale di gran parte del patrimonio edilizio esistente. A ciò si aggiunge la notevole varietà di tipologie e sub-tipologie strutturali […]. Ne deriva una particolare complessità delle problematiche coinvolte ed una difficile standardizzazione dei metodi di verifica e di progetto e dell’uso delle numerose tecnologie di intervento tradizionali e moderne oggi disponibili. Per questo, più che nelle altre parti delle NTC, è stato seguito un approccio prestazionale, con l adozione di poche regole di carattere generale ed alcune indicazioni importanti per la correttezza delle diverse fasi di analisi, progettazione, esecuzione. 56 NTC-08 - § 8.1 OGGETTO 57 q Il presente capitolo definisce i criteri generali per: v la valutazione della sicurezza; v la progettazione, l’esecuzione ed il collaudo degli interventi sulle costruzioni esistenti. q È definita costruzione esistente quella che abbia la struttura completamente realizzata, (quando ?) q alla data della redazione della valutazione di sicurezza e/o del progetto di intervento. NTC-08 - § 8.2 CRITERI GENERALI 58 * Per quanto non diversamente specificato nel presente capitolo, * le disposizioni di carattere generale contenute negli altri capitoli della presente Norma costituiscono il riferimento anche per le costruzioni esistenti. * Nel caso di interventi non dichiaratamente strutturali (impiantistici, di ridistribuzione degli spazi, ecc.) * dovrà essere valutata la loro possibile interazione con gli SLU e gli SLE della struttura o parti di essa. NTC-08 - § 8.2 CRITERI GENERALI 59 q Valutazione della sicurezza e progettazione degli interventi, devono tenere conto dei seguenti aspetti: v - la costruzione riflette lo stato delle conoscenze al tempo della sua realizzazione; v - difetti di impostazione e realizzazione possono essere insiti e non palesi ; v - effetti di azioni passate, anche eccezionali, possono essere non completamente manifesti; v - degrado e/o modifiche significative rispetto alla situazione originaria, possono essere presenti nelle strutture NTC-08 - § 8.2 CRITERI GENERALI 60 * Nel definire i modelli strutturali, si terrà conto che la conoscenza di: v geometria e dettagli costruttivi (già fissati) dipende solo dalla documentazione disponibile e dal livello di approfondimento delle indagini conoscitive; v proprietà meccaniche dei materiali (già fissate) non risente di incertezze di produzione e posa in opera ma solo della omogeneità dei materiali allo interno della costruzione, del livello di approfondimento delle indagini conoscitive, della affidabilità delle stesse; v carichi permanenti (già fissati) dipende dal livello di approfondimento delle indagini conoscitive. NTC-08 - § 8.2 CRITERI GENERALI 61 * Nel definire i modelli strutturali, si dovrà prevedere l’impiego di: v metodi di analisi e di verifica dipendenti da completezza e affidabilità della informazione disponibile v adeguati fattori di confidenza che modificano i parametri di capacità in funzione del livello di conoscenza relativo a geometria, dettagli costruttivi e materiali. NTC-08 - §8.2 CRITERI (Materiali:cls) 62 COSTRUZIONI NUOVE * Nelle nuove costruzioni i γ riduttivi delle resistenze si legano alla dispersione, rispetto alla media, della resistenza dei materiali (portano ai frattili 8% inferiori). * Tale resistenza è una resistenza di progetto (ipotetica) in quanto il materiale non esiste ancora; addirittura si fissano per esso controlli di accettazione (v. tabelle cls.) NTC-08 - Cap. 11.2 - Resistenza del cls. fR(r) s Rcd Rck Rm r 63 Il valore caratteristico cubico è: Rck = Rm – 1.4 s con s = deviazione st. Pr[R<Rck] = 8% Il valore di calcolo cubico è: Rcd = 0,85Rck / γc γc =1,5, Rcd =0,57Rck Il valore di calcolo cilindrico è: fcd = 0,83 Rcd= 0,47Rck Per coefficiente di variazione s/Rm > 0,15, occorrono controlli più accurati (v §11.2.6). NON SONO ACCETTABILI CALCESTRUZZI CON s/RM > 0,30. NTC-08 - § 8.2 CRITERI GENERALI (Mater.) 64 COSTRUZIONI NUOVE COSTRUZIONI ESISTENTI q Nelle nuove costruzioni i γ riduttivi delle resistenze si legano alla dispersione, rispetto alla media, della resistenza dei materiali (frattili 8% inferiori). q Tale resistenza è una resistenza di progetto (ipotetica) in quanto il materiale non esiste ancora; addirittura si fissano per esso controlli di accettazione (v. tabelle cls.) q Nelle costruzioni esistenti, invece, ottenere una stima corretta delle resistenze dipende solo dall’effettuazione di opportune indagini. q Dunque i γ riduttivi delle resistenze si legano alla qualità delle indagini, invece che alla dispersione connessa alla effettiva realizzazione, e fanno passare dai valori medi ai valori caratteristici. NTC-08 - §8.5.3 CAR. MECC. MATERIALI 65 * Per un’adeguata conoscenza delle caratteristiche dei materiali e del loro degrado, ci si baserà su: v documentazione già disponibile, v verifiche visive in situ v indagini sperimentali. * Le indagini dovranno essere motivate, per tipo e quantità, dal loro effettivo uso nelle verifiche; nel caso di beni culturali e nel recupero di centri storici, dovrà esserne considerato l impatto in termini di conservazione del bene. * I valori delle resistenze meccaniche dei materiali vengono valutati sulla base delle prove effettuate sulla struttura e prescindono dalle classi discretizzate previste nelle norme per le nuove costruzioni. NTC-08-§8.5.4 LIV. CON., FAT. CONF. 66 * Sulla base degli approfondimenti effettuati nelle fasi conoscitive, saranno individuati i “livelli di conoscenza” dei diversi parametri coinvolti nel modello (geometria, dettagli costruttivi e materiali), e definiti i correlati “fattori di confidenza”, da utilizzare come ulteriori coefficienti parziali di sicurezza che tengono conto delle carenze nella conoscenza dei parametri del modello. Intervalli di confidenza al 95% per il valore atteso della resistenza a trazione in funzione della velocità ultrasonica misurata PECULIARITÀ COSTR. ESISTENTI 67 * Nelle costruzioni esistenti è cruciale la conoscenza della struttura (geometria e dettagli costruttivi) e dei materiali che la costituiscono (calcestruzzo, acciaio, mattoni, malta). * È per questo che viene introdotta un’altra categoria di fattori, I “fattori di confidenza”, strettamente legati al livello di conoscenza conseguito nelle indagini conoscitive, e che vanno preliminarmente a ridurre i valori medi di resistenza dei materiali della struttura esistente, per ricavare i valori da adottare, nel progetto o nella verifica, e da ulteriormente ridurre, quando previsto, mediante i coefficienti parziali di sicurezza. EC2, ALLEGATO A - A.1 GENERAL 68 * (1) The partial factors for materials given in 2.4.2.4 correspond to geometrical deviations of Class 1 in ENV 13670-1 and normal level of workmanship and inspection (e.g. Inspection Class 2 in ENV 13670-1). * (2) Recommendations for reduced partial factors for materials are given in this Informative Annex. * Note: For more information see Annex B of EN 1990. EC2, ALLEGATO A - A.2 IN SITU C. S. 69 * A.2.1 Reduction based on quality control and reduced deviations * (1) If execution is subjected to a quality control system, which ensures that unfavourable deviations of cross-section dimensions are within the reduced deviations given in Table A.1, the partial safety factor for reinforcement may be reduced to γs,red1. * The value of γs,red1 for use in a Country may be found in its National Annex. The recommended value is 1,1 (1,15). EC2, ALLEGATO A - A.2 IN SITU C. S. 70 * Under the condition given in A.2.1 (1), and if the coefficient of variation of the concrete strength is shown not to exceed 10 %, the partial safety factor for concrete may be reduced to γc,red1. * Note: The value of γc,red1 for use in a Country may be found in its National Annex. The recommended value is 1,4 (1,5). EC2, ALLEGATO A - A.2 IN SITU C. S. 71 * A.2.2 Reduction based on using reduced or measured geometrical data in design * (1) If the calculation of design resistance is based on critical geometrical data, including effective depth (see Figure A.1), which are either: v - reduced by deviations, or v - measured in the finished structure, * the partial safety factors may be reduced to γs,red2 and γc,red2. * Note: The values of γs,red2 and γc,red2 for use in a Country may be found in its National Annex. The recommended value of γs,red2 is 1,05 and of γc,red2 is 1,45. EC2, ALLEGATO A - A.2 IN SITU C. S. 72 * A.2.3 Reduction based on assessment of concrete strength in finished structure * (1) For concrete strength values based on testing in a finished structure or element, γc may be reduced by the conversion factor η. * Note: The value of η for use in a Country may be found in its National Annex. The recommended value is 0,85. * The value of γc to which this reduction is applied may already be reduced according to A.2.1 or A.2.2. However, the resulting value of the partial factor should not be taken less than γc,red4. * Note: The value of γc,red4 for use in a Country may be found in its National Annex. The recommended value is 1,3. NTC-08-§ 8.2CRITERI GENERALI(perm.) 73 q COSTRUZIONI NUOVE q Nelle nuove costruzioni i γ maggiorativi dei carichi permanenti si legano alla dispersione, rispetto alla media, dei valori effettivi (frattili 5% superiori). q Tale valore è un valore di progetto (ipotetico) in quanto la costruzione non esiste ancora. 73 NTC-08 - § 3.1.1,2,3,4 Pesi e carichi 74 Il valore caratteristico è: Sk = µS + 1.64 σS q Pr[S<Sk] = 95% Il valore di calcolo è: Sd = Sk · γS γS si ottiene da studi di calibrazione fS(s) Sd σS µS Sk s NTC-08 - § 3.1.1, 2, 3, 4 - Pesi e carichi, 75 8.5.5 AZIONI I valori delle azioni e le loro combinazioni da considerare nel calcolo, sia per la valutazione della sicurezza sia per il progetto degli interventi, sono quelle definite dalla presente norma per le nuove costruzioni, salvo quanto di seguito precisato. Per i carichi permanenti, un accurato rilievo geometrico-strutturale e dei materiali potrà consentire di adottare coefficienti parziali modificati, assegnando valori di γG adeguatamente motivati. Nei casi per i quali è previsto l’adeguamento, i valori di calcolo delle altre azioni saranno quelli previsti dalla presente norma. 75 NTC-08-§ 8.2 CRITERI GENERALI (perm.) COSTRUZIONI NUOVE 76 COSTRUZIONI ESISTENTI q Nelle nuove costruzioni i γ maggiorativi dei carichi permanenti si legano alla dispersione, rispetto alla media, dei valori effettivi (frattili 5% superiori). q Tale valore è un valore di progetto (ipotetico) in quanto la costruzione non esiste ancora. q Nelle costruzioni esistenti, invece, ottenere una stima corretta dei carichi permanenti dipende solo dall effettuazione di opportune indagini. q Ecco dunque che i γ maggiorativi dei carichi permanenti si legano alla qualità delle indagini invece che alla presunta dispersione connessa alla effettiva realizzazione e fanno passare dai valori caratteristici ai valori di calcolo. NTC-08 - § 8.5.5 AZIONI (perm.) 77 * I valori delle azioni e delle loro combinazioni, da considerare nel calcolo, sia per la valutazione della sicurezza sia per il progetto degli interventi, sono quelli definiti dalla presente norma per le nuove costruzioni, salvo quanto di seguito precisato: v Per i carichi permanenti, un accurato rilievo geometricostrutturale e dei materiali consentirà di adottare coefficienti parziali modificati, assegnando valori di γG adeguatamente motivati (invece di γG1=1,3 e γG2=1,5). * Nei casi per i quali è previsto l’adeguamento, i valori di calcolo delle altre azioni saranno quelli previsti dalla presente norma. SICUREZZA E INTERVENTI SICUREZZA E INTERVENTI NELLA NTC-08 78 VALUTAZIONE DELLA SICUREZZA VALUTAZIONI DI SICUREZZA 79 NTC-08-§8.3 VALUTAZIONE SICUREZZA 80 Nei confronti delle azioni sismiche gli stati limite, sia di esercizio che ultimi, sono individuati riferendosi alle prestazioni della costruzione nel suo complesso, includendo gli elementi strutturali, non strutturali e gli impianti. d STATI LIMITE DI ESERCIZIO SLD SLO STATI LIMITE ULTIMI F SLV SLC F CURVA DI CAPACITÀ d Rif: EERI, Earthquake Engineering Research Institute NTC-08- §8.3 VALUTAZIONE SICUREZZA 81 * La valutazione della sicurezza e la progettazione degli interventi: v potranno essere eseguiti con riferimento ai soli SLU. * Nel caso in cui si effettui la verifica anche nei confronti degli SLE v i relativi livelli di prestazione possono essere stabiliti dal Progettista, di concerto con il Committente. * Le Verifiche agli SLU possono essere eseguite rispetto alla condizione di salvaguardia della vita umana (SLV) o, in alternativa, alla condizione di (prevenzione del) collasso (SLC). 81 NTC-08-§8.3 VALUTAZIONE SICUREZZA 82 * Le costruzioni esistenti devono essere sottoposte a valutazione della sicurezza, quando ricorra anche una sola delle seguenti situazioni: v riduzione evidente della capacità resistente e/o deformativa della struttura o di alcune sue parti dovuta ad azioni ambientali (sisma, vento, neve e temperatura), v significativo degrado e decadimento delle caratteristiche meccaniche dei materiali, v (effetto di) azioni eccezionali (urti, incendi, esplosioni), v situazioni di funzionamento ed uso anomalo, v deformazioni significative imposte da cedimenti del terreno di fondazione; NTC-08-§8.3 VALUTAZIONE SICUREZZA 83 v provati gravi errori di progetto o di costruzione; v cambio della destinazione d uso della costruzione o di parti di essa, con variazione significativa dei carichi variabili e/o della classe d’uso; v interventi non dichiaratamente strutturali, qualora essi interagiscano, anche in parte, con elementi aventi funzione strutturale e, in modo consistente, ne riducano la capacità o ne modifichino la rigidezza. Dall’obbligo della verifica è normalmente esclusa la situazione determinata da una variazione : v delle azioni che interviene a seguito di una revisione della Normativa, per la parte che definisce l’entità delle azioni, v delle zonazioni che differenziano le azioni ambientali (sisma, neve, vento) nelle diverse parti del territorio. NTC-08-§8.3 VALUTAZIONE SICUREZZA 84 * Qualora le circostanze di cui ai punti precedenti riguardino porzioni limitate della costruzione, la valutazione della sicurezza potrà essere limitata agli elementi interessati e a quelli con essi interagenti, tenendo presente la loro funzione nel complesso strutturale. * La valutazione della sicurezza deve permettere di stabilire se: v l’uso della costruzione possa continuare senza interventi; v l’uso debba essere modificato (declassamento, cambio di destinazione e/o imposizione di limitazioni e/o cautele nell’uso); v sia necessario procedere ad aumentare o ripristinare la capacità portante. Circ.617-§C8.3VALUTAZIONE SICUREZZA 85 * Tali provvedimenti sono necessari e improcrastinabili quando non siano soddisfatte le verifiche relative alle azioni controllate dall’uomo, ossia prevalentemente ai carichi permanenti e alle altre azioni di servizio. * Più complessa la situazione in caso di inadeguatezza di un’opera rispetto alle azioni ambientali, non controllabili dall’uomo e soggette ad ampia variabilità nel tempo ed incertezza nella determinazione. * In tali casi non si può imporre l’obbligatorietà: v dell’intervento, v del cambiamento di destinazione d’uso, v della messa fuori servizio dell’opera, * non appena se ne riscontri l’inadeguatezza. Circ.617-§C8.3VALUTAZIONE SICUREZZA 86 * Le decisioni da adottare dovranno necessariamente essere calibrate sulle singole situazioni (in relazione alla gravità dell’inadeguatezza, alle conseguenze, alle disponibilità economiche e alle implicazioni in termini di pubblica incolumità). * Saranno i proprietari o i gestori delle singole opere, siano essi enti pubblici o privati o singoli cittadini, a definire il provvedimento più idoneo, eventualmente individuando uno o più livelli delle azioni, commisurati alla vita nominale restante e alla classe d’uso, rispetto ai quali si rende necessario effettuare l’intervento di incremento della sicurezza entro un tempo prestabilito. 86 NTC-08-§8.3 VALUTAZIONE SICUREZZA 87 q La valutazione della sicurezza dovrà effettuarsi ogni qual volta si eseguano gli interventi strutturali di cui al punto 8.4, e dovrà determinare il livello di sicurezza PRIMA E DOPO l’intervento. q Il Progettista dovrà esplicitare, in un’apposita relazione, i livelli di sicurezza attuali o raggiunti con l’intervento e le eventuali conseguenti limitazioni da imporre nell’uso della costruzione. CLASSIFICAZIONE DEGLI INTERVENTI 88 TIPOLOGIE DI INTERVENTO NELLA NTC-08 NTC-08- §8.4 CLASS. INTERVENTI 89 Si individuano le seguenti categorie di intervento: interventi di ADEGUAMENTO atti a conseguire i livelli A di sicurezza previsti dalle presenti norme; M interventi di MIGLIORAMENTO atti ad aumentare la sicurezza strutturale esistente, pur senza necessariamente raggiungere i livelli richiesti dalle presenti norme; RIPARAZIONI o INTERVENTI LOCALI che interessino R elementi isolati, e comunque comportino un miglioramento delle condizioni di sicurezza preesistenti. Gli interventi di adeguamento e miglioramento devono essere sottoposti a collaudo statico. CLASSIFICAZIONE INTERVENTI 90 ADEGUAMENTO e MIGLIORAMENTO si distinguono dalla RIPARAZIONE in quanto sono interventi distribuiti sulla struttura, non locali: - un intervento distribuito riguarda in modo uniforme tutta la struttura e può comportare modifiche anche sostanziali nella distribuzione delle sollecitazioni sulla struttura; - un intervento locale riguarda elementi strutturali isolati della costruzione e non comporta variazioni sostanziali in termini di distribuzione delle sollecitazioni sulla struttura. 90 Circ.617- §C8.4 CLASS. INTERVENTI 91 Dalla Circolare 617 (C8.4): Indipendentemente dall’appartenenza ad una delle tre categorie individuate dalle NTC, è opportuno che gli interventi, anche non sismici, siano primariamente finalizzati alla eliminazione o riduzione significativa di carenze gravi legate ad errori di progetto e di esecuzione, a degrado, a danni, a trasformazioni, etc. per poi prevedere l’eventuale rafforzamento della struttura esistente, anche in relazione ad un mutato impegno strutturale. 91 NTC-08 - §8.4 CLASS. INTERVENTI 92 * Per i beni di interesse culturale in zone dichiarate a rischio sismico, Prot. 10953 del 2 dicembre 2010, circolare n. 26” Linee Guida per la valutazione e riduzione del rischio sismico del patrimonio culturale allineate alle nuove Norme tecniche per le costruzioni, è in ogni caso possibile limitarsi ad interventi di miglioramento, effettuando la relativa valutazione della sicurezza. * Introduzione dello stato limite SLA Dalla Circolare 617 (C8.4): Per gli interventi finalizzati alla riduzione della vulnerabilità sismica sui beni del patrimonio culturale vincolato, un opportuno riferimento è costituito dalla Direttiva del Presidente del Consiglio dei Ministri per la valutazione e riduzione del rischio sismico del patrimonio culturale con riferimento alle norme tecniche per le costruzioni del 12 ottobre 2007. Tale direttiva è adottabile per le costruzioni di valenza storico-artistica, anche se non vincolate. NTC-08- §8.4.1 INTERVENTI DI ADEGUAM. 93 A È fatto obbligo di procedere alla valutazione della sicurezza e, qualora necessario, all’adeguamento della costruzione, a chiunque intenda: a) sopraelevare la costruzione; b) ampliare la costruzione con opere strutturalmente connesse alla costruzione; c) apportare variazioni di classe e/o di destinazione d’uso che comportino incrementi dei carichi globali in fondazione superiori al 10%; resta comunque fermo l’obbligo di procedere alla verifica locale delle singole parti e/o elementi della struttura, anche se interessano porzioni limitate della costruzione; NTC-08- §8.4.1 INTERVENTI DI ADEGUAM. 94 A d) effettuare interventi strutturali volti a trasformare la costruzione mediante un insieme sistematico di opere che portino ad un organismo edilizio diverso dal precedente. * In ogni caso, il progetto dovrà essere riferito all’intera costruzione e dovrà riportare le verifiche dell’intera struttura post-intervento, secondo le indicazioni del presente capitolo. * Una variazione dell’altezza dell’edificio, per la realizzazione di cordoli sommitali, sempre che resti immutato il numero di piani, non è considerata sopraelevazione o ampliamento, ai sensi dei punti a) e b). In tal caso non è necessario procedere all adeguamento, salvo che non ricorrano le condizioni di cui ai precedenti punti c) o d). Circ.617-§C8.4.1 INTERVENTI ADEGUAM. 95 A Indipendentemente dalle problematiche strutturali specificamente trattate nelle NTC, le sopraelevazioni, nonché gli interventi che comportano un aumento del numero di piani, sono ammissibili solamente ove siano compatibili con gli strumenti urbanistici. La valutazione della sicurezza, nel caso di intervento di adeguamento, è finalizzata a stabilire se la struttura, a seguito dell intervento, è in grado di resistere alle combinazioni delle azioni di progetto contenute nelle NTC, con il grado di sicurezza richiesto dalle stesse. Non è, in generale, necessario il soddisfacimento delle prescrizioni sui dettagli costruttivi (per esempio armatura minima, passo delle staffe, dimensioni minime di travi e pilastri, ecc.) valide per le costruzioni nuove, purché il Progettista dimostri che siano garantite comunque le prestazioni in termini di resistenza, duttilità e deformabilità previste per i vari stati limite. 95 NTC-08 - §8.4.2 INTERVENTI DI MIGL. 96 M * Rientrano negli interventi di miglioramento tutti gli interventi che siano comunque finalizzati ad accrescere la capacità di resistenza delle strutture esistenti alle azioni considerate. * È possibile eseguire interventi di miglioramento nei casi in cui non ricorrano le condizioni specificate al paragrafo 8.4.1. * Il progetto e la valutazione della sicurezza dovranno essere estesi a tutte le parti della struttura potenzialmente interessate da modifiche di comportamento, nonché alla struttura nel suo insieme. Circ.612- §C8.4.2 INTERVENTI MIGL. M 97 La valutazione della sicurezza per un intervento di miglioramento è obbligatoria e finalizzata a determinare l entità massima delle azioni, considerate nelle combinazioni di progetto previste, cui la struttura può resistere con il grado di sicurezza richiesto. Nel caso di intervento di miglioramento sismico, la valutazione della sicurezza riguarderà, necessariamente, la struttura nel suo insieme, oltre che i possibili meccanismi locali. Sono di miglioramento tutti gli interventi che, non rientrando nell’adeguamento, fanno variare significativamente la rigidezza, la resistenza e/o la duttilità dei singoli elementi o parti strutturali e/o introducono nuovi elementi strutturali, così che il comportamento strutturale locale o globale, particolarmente rispetto alle azioni sismiche, ne sia significativamente modificato in senso migliorativo, ad esempio impegnando maggiormente gli elementi più resistenti, riducendo le irregolarità in pianta e in elevazione, trasformando i meccanismi di collasso da fragili a duttili. 97 NTC-08 - §8.4.3 INTERVENTI DI RIPAR. 98 R * In generale, gli interventi di questo tipo riguarderanno singole parti e/o elementi della struttura e interesseranno porzioni limitate della costruzione. * Il progetto e la valutazione della sicurezza potranno essere riferiti alle sole parti e/o elementi interessati e documentare che, rispetto alla configurazione precedente al danno, al degrado o alla variante: v n on si siano prodotte sostanziali modifiche al comportamento delle altre parti e della struttura nel suo insieme v gli interventi comportino un miglioramento delle condizioni di sicurezza preesistenti. NTC-08 - §8.4 CLASS. INTERVENTI 99 R 8.4.3 RIPARAZIONE O INTERVENTO LOCALE * La relazione di cui al par. 8.2, in questi casi, potrà essere limitata alle sole parti interessate dall’intervento ed a quelle con esse interagenti, e dovrà: v documentare le carenze strutturali riscontrate, risolte e/o persistenti, v indicare le eventuali conseguenti limitazioni all’uso della costruzione. NTC-08 - §C8.4.3 CLASS. INTERVENTI 100 R Rientrano in questa tipologia tutti gli interventi di riparazione, rafforzamento o sostituzione di singoli elementi strutturali (travi, architravi, porzioni di solaio, pilastri, pannelli murari) o parti di essi, non adeguati alla funzione strutturale che debbono svolgere, a condizione che l’intervento non cambi significativamente il comportamento globale della struttura, soprattutto ai fini della resistenza alle azioni sismiche, a causa di una variazione non trascurabile di rigidezza o di peso. Può rientrare in questa categoria anche la sostituzione di coperture e solai, solo a condizione che ciò non comporti una variazione significativa di rigidezza nel proprio piano, importante ai fini della ridistribuzione di forze orizzontali, né un aumento dei carichi verticali statici. 100 Circ. 617 - §C8.4.3 INTERVENTI MIGL. 101 R Interventi di ripristino o rinforzo delle connessioni tra elementi strutturali diversi (ad esempio tra pareti murarie, tra pareti e travi o solai, anche attraverso l’introduzione di catene/tiranti) ricadono in questa categoria, in quanto comunque migliorano anche il comportamento globale della struttura, particolarmente rispetto alle azioni sismiche. Infine, interventi di variazione della configurazione di un elemento strutturale, attraverso la sua sostituzione o un rafforzamento localizzato (ad esempio l’apertura di un vano in una parete muraria, accompagnata da opportuni rinforzi) possono rientrare in questa categoria solo a condizione che si dimostri che la rigidezza dell’elemento variato non cambi significativamente e che la resistenza e la capacità di deformazione, anche in campo plastico, non peggiorino ai fini del comportamento rispetto alle azioni orizzontali. 101 PROGETTO E SICUREZZA PROGETTO E INDAGINI, MATERIALI, AZIONI 102 NTC-08 - § 8.5 PROGETTO E SICUREZZA 103 q Nelle costruzioni esistenti le situazioni concretamente riscontrabili sono le più diverse ed è quindi impossibile prevedere regole specifiche per tutti i casi. q Di conseguenza, il modello per la valutazione della sicurezza dovrà essere definito e giustificato dal progettista, caso per caso, in relazione al comportamento strutturale attendibile della costruzione, tenendo conto delle indicazioni generali di seguito esposte. NTC-08 - §8.5 PROGETTO E INDAGINI 104 8.5.1 ANALISI STORICO-CRITICA * Per una corretta individuazione del sistema strutturale esistente e del suo stato di sollecitazione è importante ricostruire: v il processo di realizzazione v le successive modificazioni subite nel tempo dal manufatto, v gli eventi che lo hanno interessato. NTC-08 - §8.5 PROGETTO E INDAGINI 105 8.5.2 RILIEVO * Il rilievo geometrico-strutturale dovrà essere riferito sia alla geometria complessiva dell’organismo che a quella degli elementi costruttivi, comprendendo i rapporti con le eventuali strutture in aderenza. Nel rilievo dovranno essere rappresentate le modificazioni intervenute nel tempo, come desunte dall’analisi storico-critica. * Il rilievo deve individuare l’organismo resistente della costruzione, tenendo presente la qualità e lo stato di conservazione dei materiali e degli elementi costitutivi. * Dovranno altresì essere rilevati i dissesti, in atto o stabilizzati, ponendo particolare attenzione alla individuazione dei quadri fessurativi e dei meccanismi di danno. NTC-08 - § 8.5 PROGETTO E INDAGINI 106 8.5.3 CARATTERIZZ.NE MECCANICA DEI MATERIALI * Già trattata parlando del § 8.2 CRITERI GENERALI 8.5.4 LIVELLI DI CONOSCENZA E FATTORI DI CONFIDENZA * Già trattati parlando del § 8.2 CRITERI GENERALI 8.5.5 AZIONI * Già trattate parlando del § 8.2 CRITERI GENERALI 106 NTC-08 - § 8.6 PROGETTO E MATERIALI 107 * Gli interventi sulle strutture esistenti devono essere effettuati con i materiali previsti dalle presenti norme; * possono altresì essere utilizzati materiali non tradizionali, purché nel rispetto di normative e documenti di comprovata validità, ovvero quelli elencati al cap. 12. * Nel caso di edifici in muratura è possibile effettuare riparazioni locali o integrazioni con materiale analogo a quello impiegato originariamente nella costruzione, * purché durevole e di idonee caratteristiche meccaniche. NTC-08-§ 8.7 PROGETTO E AZ. SISMICHE 108 8.7 VALUTAZ. E PROG. IN PRES. DI AZIONI SISMICHE * Nella valutazione della sicurezza o nella progettazione di interventi sulle costruzioni esistenti soggette ad azioni sismiche, particolare attenzione sarà posta agli aspetti che riguardano la duttilità. * Si dovranno quindi assumere le informazioni necessarie a valutare se: v i dettagli costruttivi, v i materiali utilizzati, v i meccanismi resistenti, siano in grado di continuare a sostenere cicli di sollecitazioni o deformazioni anche dopo il superamento delle soglie di plasticizzazione o di frattura. COSTRUZIONI IN C.A. O ACCIAIO 109 COSTRUZIONI IN C.A. O ACCIAIO NTC-08 - §8.7.2 COST. IN C.A. O ACCIAIO 110 8.7.2 COSTRUZIONI IN C.A. O IN ACCIAIO Nelle costruzioni esistenti in cemento armato soggette ad azioni sismiche viene attivata la capacità di elementi e meccanismi resistenti, che possono essere duttili o fragili . MECCANISMI DUTTILI MECCANISMI FRAGILI Possono essere attivati in maniera diffusa su tutta la costruzione, oppure in maniera non uniforme, localizzandosi in alcune parti critiche o su un unico piano. Possono localizzarsi in qualsiasi punto della struttura e possono determinare il collasso dell intera struttura. In genere non comportano il collasso della struttura. 110 NTC-08 - §8.7.2 COST. IN C.A. O ACCIAIO 111 8.7.2 COSTRUZIONI IN C. A. O IN ACCIAIO * L’analisi sismica globale deve utilizzare, per quanto possibile, metodi di analisi che consentano di valutare in maniera appropriata sia la resistenza che la duttilità disponibili. * L’impiego di metodi di calcolo lineari richiede da parte del progettista un’opportuna definizione del fattore di struttura q in relazione alle caratteristiche meccaniche globali e locali della struttura in esame NTC-08- § 8.7.2 COST. IN C.A. O ACCIAIO 112 8.7.2 COSTRUZIONI IN C. A. O IN ACCIAIO * I meccanismi “duttili” si verificano controllando che la domanda D non superi la corrispondente capacità C in termini (sia di resistenza, sia ) di deformazione. * I meccanismi “fragili” si verificano controllando che la domanda D non superi la corrispondente capacità C in termini di resistenza. 112 NTC-08- § 8.7.2 COST. IN C.A. O ACCIAIO 113 8.7.2 COSTRUZIONI IN C. A. O IN ACCIAIO * Per il calcolo della capacità di elementi/meccanismi duttili o fragili si impiegano le proprietà dei materiali esistenti, determinate secondo le modalità indicate al §8.5.3, divise per i fattori di confidenza relativi al livello di conoscenza raggiunto. * Per il calcolo della capacità di resistenza degli elementi fragili primari, le resistenze dei materiali si dividono per i corrispondenti coefficienti parziali * e per i fattori di confidenza in relazione al livello di conoscenza raggiunto. * Per i materiali nuovi o aggiunti si impiegano le proprietà nominali.