TeCo 01-Danni Sisma

Corso di Tecnica delle Costruzioni

Allievi del Corso di Laurea in Ingegneria Civilea.a. 2011-12

Il comportamento sismico degli edifici in c.a.

Prof. Ing. Luigino DeziOrdinario di Tecnica delle Costruzioni

Dipartimento di Ingegneria Civile, Edile e ArchitetturaUniversit Politecnica delle Marche

Universit Politecnica delle Marche

Tipologia tamponature- mattoni pieni, blocchi forati pesanti e leggeri- muratura confinata dai telai, esterna

Disposizione in pianta (regolarit, simmetria)

Disposizione in elevazione (piano soffice)

Interazione tamponature-telaideformata trasversale telai

Il ruolo delle tamponature

A lezione dai terremoti

Il terremoto di LAquila

Tamponature esterne

Tamponature esterne


Portici: murature non confinate


Tamponature esterne e portici

Il terremoto di Fabriano

Tamponature non confinate sui portici

Divisori interni

Il terremoto di Fabriano

Ospedale San Salvatore: tamponature esterne


Ospedale San Salvatore: pannello murario non confinato


Ospedale San Salvatore: pannello murario a sostegno dellinsegna


Piano soffice


Nodi


Pilastro tozzo sulla scala

Pilastro tozzo sulla facciata


Danneggiamento limitato ai primi livelli


Edifici in muratura ed edifici in c.a.


Comportamento evolutivo di un edificio intelaiato so tto sisma

Telaiotamponato

Telaio nudo

SLD

SLU

Confronto struttura a telai e struttura a pareti

Se [g]

T [sec]

Pareti

Telai

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

0 1 2 3 4

Par

eti

Tel

ai

TP TT

Struttura convenzionale Struttura isolata alla base

Nuove tecnologie: Isolamento alla base

Isolatore

Isolamento alla base

aumento smorzamento

Struttura abase fissa

Struttura conisolamento

Isolamento Aumento del periodo Aumento dello smorzamento

Schema delledificio e sensori sismici

New Olive View Medical Center - California

New Olive View Medical Center, 1986

Struttura sismo-resistente: setti in c.a. ai primi due livelli e telai metallici con controventi in lamiera irrigidita ai livelli superiori.

0.8 g

1.02 g

1.20 g

1.53 g

Accelerazioni ai vari livelli

Eduardo Miranda - Stanford University

New Olive View Medical Center, 1986Northridge earthquake, 1994 (magnitudo 6.8)

New Olive View Medical Center - California

Valori eccezionalmente elevati delle accelerazioni ai vari livellia causa della notevole rigidezza della struttura in elevazione

University of Southern California Hospital (USC)Northridge earthquake, 1994

Accelerazioni ai vari livelli

Isolamento alla base

Le accelerazioni registrate ai vari livelli durante il terremoto di Northridge sono circa costanti e pari ad 1/3 di quella alla base

0.11g

0.13g

0.37g

0.49g

Edificio strumentato

Edifici a scheletro portante in c.a.

Tipologie strutturali


Strutture a telaio (spaziale): telai aventi resistenza a taglio allabase 65% della resistenza a taglio totale;

Strutture a pareti (singole o accoppiate) (parete: b>4h): aventiresistenza a taglio alla base 65% della res. tagl. tot.;

Strutture miste telai-pareti:Strutture miste equivalenti a telai (telai >50%)Strutture miste equivalenti a pareti (pareti >50%)

Strutture deformabili torsionalmente: strutture composte da telai e pareti, con rigidezza torsionale tale che (r/ls>0,8);

Strutture a pendolo inverso: il 50% della massa nel terzo superiore dellaltezza o la dissipazione di energia avviene alla base di un singolo elemento strutturale.


Edificio a struttura intelaiata

Telaio con travi emergenti sul perimetro e sulla sca la e telai con travi a spessore allinterno

Sezione trasversaleCarpenteria piano tipo

55x2455x24

55x2

455

x24

55x24

55x24 55x24

55x2

455

x24

55x24

Progetto ad alta dutti lit - CDA

Modello

Problematiche connesse alla presenza

di travi a spessore e del corpo scala

Modello tridimensionale

con scala

Progetto in CDA

400

520

520

400

400 440 320 440 400

2000

1840

Edificio a struttura mista telaio-pareti

305

305

305

305

305

305

305

270

2405

Pianta piano tipo Sezione trasversale

Telai con travi a spessore interne e pareti perimet rali

Progetto a bassa dutti lit - CDB

SISTEMI SISMO-RESISTENTI

DIR. LONGITUDINALE DIR.TRASVERSALE

SETTI ACCOPPIATI DA SETTO UNICO UNITO TRAVI DI COLLEGAMENTO A TRAVI-PARETE A LIVELLO DI PIANO A LIVELLO DI PIAN O

MODELLO

Edificio a struttura mista telaio-pareti

Classi di Duttilit (CD)

Alta duttilit (CDA): sotto lazione sismica di progetto la struttura sitrasforma in meccanismo dissipativo con elevate capacit dideformazione plastica.

Bassa duttilit (CDB): sotto lazione sismica di progetto la strutturasi trasforma in meccanismo dissipativo con moderate capacit dideformazione plastica.

Le strutture con telai contenenti travi a spessore, anche solo in una direzione, sono da considerare di CDB, fatta eccezione dei casi incui possano essere definiti elementi strutturali secondari.

Le strutture con pareti estese debolmente armate sono daconsiderarsi di CD B.

Gerarchia delle Resistenze

La gerarchia delle resistenze richiesta anche in CDB.

Classi di duttilit e gerarchia delle resistenze

Strutture aventi i telai resistenti allazione sismica composti, anche in una sola delle direzioni principali, con travi a spessore devono essere progettate in CDB a meno che tali travi non si possano considerare elementi strutturali secondari.

Classe di Duttilit

Gli elementi secondari sono tali se il loro contributo alla rigidezza totale inferiore al 15% della analoga rigidezza degli elementi principali.

Nel caso in cui gli elementi secondari contribuiscono alla rigidezza totale con una percentuale superiore al 15% devono essere inclusi nel modello e la struttura non pu essere di classe CDA.

Nel caso in esame gli elementi secondari, di cui bisogna verificare il contributo, sono due: le travi a spessore e le scale.

Nel caso in cui il contributo degli elementi considerati superi il 15% di quello degli elementi principali, tali elementi devono essere inseriti nel modello e la struttura devessere progettata a bassa duttilit (CDB).

Classi di Duttilit

Per verificare il loro contributo alla rigidezza trasversale si pu ricorrere allanalisi statica 3D delledificio, prima con gli elementi secondari poi senza, confrontando le deformate trasversali piano per piano e verificando che il contributo degli elementi secondari non superi il 15% di quello degli elementi principali. In sostanza si devono predisporre due modelli, uno con gli elementi secondari, laltro senza.

Se invece il contributo inferiore al 15%, allora possono essere considerati elementi secondari e trascurati, sia in termini di rigidezza che di resistenza.

Analisi StaticaLineare

Non lineare

Lineare

Non lineareAnalisi Dinamica

T1 = C1 H3/4

Analisi statica

Analisi dinamicaModello 3D

Metodi di analisi

Analisi statica lineare

Lanalisi statica lineare consiste nellapplicazione di forze statiche equivalenti alle forze di inerzia indotte dallazione sismica:

zi

Piano di fondazione

Fi = Fh zi Wi / j (zj Wj)

WiFi

Fh = Sd(T1) W / g

W = i zi Wi

= 0,85 per n > 3 piani e T1

Analisi statica lineare

T1

Sd(T1)

Sd

T

T1 = C1 H3/4

Metodi avanzati di analisi

Analisi Statica non Lineare (push-over)

Analisi Dinamica non Lineare(accelerogrammi artificiali spettrocompatibili,

simulati o naturali)PushMass+X

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0,16

0,18

0,20

0,22

Spostamento (m)

Tag

lio a

lla b

ase

(kN

)

Accelerogramma A1

-4,00

-3,00

-2,00

-1,00

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00

[s]

[m/s

^2]

Metodi di analisi non lineari

Analisi Statica non Lineare (push-over)

Analisi Dinamica non Lineare(accelerogrammi artificiali o naturali)

PushMass+X

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0,16

0,18

0,20

0,22

Spostamento (m)

Tag

lio a

lla b

ase

(kN

)

Tipi di costruzione e Vita nominale

TIPI DI COSTRUZIONE Vita Nominale VN

1

Opere provvisorie Opere provvisionali Strutture in fase

costruttiva 10 anni

2

Opere ordinarie, ponti, opere infrastrutturali di importanza

normale 50 anni

3

Grandi opere, ponti, opere infrastrutturali di importanza

strategica 100 anni

Ospedali

Classi duso

CLASSE DUSO I II III IV

CU 0,7 1,0 1,5 2,0

Classe I : Costruzioni con presenza solo occasionale di persone

Classe II : Costruzioni il cui uso preveda normali affollamenti

Classe III: Costruzioni il cui uso preveda affollamenti significativi (scuole,teatri, musei, etc.)

Classe IV: Costruzioni con funzioni pubbliche o strategiche importanti (Caserme VVFF, Prefetture, Municipi, Centri Protezione Civile, Ospedali, Ponti, Infrastrutture di importanza strategica, etc.)

Coefficiente duso C U

OspedaliEdifici

Periodo di riferimento per lazione sismica

Periodo di riferimento per lazione sismica: VR = VN . CU

VR = VN . CU = 50 x 1 = 50 anniEdifici a normale affollam.

20015010070 100

100755035 50

35353535 10

IVIIIIII

CLASSE DUSOVN

(anni)

Periodo di riferimento V R

VR = VN . CU = 100 x 2 = 200 anniOspedali

Livelli prestazionali

Non operativit

Non agibilit

Danni alle persone

Collasso

Scenari di danno e livelli prestazionali

Stati Limite

SL di esercizio SL ultimi

Scenari di danno

Stato Limite di Operativit (SLO): a seguito del terremoto la costruzione

nel suo complesso, includendo gli elementi strutturali, quelli non strutturali,

le apparecchiature rilevanti alla sua funzione , non deve subire danni

duso significativi.

Stati limite

Stato Limite di Danno (SLD): a seguito del terremoto la costruzione nel

suo complesso, includendo gli elementi strutturali, quelli non strutturali, le

apparecchiature rilevanti alla sua funzione, subisce danni tali da non

mettere a rischio gli utenti e da non compromettere significativamente la

capacit di resistenza e di rigidezza nei confronti delle azioni verticali ed

orizzontali, mantenendosi immediatamente utilizzabile pur

nellinterruzione duso di parte delle apparecchiat ure .

Stati Limite di Esercizio

Stato Limite di salvaguardia della Vita (SLV): a seguito del terremoto

la costruzione subisce rotture e crolli dei componenti non struttur ali

ed impiantistici e significativi danni dei component i strutturali cui si

associa una perdita significativa di rigidezza nei confronti delle azioni

orizzontali; la costruzione conserva invece una parte della resistenza e

rigidezza per azioni verticali e un margine di sicurezza nei confronti del

collasso per azioni sismiche orizzontali.

Stati limite

Stato Limite di prevenzione del Collasso (SLC): a seguito del terremoto

la costruzione subisce gravi rotture e crolli dei componenti non

strutturali ed impiantistici e danni molto gravi de i componenti

strutturali ; la costruzione conserva ancora un margine di sicurezza per

azioni verticali ed un esiguo margine di sicurezza nei confronti del

collasso per azioni sismiche orizzontali.

Stati limite Ultimi

2475*

1900

200

120

VR=200

975

475

50

30

VR=50

TR : Periodo di ritorno

Collasso

Salvaguardia della Vita

Danno

Operativit

Stato limite P VR

81%

63%

10%

5%

)1ln( VR

RR

P

VT

=

Probabilit di superamento e periodo di ritorno

Stato limite probabilit di superamento P VR nel periodo V R

(periodo di ritorno)

Edifici Ospedali

PVR

VR

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0,90

1,00

0 1 2 3 4

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0,90

1,00

0 1 2 3 4

Azione sismica: spettri elastici

Se[g]

Se[g]

T[sec]

VR = 50

VR = 200

SLV

SLOSLD

SLC

Aumento 33%

SLV

VR = 200 Suolo tipo D

Pericolosit sismica del sito spettri elastici

T[sec]

Ospedali - V R=200 anni

TR=120 anni TR=200 anniTR=1900 anni TR=2475 anni

Stati limite di esercizio

Stati limite ultimi

Livelli prestazionali e scenari di danno

Fattori di struttura

2,01,5Strutture a pendolo inverso

3,02,0Strutture deformabili torsionalmente

4,0aaaau/aaaa13,0Strutture a pareti non accoppiate

4,5aaaau/aaaa13,0aaaau/aaaa1Telaio, pareti accoppiate, miste

CDACDB

qoTipologia strutturale

a) Strutture a telaio o misteStrutture a telaio a un piano o miste aaaau/aaaa1 = 1,1Strutture a telaio a pi piani e una campata aaaau/aaaa1 = 1,2Strutture a telaio a pi piani e pi campate aaaau/aaaa1 = 1,3

b) Strutture a pareti o misteStrutture con due pareti non accoppiate aaaau/aaaa1 = 1,0Strutture a pareti non accoppiate aaaau/aaaa1 = 1,1Strutture a pareti accoppiate o miste aaaau/aaaa1 = 1,2

Kw = 0,5 (1+aaaao)/3 1

q = q o . kR (kR = coefficiente di regolarit in altezza)

Fattore di riduzione per prevenire il collasso a seguito della rottura delle

pareti

((((aaaa1= azione sismica che provoca la 1cerniera plastica ; aaaau az. sism. che provoca il collasso)

aaaao = h/b

Fattori di struttura

kR = 1 edifici regolari in altezza

kR = 0,8 edifici non regolari in altezzaRegolarit in altezza

Regolarit in pianta

Per le costruzioni regolari in pianta si assumono i valori di indicati nella tabella precedente

aaaau/aaaa1

Per le costruzioni non regolari in pianta si assumono i seguenti valori medi

(1+a(1+a(1+a(1+au/aaaa1)/2

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