teco 01-danni sisma
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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
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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
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Il terremoto di LAquila
Tamponature esterne
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Tamponature esterne
Il terremoto di LAquila
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Tamponature esterne
Il terremoto di LAquila
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Portici: murature non confinate
Il terremoto di LAquila
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Portici: murature non confinate
Il terremoto di LAquila
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Tamponature esterne e portici
Il terremoto di Fabriano
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Tamponature non confinate sui portici
Divisori interni
Il terremoto di Fabriano
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Ospedale San Salvatore: tamponature esterne
Il terremoto di LAquila
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Ospedale San Salvatore: tamponature esterne
Il terremoto di LAquila
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Ospedale San Salvatore: pannello murario non confinato
Il terremoto di LAquila
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Ospedale San Salvatore: pannello murario a sostegno dellinsegna
Il terremoto di LAquila
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Piano soffice
Il terremoto di LAquila
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Piano soffice
Il terremoto di LAquila
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Nodi
Il terremoto di LAquila
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Pilastro tozzo sulla scala
Pilastro tozzo sulla facciata
Il terremoto di LAquila
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Danneggiamento limitato ai primi livelli
Il terremoto di LAquila
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Danneggiamento limitato ai primi livelli
Il terremoto di LAquila
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Edifici in muratura ed edifici in c.a.
Il terremoto di LAquila
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Comportamento evolutivo di un edificio intelaiato so tto sisma
Telaiotamponato
Telaio nudo
SLD
SLU
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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
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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
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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.
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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
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Edifici a scheletro portante in c.a.
Tipologie strutturali
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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.
Tipologie strutturali
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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
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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
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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
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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.
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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.
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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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