corso di riabilitazione strutturaleold 3.4.1 edifici esistenti... · pilastri: dimensioni,...
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La valutazione di edifici in c.a.
Corso diRiabilitazione Strutturale
POTENZA, a.a. 2012– 2013
La valutazione di edifici in c.a.
Il Progetto Simulato
Dott. Marco VONAScuola di Ingegneria - Università di Basilicata
[email protected] http://www.unibas.it/utenti/vona/
Dati necessari per la valutazione
Livelli di conoscenza
Geometria (carpenterie)
Dettagli strutturali Proprietà dei materiali
LC1
Progetto simulato in accordo alle norme dell’epoca
elimitateverifiche in-situ
Valori usuali per la pratica costruttiva dell’epoca
elimitateprove in-situ
EDIFICI ESISTENTI. VALUTAZIONE DELLA SICUREZZA
+
Fattore di confidenza
LC1
Progetto simulato in accordo alle norme dell’epoca
elimitate verifiche in-situ
Valori usuali per la pratica costruttiva dell’epoca
elimitate prove in-situ
Da disegni di carpenteria
originali con rilievo visivo a
campioneoppure
rilievo ex-novo completo
limitateverifiche in-situ limitateprove in-situ
LC2
Disegni costruttivi incompleti+
limitateverifiche in situoppure
esteseverifiche in-situ
Dalle specifiche originali di progetto
+limitateprove in-situ
oppureesteseprove in-situ
LC3
Disegni costruttivi completi+
limitateverifiche in situoppure
esaustiveverifiche in-situ
Dai certificati di prova originali
+limitateprove in situ
oppureesaustiveprove in-situ
-
limitate verifiche in-situ limitate prove in-situ
Conoscenza della struttura. Cos’è il PROGETTO SIMULATO?
Progetto simulato (O.P.CM. 3274, all. 2, § 1.2.3.3)“Serve, in mancanza dei disegni costruttivi originali, a definire la quantità e la disposizione dell’armatura in tutti gli elementi con funzione strutturale o le caratteristiche dei collegamenti. Deve essere eseguito sulla base delle norme tecniche in vigore e della pratica costruttiva caratteristica all’epoca della costruzione.”
Eurocode 8: Design of structures for earthquake resistance. Part 3: Assessment and retrofitting of buildings DRAFT No 7, June 2004
� Quantità, qualità e disposizione delle armature
� Dettagli costruttivi
COME AFFRONTARE IL PROBLEMA DEL PROGETTO SIMULATO ?
Part 3: Assessment and retrofitting of buildings DRAFT No 7, June 2004§ 3.4.2.1. Simulated design
METODOLOGIA
Individuazione e studio dello schema strutturale
Valutazione dei carichi
Individuazione dell’età di progettazione e costruzione
Scelta del modello di calcolo
Valutazione dei carichi
Indagini – verifiche in situ
Valutazione delle sollecitazioni
Progetto – verifica delle ARMATURE
Normativa tecnica Indicazioni per•Valori previsti per le azioni •Resistenze dei materiali•Dimensioni degli elementi (min)•Quantità di armatura (min, max)•Metodi di calcolo e verifica
PERIODO DI PROGETTAZIONE E COSTRUZIONE
Manualistica Consolidata dell’epoca di costruzione
Indicazioni per•Metodologie di calcolo•Disposizione delle armature
Progetti “tipici” e consuetudini costruttive
PERIODO DI PROGETTAZIONE E COSTRUZIONE
Obiettivo: Individuare le caratteristiche strutturali tipich e di edifici
esistenti realizzati in una certa regione ed in un certo periodo
- R.D. n. 2229 del 16/11/1939- Legge n. 1086 del 5/11/1971- Decreti attuativi: D.M. del 30/5/72. D.M. 30/5/74. …..
Carichi e sovraccarichi
Edifici in c.a.
NORMATIVE DI RIFERIMENTO
PERIODO DI PROGETTAZIONE E COSTRUZIONE
Carichi e sovraccarichi
- R.D. n. 2105 del 22/11/37- D.M. del 3/3/1975- Vasta classificazione sismica (1980)
- Prime indicazioni legge n. 1684 25/11/1962 - Legge n. 64 del 2/2/1974- D.M. del 3/10/78
Zone sismiche
Tipo di SollecitazioneResistenza Compr. Fless. Taglio
Normativa [kg/cm2] ControlliR.D. 2229/39
VALORIMEDI
Norm ≥120 29,2% 33,3% 3,3% 11,7%1/125mcAlta res. ≥160 28,1% 31,3% 3,8% 10,0%
Contr. cant 180-225 33,3% 33,3% 2,7% 7,1%
D.M. 30/05/72 VALORICARATTERISTICI 150-500 20-28% 29-40% 2,6-1,7% 9,3-48% 4/100mc
min 12
D.M. 26/03/80 “ “ “ “ “ 2/100mcmin 6
D.M. 09/01/96 “ “ “ “ “ “
maxamm σσ maxamm σσmaxc0 στ maxc1 στ
Calcestruzzo
CARATTERISTICHE ELEMENTI STRUTTURALI
D.M. 09/01/96 “ “ “ “ “ “
Resistenza [kg/cm2] Allung.a rottura Controlli
Normativa Rottura Snervamento
R.D. 2229/39 Acciaio dolce 4200-5000 ≥2300 28-33% 20%
2/1000Acciaio semiduro 5000-6000 ≥2700 33-40% 16%
Acciaio duro 6000-7000 ≥3100 29-40% 14%
D.M. 30/05/72Barre lisce 3400-5000 2300-3200 35-32% 24-23 3 camp. (facol. se
control. in stab.)Barre Ader. Migl. 4600-5500 3800-4400 48-40% 14-12
Acciaio
maxamm σσ
TraviNormativa Arm. Longit. Arm.Trasversale Verifiche Coprifer Interfererr
o
R.D. 2229/39 50% Taglio staffe50% Taglio piegati
n=6,8,10Metodo T.A. 2 cm min(2cm,φ)
D.M. 30/05/72
Af=0,25% Asez(per barre lisce) n=10,15
MetodoT.A.Calc. a rottura
2-4 cm min(2cm,φ)Af=0,15% Asez(per barre
A.M.)
D.M. 26/03/80 “Astaffe=3cm2/m
pstaf ≤0,8(alt. utile)φ
n=15 MetodoT.A.Stati limite “ “
CARATTERISTICHE ELEMENTI STRUTTURALI
Solai
D.M. 26/03/80 “ pstaf ≤0,8(alt. utile)pstaf≤12φmin(appoggi) Stati limite “ “
D.M. 09/01/96 “ “ “
Normativa Dimensioni Arm. Ripartizione Verifiche Copriferro
R.D. 2229/39 H=max(L/30,8cm)Soletta min 4cm Arip=25% Aprincipale
n=6,8,10Metodo T.A.
Soletta 0,8cmTrav. = 2cm
D.M. 30/05/72 H=max(L/30,8cm)Soletta min 4cm Arip=20% Aprincipale
n=10,15Metodo T.A.
Calcolo a rottura
Soletta 0,8cmTrav. = 2cm
D.M. 27/07/85 H=max(L/25,12cm)Soletta min 4cm
n=15 Metodo T.A.Stati limite “
D.M. 09/01/96 “ “
Pilastri
NormativaArm.Longit. Arm.Trasversale
Verifiche
Copriferr
o Interferro
R.D. 2229/390,8% fino a 2000cm2
0,5% oltre 8000 cm2 pstaf=min(1/2Lmin,10φmin)n=6,8,10
Metodo T.A.2 cm min(2cm,φ)
D.M. 30/05/72
0,6-5% Acls s.n.
0,3% Aeff
φmin= 12mm
pstaf=min(15φmin;25cm)
φmin = 6 mm
n=10,15
Metodo T.A.
Calc. a rottura
2-4 cm min(2cm,φ)
CARATTERISTICHE ELEMENTI STRUTTURALI
min
D.M. 30/05/74
≥0,6% Acls s.n.
0,3-5% Aeff
φmin= 12mm
pstaf=min(15φmin;25cm)
φmin = 6 mm
n=10,15
Metodo T.A.
Stati limite
“ “
D.M. 26/03/80
≥0,8% Acls s.n.
0,3-6% Aeff
φmin= 12mm
pstaf=min(15φmin;25cm)
φmin = 6 mm
n=15
Metodo T.A.
Stati limite
“ “
D.M. 09/01/96 “ “ “
Solai• Modellazione: generalmente schema a trave continua• Momento (incastro o semi incastro) per gli appoggi di estremità• Distribuzione a scacchiera per i carichi accidentali• Progetto a semplice armatura• Disposizione delle armature ottenuta dai momenti resistenti
bMbtAf ⋅⋅=
INDICAZIONI DELLA MANUALISTICA DI USO COMUNE
Travi
• Modellazione: trave incastrata agli estremi, a trave continua• Distribuzione a scacchiera per i carichi accidentali• Progetto a semplice armatura• Disposizione delle armature longitudinali ottenuta dai momenti
resistenti (minimo 2 reggistaffe, tipicamenteφ 12)• Diametro delle armature longitudinali• Passo e diametri delle armature e trasversali
bMbtAf ⋅⋅=
Pilastri
•Progetto a solo sforzo assiale centrato•Sezioni ridotte con piccoli quantitativi di armatura•Passo e forma delle staffe•Sovrapposizione delle armature longitudinali
INDICAZIONI DELLA MANUALISTICA DI USO COMUNE
Caratteristiche globali
• Tipologia e disposizione del sistema resistente (forma, regolarità,ecc.);
• Tipologia e posizione del vano scala e del nucleo ascensore;• Tipologia e posizione delle tamponature.
STUDIO DI ELABORATI DI PROGETTO ORIGINALI
LE CONSUETUDINI PROGETTUALI E COSTRUTTIVE
Caratteristiche locali
• Tipologia delle armature• Quantità e disposizione delle armature;• Lunghezze di ancoraggio;• Lunghezzedi sovrapposizione;
STUDIO DI ELABORATI DI PROGETTO ORIGINALI
LE CONSUETUDINI PROGETTUALI E COSTRUTTIVE
• Lunghezzedi sovrapposizione;• Disposizione delle staffe (variazioni di passo lungo l’elemento)
Errori e difetti tipici
Da studiare caso per caso• Nodi trave – trave;• Sfalsamento eccessivo tra gli assi degli elementi;• Errato posizionamento delle armature• Cattivaesecuzione
STUDIO DI ELABORATI DI PROGETTO ORIGINALI
LE CONSUETUDINI PROGETTUALI E COSTRUTTIVE
• Cattivaesecuzione• Errori di calcolo veri e propri• …………………..
• Assenza di un doppio reticolo di travi in due direzioni ortogonali• Telai in una sola direzione ad esclusione del perimetro• Distribuzione delle rigidezze simmetrica in direzione trasversale• Collocazione frequentemente centrale del corpo scala• Tamponature in laterizio forato a doppia fodera
CARATTERISTICHE TIPICHE EDIFICI “NON SISMICI”
LE CONSUETUDINI PROGETTUALI E COSTRUTTIVE
Tipico schema strutturale di edifici residenziali non
antisismici
Edificio in c.a. intelaiato a 4 pianiDestinazione originaria: civile abitazioneIl progetto e la realizzazione: 1975 – 76Zona all’epocanon classificata come sismica
Normativa di riferimentoperl’edificio in esameè:
CARATTERISTICHE DELL’EDIFICIO
ESEMPIO DI PROGETTAZIONE SIMULATA
Normativa di riferimentoperl’edificio in esameè:•Legge 5/11/1971 n. 1086•Decreto Ministeriale 30/5/1974
Materiali usuali per la pratica costruttiva degli anni '70, ossia:
•calcestruzzo Rck 250
•acciaio ad aderenza migl. A38 (l’attuale FeB 38k)
Progetto e verifica con ilMetodo delle tensioni ammissibili
Resistenze ammissibili
•calcestruzzo (σamm a flessione): σa,cf = 85 kg/cm2
•calcestruzzo(σ acompressione): σ = 60kg/cm2
CARATTERISTICHE DELL’EDIFICIO
ESEMPIO DI PROGETTAZIONE SIMULATA
•calcestruzzo(σamm acompressione): σa,cc= 60kg/cm2
•acciaio (considerato non controllato): σa,s= 1900 kg/cm2
Coefficiente di omogeneizzazione (coerentemente con leconsuetudini e la manualistica dell’epoca)
n = 15
Grazie al RILIEVO COMPLETO si individuano leDIMENSIONI in pianta ed in elevazione dell’edificio e quelledegli elementi strutturali.In particolare:
INDIVIDUAZIONE DELL’ORGANISMO STRUTTURALE
ESEMPIO DI PROGETTAZIONE SIMULATA
• Individuazionedi tutti gli elementi strutturali
• Posizione relativa di tutti gli elementi strutturali
• Esatte dimensioni
• Funzione strutturale presumibilmente loro assegnata in origine
(ad esempio travi progettate per portare il carico dei solai o
soltanto delle tamponature)
Dovranno essere individuate, almeno, le seguenti caratteristiche:Solai: orditura, dimensioni ed interasse dei travetti, presenza delle fascepiene e/o semipiene, tipologia e dimensione delle pignatte, spessoredella solettaTravi: dimensioni, direzione, eventuale presenza di nodi trave – trave,localizzazione di travi a spessore.
INDIVIDUAZIONE DELL’ORGANISMO STRUTTURALE
ESEMPIO DI PROGETTAZIONE SIMULATA
Tipo di copertura (piana o a falda, con telai in c.a., capriate in acciaio,ecc.)Altri elementi (ed esempio pareti in c.a.) e lorocollegamentocon glialtri elementi strutturali.Pareti controterra inglobate nel sistema resistente
Pilastri: dimensioni, tipologia dei collegamenti con altri elementistrutturali (travi a ginocchio, pareti, ecc.), entità delle eventualirastremazioni lungo l’altezza.
Telaio esterno
INDIVIDUAZIONE DELL’ORGANISMO STRUTTURALE
ESEMPIO DI PROGETTAZIONE SIMULATA
I solai hanno spessore 20 cm(1/25 della luce massima) con travettidi larghezza 10 cmposti ad un interasse di 50 cm
Combinazioni di carico per solaio e travi trasversali
A B C
PermanentePermanente + Accidentale
Permanente + Accidentale
Permanente + Accidentale
Permanente + Accidentale Permanente
A B CA B C
PermanentePermanente + Accidentale
Permanente + Accidentale
Permanente + Accidentale
Permanente + Accidentale Permanente
Solaio e travi
SCELTA DEI MODELLI DI CALCOLO
ESEMPIO DI PROGETTAZIONE SIMULATA
Solaio tipoCarico PermanenteCarico Accidentale
Trave emergente Peso ProprioPeso TamponatureFascia di solaio
Pilastri
5 m 5 mA B C
5 m 5 mA B C
5 m 5 mA B C
Carichi considerati
Progettati a solo sforzo assiale
Non essendo stato ancora emanato il D.M. 3/10/78, si è fattoriferimento alle norme del Consiglio Nazionale delle Ricerche,“Istruzioni per il calcolo, l’esecuzione e la manutenzione dellecostruzioni metalliche” riportate in [Pagano, 1963].
Solaio di Solaio di
Analisi dei carichi
ESEMPIO DI PROGETTAZIONE SIMULATA
Solaio di
interpiano
Solaio di
copertura
Carichi accidentali adottati 200 Kg/m2 150 Kg/m2
Pesi specificiPCls=25 kN/m3
Platerizi=8 kN/m3
Pmassetto=15 kN/m3
Ptamponature=8 kN/m3
Solaio di interpiano Solaio di copertura
Soletta 100 kg/m2 Soletta 100 kg/m2
Pignatte 88 kg/m2 Pignatte 88 kg/m2
Travetti 138 Kg/m2 Travetti 138 kg/m2
Massetto 42 Kg/m2 Massetto 42 kg/m2
Intonaco 28 Kg/m2 Intonaco 28 kg/m2
SOLAIO TIPO (interasse 50cm)Analisi dei carichi
ESEMPIO DI PROGETTAZIONE SIMULATA
Pavimento 50 Kg/m2 Pavimento 50 kg/m2
Incidenza tramezzi 50 Kg/m2
Carichi permanenti adottati 500 Kg/m2 450 Kg/m2
TRAVE EMERGENTE (luce 5.0 m)Dimensione 30x50 3.75 kN/m
PILASTRO (altezza 2.5 m)Dimensione 30x30 5.6 kN
Individuazione delle fasce di pertinenza delle travi seguendo la logica delle aree di influenza (tipica del progetto a soli carichi verticali)
Valutazione dei carichi:
TRAVI
ESEMPIO DI PROGETTAZIONE SIMULATA
Noti carichi, modello e dimensioni (base, altezza) si progettano le armature
Valutazione dei carichi:
• Peso proprio
• Tamponatura
• Fascia di solaio (p.p. + acc.)
b
Mhr =Progetto
Per ogni sezione, note le sollecitazioni e le dimensioni, si determina il coefficiente r (funzione dei materiali e del coefficiente di omogeneizzazione):
σσσσc r t30 0,6098 0,0009
35 0,5334 0,0011
40 0,4759 0,0012
45 0,4310 0,0013
TRAVI
ESEMPIO DI PROGETTAZIONE SIMULATA
b
MbtAf ⋅⋅=
45 0,4310 0,0013
50 0,3950 0,0015
55 0,3655 0,0016
60 0,3408 0,0017
65 0,3198 0,0019
70 0,3018 0,0020
75 0,2861 0,0021
80 0,2723 0,0022
85 0,2601 0,0023
90 0,2492 0,0025
Quindi, fissando il livello di lavoro per il calcestruzzo (tensione ammissibile), si seleziona t:
fammf h
MA
,9,0 σ⋅⋅=
Oppure:
Progetto
Selezione del diametroe del numero di barreda disporre
Campata(Momento +)
Appoggio Est.(Momento -)
Appoggio int(Momento –)
TRAVI
ESEMPIO DI PROGETTAZIONE SIMULATA
b
MbtAf ⋅⋅=
fammf h
MA
,9,0 σ⋅⋅=
(Momento +) (Momento -) (Momento –)
Af,min = 2,71 2,03 4,47
Af,eff = 3,39 2,26 4,52
3 φ 12 2 φ 12 4 φ 12
Af,min = 2,82 2,12 4,62
La disposizione delle armature lungo tutto l’elemento e fatta in funzione dei risultati delle verifiche e con le metodologie in uso all’epoca
Verifica
ciamm,c IM
⋅σ=
( )c
ciamm,frf xhn
IM
−⋅⋅σ
=( )rfrcsez,r M,MminM =
⋅⋅⋅++−⋅⋅=s
s
An
hb
b
Anx
211
ci
csc I
xM ⋅=σ ( )3cci
sf xh
I
Mn −⋅⋅=σ
TRAVI
ESEMPIO DI PROGETTAZIONE SIMULATA
c
ciamm,crc x
IM
⋅σ=
Disposizione delle armature
-400000
-300000
-200000
-100000
0
100000
200000
300000
400000
500000
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
Progetto• Valutazione dei carichi• Individuazione e valutazione degli sforzi
assiali sui pilastri, seguendo la logica dellearee di influenza, per ciascun livello
N
PILASTRI
ESEMPIO DI PROGETTAZIONE SIMULATA
ammclsnecesstrettcls
NA
,.., σ= ..,min, 006,0 necesstrettclsf AA ⋅=
.,min, 003,0 effclsf AA ⋅=.,effclsA (dal rilievo)
LIVELLO
I II III IV
Allin.
N
[t]
Acls,sn
[cm2]
Af,min
[cm2]
N
[t]
Acls,sn
[cm2]
Af,min
[cm2]
N
[t]
Acls,sn
[cm2]
Af,min
[cm2]
N
[t]
Acls,sn
[cm2]
Af,min
[cm2]
Esterno 261 435 2,61 190 317 1,90 119 198 1,19 48 79 0,48
Centrale 424 706 4,24 312 519 3,12 201 334 2,01 89 149 0,89
Elaborati graficiLivello Pilastro esterno Pilastro centrale Pilastro esterno
I(3 m)
4 Φ 14 L = 360
Staffe Φ 6/2030
30
30
30
4 Φ 16 L = 360
Staffe Φ 6/20 30
30
Staffe Φ 6/20
4 Φ 14 L = 360
Livello Pilastro esterno Pilastro centrale Pilastro esterno
I(3 m)
4 Φ 14 L = 360
Staffe Φ 6/2030
30
4 Φ 14 L = 360
Staffe Φ 6/2030
30
30
30
4 Φ 16 L = 360
Staffe Φ 6/2030
30
4 Φ 16 L = 360
Staffe Φ 6/20 30
30
Staffe Φ 6/20
4 Φ 14 L = 360
30
30
Staffe Φ 6/20
4 Φ 14 L = 360
PILASTRI
RISULTATO PROGETTAZIONE SIMULATA
II(6 m)
30
30
4 Φ 12 L = 360
Staffe Φ 6/20 30
30
Staffe Φ 6/20
4 Φ 16 L = 360
30
Staffe Φ 6/2030
4 Φ 12 L = 360
III(9 m)
4 Φ 12 L = 360
30
30 Staffe Φ 6/15
30
30
4 Φ 14 L = 360
Staffe Φ 6/15
30
30
4 Φ 12 L = 360
Staffe Φ 6/15
IV(12 m)
30
30
Staffe Φ 6/15
4 Φ 12 L = 360
30
30
Staffe Φ 6/15
4 Φ 12 L = 360
30
Staffe Φ 6/15
4 Φ 12 L = 360
30
II(6 m)
30
30
4 Φ 12 L = 360
Staffe Φ 6/2030
30
4 Φ 12 L = 360
Staffe Φ 6/20 30
30
Staffe Φ 6/20
4 Φ 16 L = 360
30
30
Staffe Φ 6/20
4 Φ 16 L = 360
30
Staffe Φ 6/2030
4 Φ 12 L = 360
30
Staffe Φ 6/2030
4 Φ 12 L = 360
III(9 m)
4 Φ 12 L = 360
30
30 Staffe Φ 6/15
4 Φ 12 L = 360
30
30 Staffe Φ 6/15
30
30
4 Φ 14 L = 360
Staffe Φ 6/15
30
30
4 Φ 14 L = 360
Staffe Φ 6/15
30
30
4 Φ 12 L = 360
Staffe Φ 6/15
30
30
4 Φ 12 L = 360
Staffe Φ 6/15
IV(12 m)
30
30
Staffe Φ 6/15
4 Φ 12 L = 360
30
30
Staffe Φ 6/15
4 Φ 12 L = 360
30
30
Staffe Φ 6/15
4 Φ 12 L = 360
30
30
Staffe Φ 6/15
4 Φ 12 L = 360
30
Staffe Φ 6/15
4 Φ 12 L = 360
30
30
Staffe Φ 6/15
4 Φ 12 L = 360
30
Lo studio della manualistica di uso corrente permette di ipotizzarele tipologiedi dettaglicostruttivi
Inoltre, nel caso dei pilastri è necessario definire anche alcuniparametri indispensabili per le successive operazioni divalutazione e verifica (es. lunghezze di sovrapposizione, piegatureancoraggi, ecc.)
RISULTATO PROGETTAZIONE SIMULATA
PILASTRI
le tipologiedi dettaglicostruttivi
Produzione elaborati grafici
30 d o 50 cm
22
RISULTATO PROGETTAZIONE SIMULATA
30
30
50
30 d o 50 cm
40
30 d o 50 cm
22
Le armature progettate (secondo i criteri e le metodologieesposte) dovranno essere verificate mediante sondaggi acampione da condurre sugli elementi strutturali
È opportuno, al fine di acquisire il maggior numero diinformazioni con il minor dispendio di risorse, individuare
INDAGINI – VERIFICHE IN SITU
informazioni con il minor dispendio di risorse, individuaregruppi di elementi strutturali simili (per dimensioni, collocazionee funzione nell’organismo strutturale) all’interno dei qualiselezionare alcuni elementi rappresentativi i cui dispositivi diarmatura possano essere estesi all’intero gruppo
La revisione del Progetto Simulato è il passo finale dellaprocedura
I dettagli di armatura progettati al passo 5 sarannoverificati/corretti alla luce delle evidenze emerse dai sondaggiconsiderandoancheeventualicarenzeederroridi progetto
INDAGINI – VERIFICHE IN SITU
considerandoancheeventualicarenzeederroridi progetto
Dettagli costruttivi
Verifiche in-situ limitate. Servono per verificare lacorrispondenza tra le armature o le caratteristiche deicollegamenti effettivamente presenti e quelle riportate nei disegnicostruttivi, oppure ottenute mediante il progetto simulato.