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CAPITOLO 4
Conclusioni e ulteriori sviluppi
L’intervento di adeguamento sismico presenta, come già accennato (CAP.3 – Par. 3.2) un triplice obiettivo.
SLV → Verificare in termini di resistenza per flessione e taglio, i pilastri e le travi per le combinazioni SLV;
SLD → Verificare dr < drlim agli SLD;
In direzione x impedire il martellamento tra due Unità strutturali adiacenti.
Il primo obiettivo viene raggiunto soltanto per i pilotis al piano terra; ai piani superiori la situazione non cambia, le travi ed i pilastri risultano ancora non verificati.
Il secondo obiettivo viene raggiunto per tutti e quattro gli impalcati; tuttavia lo stato di fatto non presentava grandi problematiche in tal senso. Gli spostamenti d’interpiano in direzione x rientravano tutti entro la limitazione imposta di 1,4 cm; soltanto gli spostamenti del secondo impalcato in direzione y per le combinazioni SLDy relativamente all’Unità I superavano la soglia limite. Tuttavia, dopo aver preso coscienza che i tamponamenti collassano per un periodo di ritorno pari a 120 anni, la loro collaborazione è stata considerata per gli SLD e gli spostamenti d’interpiano anche per il secondo impalcato risultano minori di 1,40 cm.
NO Tamp. Tamp.
SLD 1Y dr2ymax (cm) dr2ymax (cm) drlim (cm) dr2ymax < drlim
1,59 1,37 1,40 OK
Tab. 4.1 – Verifica di spostamento per struttura con tampinamenti collaboranti
Tuttavia per il soddisfacimento di tale verifica, non incide l’intervento, bensì il contributo dei tamponamenti.
255 Il terzo ed ultimo obiettivo risulta soddisfatto per le TH SLD, ma ciò accade anche per lo
stato di fatto; per le TH SLV il fenomeno del martellamento si manifesta (Cap. 3 – Tab. 3.199).
L’intervento realizzato produce un miglioramento sismico, senza tuttavia risolvere le problematiche che caratterizzano l’edificio anche per i piani superiori.
L’obiettivo di irrobustire ed irrigidire la parte più debole dell’intera struttura, i pilotis, è stato soddisfatto poiché le verifiche di resistenza a taglio e flessione risultano tutte soddisfatte. In termini di spostamenti, un intervento del genere restituisce spostamenti assoluti di piano molto ridotti.
Le sollecitazioni ai piani superiori non si riducono in maniera sensibile, poiché i setti in c.a. limitano gli spostamenti assoluti irrigidendo fortemente il piano terra, ma non riducono gli spostamenti d’interpiano dai quali queste dipendono linearmente.
Pertanto gli elementi strutturali che costituiscono i piani superiori risultano, anche ad intervento ultimato, non verificati; lo scopo di migliorare il comportamento sismico dei fabbricati oggetto di studio è stato raggiunto, tuttavia quest’ultimi si manifestano ancora “inadeguati” al terremoto.
E’ doveroso comunque ricordare che tutte le analisi statiche e dinamiche effettuate sono lineari; ciò significa non considerare le risorse plastiche dei materiali strutturali e porre quindi la struttura in una posizione estremamente cautelativa. L’unico fattore, anche se non sufficiente, che tiene di conto di questo aspetto è il fattore di struttura q il quale è stato asssunto, a favore di sicurezza, molto basso, forse eccessivamente.
Alla luce di questa considerazione sarebbe interessante studiare il comportamento strutturale ripetendo le verifiche attraverso un’analisi non lineare la quale consideri le non linearità geometriche e soprattutto le non linearità del materiale.
Inserendo cerniere plastiche in corrispondenza dei pilastri, sarebbe interessante calcolare la curva di capacità (F-δ), la capacità di rotazione alla corda dei pilastri in fase di snervamento dell’armatura (θy) ed in fase di collasso (θu) attraverso verifiche di duttilità locale.
256 Dai seguenti rapporti emerge un quadro duttile globale e locale che interessa la struttura dal quale è possibile individuare con più precisione il valore da attribuire al fattore di struttura su basi analitiche anziché intuitive:
μδ = δu/δy μθ = θu/θy
L’irrigidimento garantito dall’intervento di miglioramento emerge chiaramente dal confronto dei risultati relativi all’analisi dinamica modale in termini di periodi propri di vibrazione tra Stato di Fatto e Stato di Progetto.
4.1 Tipologie di intervento sulle strutture esistenti
I fattori principali che comportano l’intervento su strutture esistenti sono il danneggiamento e l’adeguamento antisismico.
I principali aspetti che devono essere valutati nella progettazione degli interventi sono i seguenti:
Miglioramento della duttilità dei singoli elementi;
Riduzioni di forti irregolarità di massa e rigidezza che caratterizzano la struttura in pianta ed in altezza;
Riduzione dell’impiego degli elementi strutturali originali mediante l’introduzione di sistemi di dissipazione dell’energia;
Realizzazione ed ampliamento di giunti sismici; Miglioramento del sistema di fondazione.
Relativamente alle strutture in c.a. dovranno essere prese in considerazione le seguenti tipologie di intervento o loro combinazioni:
Rinforzo degli elementi strutturali originari;
Aggiunta di nuovi elementi resistenti come pareti in c.a. oppure controventi in acciaio;
257 Incamiciature in c.a.
Due sono le possibili modalità di intervento:
Riparazioni o interventi a livello locale Interventi a livello globale
Gli interventi locali vengono realizzati qualora il numero di elementi che necessitano di un aumento di resistenza o di una riparazione non è eccessivo; nel caso contrario è possibile procedere con interventi a livello globale.
INTERVENTI LOCALI
Iniezione di lesioni con resine epossidiche
Le fessure createsi vengono pulite con aria compressa, dopodichè vengono posizionati i tubicini di iniezione, viene iniettata la resina epossidica superfluida ed infine avviene la chiusura e la rimozione dei tubicini e la sigillatura dei fori.
Fig. 4.1
Tale intervento apporta la riparazione di travi e pilastri senza incrementare la loro sezione.
258 Fig. 4.2 Riparazione di pilastri
259 Fig. 4.4 Riparazione dei nodi trave – colonna
Incamiciatura in c.a.
Si tratta di una tecnica applicata agli elementi strutturali esistenti e garantisce:
Incremento della capacità portante verticale; Incremento della resistenza a flessione e taglio; Aumento della capacità deformativa;
Miglioramento dell’efficienza delle giunzioni.
Per la valutazione della resistenza e della deformabilità dell’elemento incamiciato occorre definire per quest’ultimo un comportamento monolitico di piena aderenza acciaio – calcestruzzo; il carico assiale viene inoltre considerato agente sull’intera sezione incamiciata e le proprietà del calcestruzzo della camicia vengono considerate estese all’intera sezione se la differenze tra i due materiali non sono eccessive.
Esistono due tipologie di incamiciatura:
Incamiciatura totale Incamiciatura parziale
260 Fig. 4.5
261 Fig. 4.7 Incamiciatura totale dei pialstri
262 Fig. 4.9 Incamiciatura totale dei nodi
Incamiciatura in acciaio
L’incamiciatura in acciaio è il tipo di intervento realizzato per i pilotis dei fabbricati oggetto di studio (angolari+calastrelli) (Cap.3 – Par.3.7).
Placcaggio con piatti metallici
Questo tipo di intervento consiste nel collocare piatti metallici in corrispondenza dei solai e delle travi i quali ne irrobustiscono la sezione rendendoli maggiormente resistenti. I piatti fungono da armatura resistente in acciaio aggiuntiva.
263 Fig. 4.11 Rinforzo di travi mediante piatti metallici
Rinforzo dei telai mediante incamiciatura delle tamponature
Questa tipologia di intervento fornisce un’elevata riduzione delle deformazioni orizzontali grazie ad un forte irrigidimento, ed una riduzione dei tempi e dei costi dell’intervento grazie all’utilizzo di pannelli prefabbricati.
D’altro canto si manifesta un aumento del momento di ribaltamento e del peso che comporta un rafforzamento delle fondazioni ed un’inadeguata distribuzione di carico che potrebbe provocare rotture di tipo fragile.
264
Rinforzo delle fondazioni
Per garantire la sovraresistenza della fondazione rispetto ai pilastri, qualora si presentassero plinti isolati, è necessario realizzare una fondazione nastriforme.
Fig. 4.13
Rinforzo dei telai mediante controventi metallici dissipativi
Questa modalità di intervento presenta alcuni vanaggi:
L’istallazione è meno complessa rispetto alle incamiciature in c.a. ed il peso trasferito in fondazione è nettamente inferiore;
Si verifica un aumento dello smorzamento dinamico.
Tuttavia la lavorazione richiede operai altamente qualificati, soprattutto per le zone di connessione tra controvento e struttura esistente.
265 Fig. 4.14
Fig. 4.15
INTERVENTI GLOBALI
Interventi di isolamento alla base
L’isolamento sismico provoca una riduzione della domanda a livello globale abbattendo drasticamente l’energia trasmessa dal suolo all’intera struttura.
266 L’isolamento sismico consiste nel disaccoppiare il moto del terreno da quello della struttura introducendo una “sconnessione alla base”.
La continuità strutturale è garantita da particolari apparecchi di appoggio detti isolatori caratterizzati da un’elevata deformabilità, da una bassa resistenza al moto in direzione orizzontale e da un’elevata rigidezza in direzione verticale.
Fig. 4.16
267 Fig. 4.18 Esempio di inserimento di isolatori in un edificio esistente
4.2 Confronto tra Stato di Fatto e Stato di Progetto
L’irrigidimento garantito dall’intervento di miglioramento emerge chiaramente dal confronto dei risultati relativi all’analisi dinamica modale in termini di periodi propri di vibrazione tra Stato di Fatto e Stato di Progetto.
268
Stato di Fatto
Fig. 4.19 – Struttura priva di setti
Modo Periodo T (s) Massa Partec. Direz. X (%) Massa Partec. Direz. Y (%) Massa Partec. Direz. RZ (%)
1 0,912 0,03516 56,19000 15,57000 2 0,867 27,36000 0,00738 1,02000 3 0,867 51,34000 0,08300 4,05000 4 0,829 0,00114 30,70000 60,67000 5 0,789 3,63000 0,12000 6,50000 6 0,742 1,67000 0,03155 0,53000 7 0,308 0,00015 5,53000 1,66000 8 0,294 6,47000 0,00047 0,24000
Tab. 4.2 – Risultati Analisi Modale
I modi di vibrare dignificativi risultano essere i primi 8.
Il 1° modo è traslazionale in direzione y per l’Unità I Il 2° modo è traslazionale in direzione x per l’Unità II Il 3° modo è traslazionale in direzione x per l’Unità I Il 4° modo è traslazionale in direzione y per l’Unità II Il 5° modo è torsionale per l’Unità I
269 Il 7° e l’ 8° modo sono modi di vibrare di tipo misto.
Stato di Progetto
Fig. 4.20 – Struttura con setti
Modo Periodo T (s) Massa Partec. Direz. X (%) Massa Partec. Direz. Y (%) Massa Partec. Direz. RZ (%)
1 0,709 45,99400 0,00192 2,06600 2 0,707 23,77600 0,00000 0,95100 3 0,702 0,00191 46,84200 14,08600 4 0,608 0,00003 25,22000 48,81600 5 0,560 0,63200 0,00001 5,24200 6 0,517 0,57700 0,00090 0,96900 7 0,247 0,00025 7,67300 2,32300 8 0,243 6,43900 0,00021 0,22500 9 0,239 3,25400 0,00001 0,11700 10 0,213 0,00000 3,85000 7,43600 11 0,195 0,04000 0,00000 0,69500 12 0,177 0,04300 0,00093 0,14900 13 0,145 3,57400 0,00543 0,14900 14 0,142 0,00782 4,87000 1,43600 15 0,141 1,74400 0,00016 0,06500 28 0,107 7,96200 0,00296 0,31500
270 I modi di vibrare significativi risultano essere i primi 15 ed il modo 28.
Il 1° modo è traslazionale in direzione x per l’Unità I Il 2° modo è traslazionale in direzione x per l’Unità II Il 3° modo è traslazionale in direzione y per l’Unità I Il 4° modo è traslazionale in direzione y per l’Unità II Il 5° modo è torsionale per l’Unità I
Il 6° modo è torsionale per l’Unità II
Dal 7° modo in poi iniziano i modi misti.
Confronto
Stato di fatto Stato di progetto
MODO Periodo T (s) MODO Periodo T (s) 1 0,911 (U1y) 1 0,709 (U1x) 2 0,869 (U2x) 2 0,706 (U2x) 3 0,867 (U1x) 3 0,702 (U1y) 4 0,829 (U2y) 4 0,607 (U2y) 5 0,789 (U1m) 5 0,560 (U1m) 6 0,742 (U2m) 6 0,517 (U2m)
Tab. 4.4 – Confronto tra i periodi
Focalizzando l’attenzione sui valori relativi ai periodi propri, emerge che l’intervento di miglioramento apporta un’importante irrigidimento della struttura.
La struttura risulta inoltre notevolmente irrigidita anche rispetto alla torsione di piano di cui era necessario limitarne gli effetti per garantire un comportamento il più possibile regolare durante il terremoto.
4.3 Ipotesi di adeguamento sismico
Per poter non solo migliorare il comportamento, ma anche adeguare gli edifici, sarebbe necessario un tipo di intervento non circoscritto al piano terra, ma esteso anche ai piani superiori.
271 In tal senso potrebbero essere percorse due strade:
Consolidamento dei tamponamenti;
Realizzazione dei setti anche ai piani superiori.
Consolidamento dei tamponamenti
Ipotizzando infatti il contributo irrigidente dei tamponamenti anche per gli SLV, il martellamento viene evitato (Cap.3 – Tab.3.203); ipotizzando inoltre il contributo resistente anche per gli SLV, i tamponamenti incasserebbero una sensibile aliquota di taglio sismico di piano scaricando i pilastri adiacenti tanto da rendere le verifiche di resistenza soddisfatte. Un’ipotesi di consolidamento potrebbe essere la realizzazione di dissipatori sismici concentrici o eccentrici in corrispondenza delle maglie tamponate (Cap.4 – Par.4.1 – Fig.4.15). Così facendo la risposta al sisma è garantita dai setti al pino terra e dai tamponamenti ai piani supeiori.
272 Fig. 4.4 - Posa in opera controventi dissipativi all’esterno
Fig. 4.5 – Schema esecutivo dei controventi dissipativi
Realizzazione dei setti anche ai piani superiori
Per essi valgono le medesime considerazioni fatte per il consolidamento dei tamponamenti in termini sia di rigidezza, sia di resistenza. Dal punto di vista realizzativo questa soluzione presenta tuttavia degli oneri di costi e di fasi di costruzione non indifferenti basti pensare alla realizzazione del vincolo incastro tra solaio esistente e setto sia all’intradosso che all’estradosso.
273 Per entrambe le soluzioni tuttavia il dimensionamento degli elementi dissipativi, deve esser tale da non generare nuovi piani soffici; per questo occorre uno studio preciso ed accurato affinché i rapporti tra taglio sismico di piano e taglio resistente siano non solo inferiori ad 1, ma anche il più possibile uguali per tutti gli impalcati. In questo modo le cerniere plastiche andrebbero a formarsi negli elementi dissipativi nello stesso istante ed il meccanismo di collasso globale risulterebbe sicuramente favorevole.
Tuttavia entrambe le soluzioni di adeguamento sismico sono “invasive” per i piani superiori e non rientrano negli obiettivi del presente lavoro.
