Indagini per la valutazione del Rischio Sismico delle costruzioni

5

C

APITOLO

1

Indagini per la valutazione del Rischio Sismico delle

costruzioni

6 1.1

G

’

Nella presente tesi sono illustrati e messi a confronto i risultati ottenuti dall’applicazione di alcuni metodi speditivi di valutazione della vulnerabilità sismica degli edifici, in particolare riguardanti l’edilizia scolastica realizzata in cemento armato del Comune di Lucca.

Le diverse metodologie impiegate possono essere applicate, in via generale, sia a fabbricati costruiti in calcestruzzo armato che in muratura.

In tema di vulnerabilità sismica di un edificio, è necessario sottolineare un aspetto importante anche se di carattere generale: la Vulnerabilità V è solo una delle tre componenti del parametro sismico globale connesso all’uso di un fabbricato ovvero il Rischio sismico Ru. Infatti sono da considerare come elementi caratterizzanti anche la

Pericolosità sismica P del sito di costruzione del fabbricato e la sua Esposizione E (riferita al numero di persone potenzialmente presenti nell’edificio).

Il parametro Ru è quindi funzione dei tre parametri sopra elencati (vulnerabilità,

pericolosità ed esposizione).

Può essere definito come la probabilità che, in un certo sito, un livello prefissato di perdite, in ordine di vittime e danni diretti ed indiretti, causate da terremoti, sia superato entro un dato periodo di tempo.

La Pericolosità simica P esprime invece la probabilità che, in un certo intervallo di tempo, in una certa porzione di territorio, si possa verificare uno scuotimento caratterizzato da una determinata intensità.

Nella definizione di Pericolosità, è possibile effettuare una distinzione tra pericolosità di base e pericolosità locale: la pericolosità sismica di base è la misura di scuotimento su suolo rigido o roccia, atteso in un dato sito; la pericolosità sismica locale è la misura dello scuotimento ala sito, che può differire dalla pericolosità di base in quanto dipendente dalle caratteristiche geologiche, geomorfologiche e geotecniche locali.

La Vulnerabilità Sismica di una struttura consiste nella valutazione della maggiore o minore propensione della struttura stessa a subire danni per effetto di un terremoto di assegnate caratteristiche, mettendo quindi anche in pericolo le persone presenti al suo interno; essa rappresenta quindi una proprietà intrinseca della costruzione, dipendendo dalle caratteristiche strutturali reali, sia geometriche sia costruttive.

7 La sua determinazione costituisce un aspetto fondamentale per la valutazione della sicurezza strutturale in caso di terremoti.

Infine l’Esposizione è una misura dell’importanza dell’oggetto esposto al rischio in relazione alle principali caratteristiche dell’ambiente costruito.

1.2

I

’

La valutazione della vulnerabilità sismica delle costruzioni è un passo fondamentale nelle analisi di rischio sismico e nella definizione di scenari di danno per terremoti di diversa intensità.

La vulnerabilità sismica degli edifici può essere valutata adottando procedimenti con diverso grado di approfondimento, che permettono di ottenere, per fasi, informazioni sempre più dettagliate sulle condizioni degli edifici esistenti.

Si distinguono:

- Indagini di Vulnerabilità a Livello 0; - Indagini di Vulnerabilità a Livello 1; - Indagini di Vulnerabilità a Livello 2;

-

I primi tre Livelli di indagine si avvalgono di schede di sintesi, che illustreremo nei paragrafi successivi, da compilare per ogni edificio del patrimonio esistente; la procedura in questo caso si basa sull’analisi di una serie di informazioni sulle caratteristiche degli elementi costitutivi dell’edificio raccolti nelle schede e successivamente elaborati.

Il Livello di indagine 3 non si avvale di schede, è un approfondimento specifico e dettagliato finalizzato alla valutazione della sicurezza di ogni costruzione esistente.

Per valutare la sicurezza con queste indagini è possibile avvalersi di modelli e programmi di calcolo; oggetto della presente tesi, per quanto riguarda questo livello di indagine, è la valutazione della sicurezza mediante l’analisi push-over con l’impiego del programma di calcolo Sismicad 12.5 e con l’applicazione del metodo SAVE (Strumenti Aggiornati per la Vulnerabilità sismica del patrimonio Edilizio e dei Sistemi Urbani), questo ultimo finalizzato alla valutazione della vulnerabilità sismica del singolo edificio mediante l’utilizzo di un modello di calcolo semplificato.

8 1.3

I

’

0

L’indagine di vulnerabilità a Livello 0, che si avvale di una scheda di sintesi denominata Liv0 e illustrata in Figura 1.1, ha lo scopo di censire estesamente il patrimonio edilizio esistente, permettendo la raccolta di informazioni generali relative alla collocazione, all’epoca di costruzione, agli eventuali interventi, alle destinazioni d’uso.

Non si raccolgono elementi direttamente correlati con la vulnerabilità sismica, ma piuttosto elementi che danno una misura della consistenza del patrimonio edilizio, della sua vetustà, della funzione strategica che assolve o del grado di rilevanza in ordine all’entità delle perdite connesse con l’eventuale collasso.

L’acquisizione sommaria dei dati relativi alle opere consente quindi di realizzare un data base generale delle strutture interessate dallo studio.

La scheda, utilizzabile sia per le strutture in calcestruzzo armato che per le murature, è suddivisa in paragrafi come mostrato nella figura seguente in cui si riporta la scheda non compilata al fine illustrativo.

10 Figura 1.1: Scheda di Livello 0

11 1.4

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1

L’indagine di vulnerabilità a Livello 1, che si avvale di una scheda del GNDT denominata “Scheda di 1° livello per il rilevamento dell’esposizione e della vulnerabilità degli edifici”, illustrata in Figura 1.2, permette di catalogare, oltre che informazioni generali più dettagliate rispetto alla precedente, le caratteristiche tipologiche degli elementi strutturali, ed è predisposta per l’eventuale rilievo del danneggiamento a seguito di un evento eccezionale.

La scheda è costituita da due facciate, valide per tutte le tipologie strutturali (edifici in muratura, in c.a., in acciaio e misti), che contengono dati relativi alla localizzazione, alla geometria ed alla tipologia dell’edificio.

Nello specifico, tale scheda è suddivisa in 8 sezioni:

- Sezione 1: DATI RELATIVI ALLA SCHEDA (identificazione dell’edificio, Comune, scheda, squadra, data);

- Sezione 2: LOCALIZZAZIONE EDIFICIO (aggregato dell’edificio, toponomastica, vincoli di piano urbanistico);

- Sezione 3: DATI METRICI (superfici, altezze interpiano, altezze minima e massima fuori terra, larghezza strada fronte principale);

- Sezione 4: USO (viene principalmente specificato il tipo di utilizzo a cui sono destinate le unità d’uso e altre loro caratteristiche come la superficie, il numero di utilizzatori ed il relativo periodo d’uso);

- Sezione 5: ETA’ DELLA COSTRUZIONE – INTERVENTI (classi di età della costruzione e tipologia dell’ultimo intervento);

- Sezione 6: STATO DELLE FINITURE ED IMPIANTI ( tipologia, stato di manutenzione e di efficienza);

- Sezione 7: TIPOLOGIA STRUTTURALE (tipi di dtruttura verticale, orizzontale, scale e copertura);

- Sezione 8: ESTENSIONE E LIVELLO DEL DANNO (estensione e livello di danno più frequente, livello di danno massimo).

In relazione al loro numero ed al loro grado di dettaglio, i dati rilevati mediante la scheda sono da ritenere destinati prevalentemente ad elaborazioni di tipo statistico ed inoltre hanno lo scopo di fornire le informazioni necessarie per conoscere l’esposizione ed un primo livello di vulnerabilità sismica dell’edificio.

13 Figura 1.2: Scheda di Livello 1

14 1.5

I

’

2

L’indagine di vulnerabilità a Livello 2, si avvale di schede del GNDT denominate “Scheda di vulnerabilità di 2° livello”, differenziate a seconda che si tratti di edifici in muratura (fig. 1.3) o in cemento armato (fig. 1.4), che richiedono la classificazione di 11 parametri specifici sulla base delle caratteristiche di regolarità dell’edificio, tipologiche degli elementi strutturali, di resistenza dei materiali.

Questo livello di indagine è più approfondito dei precedenti e permette di ricavare una stima della vulnerabilità sismica con validità di tipo statistico; ad ogni parametro della scheda è assegnata una classe, dalla migliore (A) alla peggiore (D), e a ciascuna di queste corrisponde un punteggio che permette la valutazione approssimata dell’Indice di Vulnerabilità.

15 Figura 1.3: Scheda di Livello 2 per edifici in muratura

16 Figura 1.4: Scheda di Livello 2 per edifici in cemento armato.

17 1.6

I

’

3

L’indagine di vulnerabilità a Livello 3 consiste in una valutazione, attraverso l’analisi strutturale, del grado di sicurezza della costruzione nei confronti del sisma atteso.

L’analisi deve essere effettuata utilizzando modelli strutturali basati su una conoscenza approfondita delle caratteristiche dell’edificio e dei materiali costituenti, e permette di valutare l’Indice di Rischio, IR, inteso come rapporto fra la PGAC , ovvero l’accelerazione

del suolo corrispondente al raggiungimento dello stato ultimo (capacità), e la PGAD, cioè

l’accelerazione di picco attesa per la zona di costruzione (domanda).

Si tratta di una vera e propria verifica strutturale, i cui risultati hanno validità puntuale, e che permette di individuare gli interventi volti al miglioramento o adeguamento sismico. Il progetto SAVE (Strumenti Aggiornati per la Vulnerabilità sismica del patrimonio Edilizio e dei Sistemi Urbani) è finalizzato alla valutazione della vulnerabilità sismica del singolo edificio; la vulnerabilità è riferita a due livelli di danneggiamento, corrispondenti, in termini prestazionali, alla condizione limite di operatività SLO, ossia ad un lieve danneggiamento tale da non pregiudicare l’uso della struttura, ed alla condizione di stato limite di prevenzione del collasso SLC.

1.7

M

’

R

T

La Regione Toscana si è attivata negli anni per aderire alla campagna di monitoraggio della Vulnerabilità sismica avviata con l’entrata in vigore dell’O.P.C.M. 3274 del 20 marzo 2003, il quale richiedeva la verifica di sicurezza degli edifici pubblici strategici e rilevanti esistenti, progettati secondo le Norme Tecniche antecedenti al 1984 e/o situati in Comuni la cui classificazione sismica, sulla base dei moderni criteri di stima della pericolosità sismica di base,comportasse livelli dell’azione sismica superiori a quelli relativi all’epoca della costruzione.

Per la valutazione della vulnerabilità sismica degli edifici sia in calcestruzzo armato sia in muratura, la Regione Toscana , così come molte altre Regioni, ha adottato le schede di rilevamento strutturale definite rispettivamente di livello 0, 1 e 2, messe a punto dal C.N.R. -G.N.D.T. (Consiglio Nazionale delle Ricerche – Gruppo Nazionale per la Difesa dai Terremoti).

18 1.8

C

:

NORMATIVO

Per le strutture esistenti l’attuale normativa (NTC 2008) prevede un diverso approccio alle verifiche di sicurezza rispetto a quello utilizzato per le costruzioni nuove. Le modalità di verifica delle costruzioni nuove sono basate sull’uso di coefficienti di sicurezza parziali da applicare alle azioni e alle caratteristiche meccaniche dei materiali, concepiti e calibrati per tener conto dell’intero processo che va dalla progettazione alla concreta realizzazione. Nelle costruzioni esistenti è cruciale la conoscenza della struttura (geometria e dettagli costruttivi) e dei materiali che la costituiscono. E’ per questo motivo che viene introdotta una nuova famiglia di fattori, i “fattori di confidenza” (FC), strettamente legati al Livello di Conoscenza (LC) 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, dai coefficienti parziali di sicurezza.

Le metodologie convenzionali per la valutazione della vulnerabilità sismica di un edificio esistente sono basate su analisi globali dettagliate e prevedono la conoscenza delle caratteristiche progettuali, costruttive e dei materiali.

Per la raccolta degli elementi conoscitivi utili ai fini dei giudizi di vulnerabilità sono state prese in considerazione le indicazioni presenti nel Capitolo 8 del D.M. 14 gennaio 2008, e nella relativa Circolare 2 febbraio 2009 n.617/C.S.LL.PP. .

Il processo di conoscenza descritto nelle NTC 2008 si compone di tre fasi:

1) analisi storico – critica: inquadramento storico e ricostruzione di eventuali modificazioni subite nel tempo dal manufatto, nonché gli eventi che lo hanno interessato;

2) Rilievo: il rilievo geometrico – strutturale dovrà essere riferito sia alla geometria complessiva della struttura che ai dettagli degli elementi costruttivi. Il rilievo, oltre ad avere lo scopo di individuare l’organismo resistente della costruzione, deve tenere presente anche la qualità e lo stato di conservazione degli elementi costitutivi).

3) Caratterizzazione meccanica dei materiali: per conseguire un’adeguata conoscenza delle caratteristiche dei materiali e del loro degrado, ci si baserà su documentazione già disponibile, su verifiche visive in situ e su indagini sperimentali.

19 Distinguendo il caso delle costruzioni in c.a. da quelle in muratura, la norma definisce tre Livelli di Conoscenza con relativi Fattori di Confidenza.

Per le costruzioni in cemento armato:

- LC1 – Conoscenza limitata: la geometria della struttura è nota o in base a un rilievo o dai disegni originali. In quest’ultimo caso viene effettuato un rilievo visivo a a campione per verificare l’effettiva corrispondenza del costruito ai disegni. I dati raccolti sulle dimensioni degli elementi strutturali saranno tali da consentire la messa a punto di un modello strutturale idoneo ad un’analisi lineare. I dettagli non sono disponibili da disegni costruttivi e sono ricavati sulla base di un progetto simulato eseguito secondo la pratica dell’epoca della costruzione. E‘ richiesta una limitata verifica in-situ delle armature e dei collegamenti presenti negli elementi più importanti. I dati raccolti saranno tali da consentire verifiche locali di resistenza. Non sono disponibili informazioni sulle caratteristiche meccaniche dei materiali, né da disegni costruttivi né da certificati di prova. Si adottano valori usuali della pratica costruttiva dell’epoca convalidati da limitate prove in-situ sugli elementi più importanti.

La valutazione della sicurezza in caso di conoscenza limitata viene in genere eseguita mediante metodi di analisi lineare statici o dinamici.

- LC2 – Conoscenza adeguata: la geometria della struttura è nota o in base ad un rilievo o in base ai disegni originali. In quest’ultimo caso viene effettuato un rilievo visivo a campione per verificare l’effettiva corrispondenza del costruito ai disegni. I dati raccolti sulle dimensioni degli elementi strutturali, insieme a quelli riguardanti i dettagli costruttivi, saranno tali da consentire la messa a punto di un modello strutturale idoneo ad un’analisi lineare o non lineare. I dettagli sono noti da un’estesa verifica in.situ oppure parzialmente noti da dai disegni originali incompleti. In questo caso viene effettuata una limitata verifica in-situ delle armature e dei collegamenti presenti negli elementi più importanti. I dati raccolti saranno tali da consentire, nel caso si esegua un’analisi lineare, verifiche locali di resistenza, oppure la messa a punto di un modello strutturale non lineare. Informazioni sulle caratteristiche meccaniche dei materiali, sono disponibili in base ai disegni costruttivi o ai certificati originali di prova, o da estese verifiche in-situ. Nel primo caso sono anche eseguite limitate prove in-situ; se i valori ottenuti dalle prove in-situ sono minori di quelli disponibili dai disegni o dai certificati di prova originali, sono eseguite estese prove in-situ. I dati raccolti saranno tali da consentire, nel caso si esegua un’analisi lineare, verifiche locali di resistenza, oppure la messa a punto di un modello strutturale non lineare.

20 La valutazione della sicurezza in caso di conoscenza adeguata viene in genere eseguita mediante metodi di analisi lineare o non lineare, statici o dinamici.

- LC3 – Conoscenza accurata: la geometria della struttura è nota o in base ad un rilievo o in base ai disegni originali. In quest’ultimo caso viene effettuato un rilievo visivo a campione per verificare l’effettiva corrispondenza del costruito ai disegni. I dati raccolti sulle dimensioni degli elementi strutturali, insieme a quelli riguardanti i dettagli costruttivi, saranno tali da consentire la messa a punto di un modello strutturale idoneo ad un’analisi lineare o non lineare. I dettagli sono noti da un’esaustiva verifica in-situ oppure dai disegni originali incompleti. In questo caso viene effettuata una limitata verifica in-situ delle armature e dei collegamenti presenti negli elementi più importanti. I dati raccolti saranno tali da consentire, nel caso si esegua un’analisi lineare, verifiche locali di resistenza, oppure la messa a punto di un modello strutturale non lineare. Informazioni sulle caratteristiche meccaniche dei materiali, sono disponibili in base ai disegni costruttivi o ai certificati originali di prova, o da esaustive verifiche in-situ. Nel primo caso sono anche eseguite estese prove situ; se i valori ottenuti dalle prove in-situ sono minori di quelli disponibili dai disegni o dai certificati di prova originali, sono eseguite esaustive prove in-situ. I dati raccolti saranno tali da consentire, nel caso si esegua un’analisi lineare, verifiche locali di resistenza, oppure la messa a punto di un modello strutturale non lineare.

La valutazione della sicurezza in caso di conoscenza adeguata viene in genere eseguita mediante metodi di analisi lineare o non lineare, statici o dinamici.

Tabella 1.1 : Appendice alle NTC 2008 – Tab. C8A.1.2 – Livelli di conoscenza in funzione dell’informazione disponibile e conseguenti metodi di analisi ammessi e valori dei fattori di confidenza per edifici in calcestruzzo armato o in acciaio

Livello di conoscenza

Geometria (carpenteria)

Dettagli

costruttivi Proprietà dei materiali

Metodi di analisi FC LC1 Da disegni di carpenteria originali con rilievo visivo a campione oppure rilievo ex-novo completo Progetto simulato in accordo alle normative dell’epoca e limitate verifiche in-situ

Valori usuali per la pratica costruttiva dell’epoca e limitate verifiche in-situ

Analisi lineare statica o dinamica 1.35 LC2 Disegni costruttivi incompleti con limitate verifiche in-situ oppure

Dalle specifiche originali di progetto o dai certificati di prova originali con limitate prove in-situ oppure estese prove in-situ.

21 estese verifiche in-situ LC3 Disegni costruttivi completi con limitate verifiche in-situ oppure esaustive verifiche in-situ

Dai certificati originali di progetto o dalle specifiche originali di progetto con estese prove in-situ oppure esaustive prove in-situ.

Tutti 1.00

Per le costruzioni in muratura:

- LC1 ( limitata): si intende raggiunto quando siano stati effettuati il rilievo geometrico, verifiche in-situ limitate sui dettagli costruttivi ed indagini in-situ limitate sulle proprietà dei materiali; il corrispondente fattore di confidenza è FC = 1.35;

- LC2 ( adeguata): si intende raggiunto quando siano stati effettuati il rilievo geometrico, verifiche in-situ estese ed esaustive sui dettagli costruttivi ed indagini in-situ estese sulle proprietà dei materiali; il corrispondente fattore di confidenza è FC = 1.2;

- LC3 ( accurata): si intende raggiunto quando siano stati effettuati il rilievo geometrico, verifiche in-situ estese ed esaustive sui dettagli costruttivi ed indagini in-situ esaustive sulle proprietà dei materiali; il corrispondente fattore di confidenza è FC = 1.

Tabella 1.2 : Appendice alle NTC 2008 – Tab. C8A.1.1 – Livelli di conoscenza in funzione dell’informazione disponibile e conseguenti valori dei fattori di confidenza per edifici in muratura.

Livello di

conoscenza Geometria

Dettagli

costruttivi Proprietà dei materiali

Metodi di analisi FC LC1 Rilievo muratura, volte, solai, scale. Individuazione carichi gravanti su ogni elemento di parete. Rilievo eventuale quadro fessurativo e deformativo. Verifiche in-situ limitate

Indagini in-situ limitate

Resistenze: valore minimo di Tab. C8A.2.1

Modulo elastico: valore medio intervallo di Tab. C8A.2.1

Tutti 1.35 LC2 Verifiche in-situ estese ed esaustive

Indagini in-situ estese

Resistenze: valore minimo di Tab. C8A.2.1

Modulo elastico: valore medio intervallo di Tab. C8A.2.1

1.20

LC3

Indagini in-situ esaustive

Caso a) (disponibili 3 o più valori sperimentali di resistenza) Resistenze: media dei risultati delle prove

Modulo elastico: media delle prove o valore medio intervallo intervallo di Tab. C8A.2.1 Caso b) (disponibili 2 valori sperimentali di resistenza) Resistenze: se valore medio

22

sperimentale compreso in intervallo di Tab. C8A.2.1, valore medio dell’intervallo di Tab. C8A.2.1,

se valore medio sperimentale maggiore di estremo superiore intervallo, questo ultimo; se valore medio sperimentale inferiore al minimo

dell’intervallo,valore medio sperimentale.

Modulo elastico: come LC3 – caso a)

Caso c) (disponibile 1 valore sperimentale di resistenza) Resistenze: se valore medio sperimentale compreso in intervallo di Tab. C8A.2.1, oppure superiore, valore medio dell’intervallo;

se valore sperimentale inferiore al minimo dell’intervallo, valore sperimentale.

Modulo elastico: come LC3 – caso a)