Le criticità degli interventi di riparazione dei danni e miglioramento sismico di edifici strategici danneggiati dal sisma

Le criticità degli interventi di
riparazione dei danni e miglioramento
sismico di edifici strategici danneggiati
dal sisma
Gianluca Loffredo
ArchLivIng
www.archliving.it

Interazione cinematica palo – terreno genera significativi momenti flettenti indotti da forze inerziali
sovrastrutturali.
LIQUEFAZIONE - Case history 1 : Sede storica della Capitaneria di Porto di
Cesenatico
Gianluca Loffredo - ArchLivIng

Cesenatico
Fluidificazione o Liquefazione di flusso : si verifica quando in un
deposito che ha subìto liquefazione lo sforzo di taglio statico applicato
(eventuale) supera la resistenza residua del terreno → Deformazioni
permanenti elevate, frane, collasso di fondazioni e opere di sostegno
Mobilità ciclica : l’aumento delle sovrappressioni interstiziali non è in
grado di annullare lo sforzo efficace agente. Tuttavia si manifestano
rilevanti deformazioni. Può verificarsi soprattutto, ma non solo, quando
livelli liquefacibili sono posti lungo pendii acclivi → Deformazioni
permanenti limitate, spostamenti laterali, cedimenti e frane
Liquefazione ciclica: l’aumento delle sovrappressioni
interstiziali è tale da annullare lo sforzo efficace agente. E’
un caso particolare di mobilità ciclica.

Cesenatico
Per ogni verticale è valutato l’indice del potenziale di liquefazione IL
• 0 < IL ≤ 5 rischio liquefazione basso
• 5 < IL ≤ 15 rischio liquefazione elevato
• IL > 15 rischio liquefazione estremamente elevato
Valutazione di fenomeni di liquefazione
• Prove in sito, SPT – CPT o prove geofisiche in foro tipo DH – CH – SCPT
• Determinazione fluttuazioni dei livelli di falda
• Modulo di taglio G, rapporto di smorzamento D, ampiezza deformazione di taglio
γ.

Case history 1 : Sede storica della Capitaneria di Porto di Cesenatico

Struttura realizzata tra il 1908 – 1914, parzialmente ricostruita dopo bombardamenti del 1944.
 Pianta rettangolare regolare
 Tipologia costruttiva muraria con spessore paramenti tra 45 – 55 cm
 Classe d’uso IV (edificio strategico), Vn = 50anni

• Solai latero cementizi e copertura spingente in legno
• Fondazione tipo superficiale in muratura

Rafforzamento delle fondazioni realizzato nella metà degli anni 2000

Modello geologico
stratigrafico per 30m
Profilo di Vs per 30m

Modello stratigrafico fino al bedrock sismico

Gruppo 7 accelerogrammi spettrocompatibili (RSL) ottenuti con Rexel; ricerca iniziata attraverso l'analisi della
disaggregazione per la definizione della coppia Magnitudo-distanza epicentrale. I parametri preliminari di ricerca
sono stati poi modificati durante la ricerca, per poter giungere all’estrazione di un gruppo di 7 accelerogrammi:
Con i 7 accelerogrammi che
caratterizzano il moto sismico per
SLV, è possibile definire uno spettro
di risposta medio compatibile con
quello imposto dall'analisi.
Si procede ad una analisi di
risposta sismica locale
monodimensionale;
analisi Equivalente Lineare.

Analisi della liquefazione
(Resistenza ciclica deposito) CRR < CSR (sforzo di taglio ciclico indotto dal sisma) → presenza di rischio di liquefazione
Presenza di diversi strati con IL > 1
CRR – valutata su risultati di
prove in sito
CSR – stimata sulla
conoscenza dell’accelerazione
massima attesa alla profondità
di interesse
Circolare n.617/2009 del CSLP – C 7.11.3.4 → Stabilità nei confronti della liquefazione

Interventi
1° Ipotesi
Dreni: dissipazione delle sovrappressioni interstiziali,
grazie alla permeabilità del terreno
Nel caso in oggetto, tale soluzione
risulta inefficace, perché l’area resa
permeabile risulta molto poco estesa
2° Ipotesi
Pali: lo stato di progetto prevede la realizzazione di
22 pali di fondazione, lunghezza di 23 metri e un
diametro di 60cm.
Lo sforzo normale sul palo
aumenta fino alla quota di 8,5
metri a causa dell’attrito
negativo palo-terreno
assegnato allo strato
liquefacibile.

Case history 2 : Magazzino automatico verticale

Modellazione strutturale

Prove di carico in sito su piastre metalliche ancorate mediante tasselli chimici a basamenti di cemento
armato
Basamento quadrato 3,8 x 3,8 m
Spessore 70 cm
Barre filettate M20 Cl 8.8
Lung, ancoraggio = 50 cm

Prove di carico in sito su piastre metalliche ancorate mediante tasselli chimici a basamenti di cemento
armato
Continuando la prova è sopraggiunta la rottura del
calcestruzzo per valori del carico di trazione superiori a 1500
kN.

Classe di importanza della struttura – EN 1090 , EN 1999
Classe di
conseguenze
Descrizione Esempi di edifici e di opere di ingegneria civile
CC3
Elevate conseguenze per perdita di
vite umane, o conseguenze molto
gravi in termini economici, sociali o
ambientali
•Gradinate di impianti sportivi
•Edifici pubblici nei quali le conseguenze del collasso sono
alte(es. sale da concerti)
•Ponti Ferroviari
•etc...
CC2
Conseguenze medie per perdità di
vite umane, conseguenze
considerevoli in termini economici,
sociali o ambientali
•Edifici residenziali e per uffici
•Edifici pubblici nei quali le conseguenze del collasso sono
medie (es. edificio di uffici)
•Edifici industriali
CC1
Conseguenze basse per perdite di
vite umane, e conseguenze
modeste o trascurabili in termini
economici, sociali o ambientali
•Costruzioni agricole, nei quali generalmente nessuno
entra(es. serre)
•Magazzini per sostanze non pericolose e nei quali l'accesso
del personale sia assolutamente limitato
CC1=BASSA CC2=STANDARD CC3=ALTA

EN 1090 , EN 1999

EN 1090 , EN 1999
La classe di esecuzione determina una percentuale delle prove di serraggio sui bulloni pari al 10% del
totale
Implica 30’000 controlli

Accelerazione sismica negli elementi non strutturali
La norma classifica gli elementi costruttivi non strutturali in due gruppi: - Bozza Circolare NTC2018
1) Elementi con rigidezza, resistenza e massa tali da influenzare in maniera significativa la risposta strutturale;
tale gruppo può essere introdotto nella determinazione della domanda sismica in termini di massa e
rigidezza, descrivendone le condizioni di vincolo alla struttura.
2) Elementi che influenzano la risposta strutturale solo attraverso la loro massa, ma sono ugualmente
significativi ai fini della sicurezza e/o dell’incolumità delle persone; per tale gruppo si associa una forzante
esterna ricavando la domanda sismica su di esso.
Accelerazione del piano j-esimo della struttura relativa al modo i-
esimo
Accelerazione dell’elemento non strutturale al piano considerato
nella direzione considerata.
Fattore di amplificazione dell’elemento non strutturale,
funzione del coefficiente di smorzamento dell’elemento e del
rapporto tra il periodo dell’elemento e del modo i-esimo della
struttura.

La normativa consente di ridurre la domanda sismica Sa con un fattore di comportamento qa:
Il progettista deve indicare il gruppo attribuito a ciascun elemento non strutturale ed il tipo di modellazione
adottata.
Poiché la risposta degli elementi non strutturali è legata ai modi di vibrare della struttura, bisogna considerare un
intervallo nell’intorno del periodo fondamentale della struttura.
Il limite inferiore terrà conto di possibili incertezze di modellazione o di incrementi di rigidezza rispetto al modello
di riferimento. Il limite superiore terrà conto di incrementi del periodo dovuto a plasticizzazioni.

Per le costruzioni con struttura a telai, nell’ipotesi di andamento delle accelerazioni strutturali linearmente
crescente con l’altezza, l’accelerazione massima Sa(Ta) può essere determinata con:
Alfa, rapporto tra accelerazione massima del terreno ag su sottosuolo tipo A, e l’accelerazione di gravità g
A, b, ap, sono parametri definiti in accordo con il periodo fondamentale di vibrazione della struttura.
Gli spettri di piano sono conservativi per un ampio campo di periodi di elementi non strutturali aventi periodo
proprio prossimo al periodo fondamentale della costruzione.
In particolare i parametri a, b, ap, sono stati definiti in accordo con il periodo proprio della struttura e calibrati per
tener conto dell’elongazione del periodo fondamentale legata alle non linearità del sistema e del contributo dei
modi superiori.

Le verifiche da eseguire per garantire le prestazioni della costruzione, con particolare riguardo al funzionamento
degli impianti ed alle condizioni di sicurezza ad essi correlate, sono indicate esplicitamente, per i diversi Stati
Limite, nel §7.3.6 delle NTC2018.

NCT 2018 - §7.2.3
Se l’elemento non strutturale è assemblato in cantiere, è compito del progettista della struttura
individuare la domanda sismica, è compito del fornitore e/o installatore fornire elementi e sistemi di
collegamento di capacità adeguata ed è compito del direttore dei lavori verificarne il corretto
assemblaggio.
NCT 2018 - §7.2.4
Della progettazione antisismica degli impianti è responsabile il produttore, della progettazione
antisismica degli elementi di alimentazione e collegamento è responsabile l’installatore, della
progettazione antisismica degli orizzontamenti, delle tamponature e dei tramezzi a cui si ancorano gli
impianti è responsabile il progettista strutturale.
La capacità dei diversi elementi funzionali costituenti l’impianto, compresi gli elementi strutturali che li
sostengono e collegano, tra loro e alla struttura principale, deve essere maggiore della domanda sismica
corrispondente a ciascuno degli stati limite da considerare (v. § 7.3.6). È compito del progettista della struttura
individuare la domanda, mentre è compito del fornitore e/o dell’installatore fornire impianti e sistemi di
collegamento di capacità adeguata.
In assenza di accurate valutazioni:
La domanda sismica agente per la presenza di un impianto sul pannello di tamponatura o di tramezzatura a cui
l’impianto è appeso, si può assimilare ad un carico uniformemente distribuito di intensità 2Fa/S, dove Fa è la
forza di competenza di ciascuno degli elementi funzionali componenti l’impianto applicata al baricentro
dell’elemento e calcolata utilizzando l’equazione [7.2.1] e S è la superficie del pannello di tamponatura o di
tramezzatura. Tale carico distribuito deve intendersi agente sia ortogonalmente sia tangenzialmente al pianoGianluca Loffredo - ArchLivIng

Modalità di rottura dei connettori
Rottura lato acciaio
Rottura conica del
supporto
Rottura per estrazione Rottura per splitting

Modalità di rottura dei connettori
PER TAGLIO
PER TAGLIO CON
FLESSIONE
Rottura del bordo Rottura per pry-out

Case histoty 3: Torrini piezometrici

• Anno realizzazione: 1960
• Costruzione in cemento armato gettato in opera
• Serbatoio sopraelevato
• Struttura portante a telaio
• Fondazioni profonde su pali
• Capacità: 1000 m3
• Raggio esterno: 7,8 m
• Quota pelo libero: 49 m

• 12 pilastrate concentriche di sezione 65x60 cm
• Raggio esterno pianta: 6 m
• 121 travi inclinate di sezione 30x50 cm
• soletta incastrata sulle travi inclinate
• 2 solai rigidi alle quote di 4,16 m e 41,65 m
• Sezione verticale – solai rigidi
• Sezione piano terra • Sezione orizzontale a quota 7,15 m

ANALISI MODALE
Mode No TRAN-X TRAN-Y Period
MASS(%) SUM(%) MASS(%) SUM(%) (sec)
1 58,3 58,3 23,9 23,9 1,71
2 23,7 82,0 58,2 82,1 1,70
• Primo modo di vibrare:
x
Tagliante alla base – Sisma SLV X
Analisi Statica lineare Analisi Modale
Tx [kN] Tx [kN] Fy [kN]
1477 1229 209

Non linearità del materiale: modello a plasticità concentrata
• Cerniere plastiche di tipo rotazione alla corda
• Applicate agli estremi degli elementi beam
• Formulazione Eurocodice 8:
• Meccanismi duttili • Meccanismi fragili

• Gli effetti del secondo ordine abbassano notevolmente la curva
• La spinta proporzionale al modo principale della struttura è più significativa per strutture a pendolo
inverso come quella in oggetto
• Le verifiche vengono svolte quindi sulla curva arancione, quella relativa alla distribuzione
proporzionale al modo e tenente conto degli effetti del secondo ordine

m* [kN/g] 896,8
Γ 1,196
Fy* [kN] 364,8
dy* [cm] 4,3
T*[s] 2,04
• La curva viene scalata per il coefficiente di partecipazione modale
• Si ottiene la curva di capacità dell’oscillatore ad un grado di libertà equivalente
• La curva viene trasformata in una bilineare equivalente secondo il principio dell’equivalenza energetica

Sd [m]
Sa[g]
SLO
SLD
SLV
SLC
Domanda [cm] Step
SLO 5,29 11
SLD 6,53 13
SLV 15,87 32
SLC 20,35 41
Spettri – Stati limite
Curva di capacità
Bilineare
Prolungamento tratto
elastico della
bilineare
Si confronta la curva di capacità SDOF con gli spettri in formato ADRS
Prolungando il tratto elastico della curva si determina lo spostamento richiesto come ascissa del punto di
intersezione tra tratto elastico e spettro.
La domanda è ottenuta moltiplicando lo spostamento richiesto per Γ
Si procede con le verifiche dei meccanismi duttili e fragili allo step richiesto.

Case history 4: Palazzo degli specchi
Classe d’uso IV
Uffici della polizia municipale e biblioteca comunale
Stato di fatto
Fasi di smantellamento
finiture
Stato di progetto

INTERVENTI SULLE
STRUTTURE

Setto interno – vano ascensore

Danni:
• Distacco pannelli
• Lesioni delle travi di copertura
Prove:
Statiche e dinamiche di identificazione strutturale
Confronto con modellazione f.e.m. per la corretta
interpretazione delle prove.

Suddivisione schematica dello stabilimento
A nei diversi corpi
Modello f.e.m. dell’intero corpo
Per identificare la rigidezza degli elementi strutturali, oltre alle prove sui materiali sono state richieste anche
prove di identificazione (Prova di tiro obliquo – Prova di tiro verticale)

Prove di tiro obliquo
Le estremità superiori di 2 pilastri sono collegate con un cavo in acciaio sollecitato da un martinetto idraulico.
L’estremità del cavo è collegata con la fascia di tessuto, che avvolge il pilastro, tramite vite intagliata in modo
da produrre una rottura fragile per un valore predefinito di carico ed il rilascio dell’energia di deformazione
alla struttura che inizia a vibrare.
Le misure di accelerazione avvengono utilizzando 16 accelerometri piezoelettrici, in grado di rilevare
frequenze di vibrazione
Prove di tiro verticale
Le modalità di esecuzione della prova sono simili alla prova di tiro obliquo:
il cavo in acciaio viene vincolato alla trave in calcestruzzo armato e posto in trazione mediante martinetto
idraulico raggiungendo la rottura del «fusibile in acciaio» e rilasciando l’energia di deformazione.

Ipotesi di comportamento
Ipotesi 0: il modello è considerato separato dal resto dello stabilimento
Ipotesi 1: il modello è vincolato rigidamente ortogonalmente ai piani lungo cui è attuata la separazione dal resto
dello stabilimento
Il carico dinamico è stato applicato in modo linearmente crescente per un periodo di 30 secondi per poi
annullarsi in 0,1 sec
Vengono confrontate le prime 3 frequenze rilevate dalle prove sperimentali e dal modello numerico sviluppato
in MidasGen.

Tiro obliquo
Tiro verticale

Gli impianti non possono essere vincolati alla costruzione contando sull’effetto dell’attrito, bensì devono
essere collegati ad essa con dispositivi di vincolo rigidi o flessibili; gli impianti a dispositivi di vincolo flessibili
sono quelli che hanno periodo di vibrazione T >0,1s valutato tenendo conto della sola deformabilità del vincolo.
Se si adottano dispositivi di vincolo flessibili, i collegamenti di servizio dell’impianto devono essere flessibili e non
possono far parte del meccanismo di vincolo.
Deve essere limitato il rischio di fuoriuscite incontrollate di gas o fluidi, particolarmente in prossimità di utenze
elettriche e materiali infiammabili, anche mediante l’utilizzo di dispositivi d’interruzione automatica della
distribuzione. I tubi per la fornitura di gas o fluidi, al passaggio dal terreno alla costruzione, devono essere
progettati per sopportare senza rotture i massimi spostamenti relativi costruzione-terreno dovuti all’azione
sismica corrispondente a ciascuno degli stati limite considerati (v. § 7.3.6)
§ 7.3.6.2 ELEMENTI NON STRUTTURALI (NS) - VERIFICHE DI STABILITÀ (STA)
Per gli elementi non strutturali devono essere adottati magisteri atti ad evitare la possibile espulsione sotto
l’azione della Fa (v. §7.2.3) corrispondente allo SL e alla CU considerati.
§ 7.3.6.3 IMPIANTI (IM) - VERIFICHE DI FUNZIONAMENTO (FUN)
Per gli impianti, si deve verificare che gli spostamenti strutturali o le accelerazioni (a seconda che gli impianti
siano più vulnerabili all’effetto dei primi o delle seconde) prodotti dalle azioni relative allo SL e alla CU considerati
non siano tali da produrre interruzioni d’uso degli impianti stessi.
VERIFICHE DI STABILITÀ (STA)
Per ciascuno degli impianti principali, i diversi elementi funzionali costituenti l’impianto, compresi gli elementi
strutturali che li sostengono e collegano, tra loro e alla struttura principale, devono avere capacità sufficiente a
sostenere la domanda corrispondente allo SL e alla CU considerati.

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