L’analisi della vulnerabilità sismica con Edisis
Edisis permette di ottenere l’analisi della vulnerabilità sismica di un edificio esistente con la stessa facilità con cui si esegue l’analisi di una nuova progettazione.
Con la vulnerabilità sismica si intende valutare la sicurezza sismica della struttura allo stato di fatto, ovvero con i materiali degradati e sotto l’azione dei carichi statici e sismici imposti dalla normativa attuale. In particolare il procedimento determinerà i coefficienti di sicurezza della struttura per tutti gli stati limite sismici (Slo, Sld, Slv, Slc), dei quali si prenderanno in considerazione necessariamente quelli richiesti dalla norma in funzione dell’importanza della costruzione: in genere lo stato limite di salvaguardia della vita Slv e di danno Sld, quest’ultimo limitatamente agli edifici strategici (classe d’uso IV).
Il fattore di sicurezza sismico è definito dal rapporto fra la capacità di accelerazione al suolo e la corrispondente domanda per lo stato limite in esame:
fs = PgaC/PgaD fattore di sicurezza sismico (da specificare per Slo, Sld, Slv o Slc)
essendo:
PgaC l’accelerazione di picco al suolo di capacità
ottenuta dall’analisi sismica della struttura per lo stato limite in esame,
PgaD l’accelerazione di picco al suolo di domanda
definita dalla zonizzazione sismica del sito per lo stato limite in esame.
I valori della Pga possono essere normalizzati per sito pianeggiante su roccia (ovvero per la categoria stratigrafica A), oppure essere riferiti al sito reale di costruzione, l’importante è che i valori di capacità e di domanda siano tra loro omogenei, ovvero valutati entrambi con lo stesso riferimento.
Oltre che come rapporto di Pga, la sicurezza può essere espressa equivalentemente anche in termini di periodo di ritorno, confrontando i periodi di ritorno di capacità e di domanda per un particolare stato limite.
Spesso la forma in cui si richiede la verifica è definita dal contesto in cui si opera, ad esempio da un regolamento regionale o dal protocollo delle pratiche di ricostruzione post-sisma.
Come ottenere da calcolo la PgaC?
La PgaC rappresenta la massima accelerazione al suolo che la struttura può sopportare per un determinato stato limite (ad esempio Slv per fissare le idee). Per ottenere questo valore è necessario modellare la struttura così com’è e sottoporla all’analisi sotto i carichi permanenti, i sovraccarichi definiti dalla normativa attuale e all’azione sismica dell’attuale zonizzazione.
Questo presuppone che siano stati eseguiti rilievi e prove sperimentali per determinare, con un certo grado di affidabilità, la geometria, la dimensione degli elementi resistenti, le caratteristiche meccaniche dei materiali e le armature presenti. Con tali informazioni si costruisce il modello di calcolo e si esegue l’analisi, che tipicamente può percorrere due strade: l’analisi lineare (dinamica modale con fattore q) o l’analisi statica non lineare (analisi pushover).
In entrambi i casi Edisis mette a disposizioni funzionalità che danno al Progettista un aiuto concreto, supportandolo in tutti gli aspetti coinvolti.
Accertamento delle caratteristiche meccaniche dei materiali.
L’accertamento delle caratteristiche meccaniche dei materiali passa attraverso una fase di rilievo geometrico e di prove sperimentali a campione che portano alla valutazione dei valori medi di resistenza del calcestruzzo e dei ferri. Su tali valori bisognerà quindi applicare dei fattori riduttivi, i fattori di confidenza, che tengono conto delle incertezze in gioco nell’intero processo e che dipendono dal minore o maggiore livello di conoscenza raggiunto.
Per agevolare questi aspetti, Edisis consente di classificare un materiale come “nuovo” o “esistente” e, in questo caso, permette l’immissione dei valori medi delle resistenze dedotti dalle prove e il fattore di confidenza associato al livello di conoscenza raggiunto.
La definizione dei materiali in base alle indagini diagnostiche
Ricostruzione delle armature allo stato di fatto
A differenza della geometria, le armature non sono visibili ed è fondamentale per la valutazione della vulnerabilità sismica che vengano ricostruite con la massima precisione possibile, sia come ferri, sia come staffatura.
Innanzitutto il Progettista dovrà appurare se esistano gli esecutivi dell’epoca di costruzione e nel caso fossero disponibili bisognerà estrapolare da essi le armature ed assegnarle nel modello di calcolo: per fare questo Edisis mette a disposizione strumenti per la manipolazione grafica di singoli ferri o della staffatura direttamente nelle carpenterie a video e funzioni veloci di copia-incolla di intere gabbie di armatura, che molto spesso si ripetono identiche su elementi diversi.
Un esecutivo originario risalente all’epoca di costruzione
La ricostruzione delle armature dall’esecutivo originario
Nel caso non siano disponibili gli esecutivi originali si potranno ottenere le armature presunte con un processo induttivo basato sulla simulazione del calcolo eseguito all’epoca di costruzione. Per agevolare al massimo l’operazione Edisis permette di impostare la normativa in vigore all’epoca di costruzione e di eseguire il progetto delle armature con i criteri adottati in quel periodo.
Per interventi che spaziano dal 1974 al 2008 sono esplicitamente supportate le normative dell’epoca. Interventi ancora precedenti sono comunque coperti dal contesto normativo alle tensioni ammissibili, specificando i dettagli di progetto (presenza di ferri lisci, uncini, copriferri, ecc.) ed attivando o meno l’azione sismica.
Eventualmente l’armatura così valutata potrà essere verificata localmente nei punti in cui siano disponibili esami finalizzati all’identificazione di armature sottotraccia, quali le prove pacometriche, ed essere conseguentemente ritoccata con gli strumenti di editing del software.
In entrambi i casi l’armatura ricostruita può essere bloccata dall’utente elemento per elemento per evitare che venga riprogettata accidentalmente nelle fasi successive dell’elaborazione.
Metodi di analisi
I metodi di analisi per edifici esistenti non si differenziano a livello qualitativi rispetto a quelli per le nuove progettazioni, ma richiedono alcune particolarizzazioni.
Innanzitutto si potrà optare per:
- l’analisi dinamica modale lineare con fattore q,
- l’analisi statica non lineare o analisi pushover.
Nel caso di analisi lineare su edificio esistente sono in realtà richiesti due valori del fattore di comportamento: il primo per meccanismi duttili (quali la flessione nelle travi e la pressoflessione nei pilastri, limitato a 3.0), il secondo per meccanismi fragili (quali il taglio in travi, pilastri e nodi, limitato a 1.5). Quest’ultimo in particolare si dimostra essere molto gravoso per le verifiche, se si tiene conto che le strutture esistenti partono già con l’handicap dei materiali degradati e spesso mostrano staffature del tutto insufficienti negli elementi o addirittura assenti nei nodi, come era d’uso negli anni 60-70-80.
In questo contesto Edisis permette l’impostazione differenziata dei fattori di comportamento e l’opzione per considerare l’inclinazione più favorevole delle bielle compresse di calcestruzzo del traliccio di Morsh, per massimizzare la resistenza a taglio come concesso dalla normativa. Inoltre, per agevolare il progetto dei rinforzi mette a disposizione mappe sintetiche di tipo cromatico che permettono di individuare visivamente gli elementi critici, ovvero quelli sotto la soglia di verifica che condizionano in negativo la sicurezza sismica dell’edificio.
Mappe sintetiche di tipo cromatico per gli impegni di verifica da analisi lineare
In alternativa all’analisi lineare è possibile optare per l’analisi statica non lineare, che consente un migliore sfruttamento dei materiali, non è condizionata dai fattori di comportamento, ma di contro richiede il controllo della massa attivata che non deve essere inferiore al 75% del totale.
In Edisis l’analisi pushover è eseguita su un ventaglio di possibili direzioni sismiche, per le quali si valuta la massa attivata e le curve di equilibrio carico-spostamento. Inoltre, al pari dell’analisi lineare, viene corredata da viste sintetiche cromatiche che evidenziano gli elementi critici che, per carenza di resistenza o di duttilità, pregiudicano la sicurezza sismica dell’edificio per gli stati limite di interesse.
Mappe sintetiche di tipo cromatico per gli impegni deformativi da analisi pushover
L’esito dell’analisi di vulnerabilità
Una volta che l’analisi sia stata eseguita il Progettista può immediatamente conoscere l’esito raggiunto dal foglio Fattori di sicurezza e capacità sismica disponibile sia per l’analisi lineare, sia per l’analisi pushover.
I valori di vulnerabilità ottenuti con una analisi lineare
I valori di vulnerabilità ottenuti con una analisi pushover
Nel foglio sono riportati i valori che definiscono compiutamente lo stato di vulnerabilità sismica:
ζe il fattore di sicurezza sismico, corrispondente al rapporto: ζe = PgaC/PgaD
PgaC l’accelerazione sismica al suolo di capacità,
TrC il periodo di ritorno di capacità,
collocati nelle quattro colonne degli stati limite Slo, Sld, Slv, Slc.
Il progetto dei rinforzi
Il passo successivo all’analisi di vulnerabilità sismica può essere il progetto del rinforzo per ottenere il miglioramento o l’adeguamento sismico della costruzione, ma per questo si rimanda alla pagina dedicata.