Adeguamento sismico per strutture in muratura e cemento armato con i Software STS | Ingegneri.info

Adeguamento sismico per strutture in muratura e cemento armato con i Software STS

Esaminiamo le procedure previste dai Software STS per effettuare un adeguamento sismico per strutture sia in muratura sia in cemento armato

Cerchiature
Cerchiature
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Quando si parla di adeguamento sismico, anche per quanto riguarda il metodo di analisi, è necessario un distinguo tra strutture in muratura e strutture in cemento armato. Qui di seguito si esaminano le procedure di adeguamento sismico previste dai Software STS in entrambi i casi.

Strutture in muratura

Per gli edifici esistenti in muratura, è possibile ricorrere a diversi metodi di analisi, in funzione del modello con il quale vengono descritte la struttura ed il suo comportamento sismico. In particolare, si possono manifestare meccanismi locali e meccanismi d’insieme. La sicurezza della costruzione deve essere valutata nei confronti di entrambi i tipi di meccanismo.

Per quello che riguarda l’analisi globale, la libreria Strutturale STS, permette l’utilizzo anche di analisi e modelli non lineari di comprovata validità. L’analisi della risposta globale di un edificio ha però significato solo quando sono impediti i meccanismi di collasso locali fuori dal piano, risultato spesso ottenibile con l’inserimento di catene o cordoli.

Per l’analisi sismica dei meccanismi locali si può far ricorso ai metodi dell’analisi limite dell’equilibrio delle strutture murarie, tenendo conto della resistenza a compressione della tessitura muraria, della qualità della connessione tra le pareti murarie e della presenza di cordoli e tiranti.

Nel caso in cui, ad analisi conclusa, si evidenziassero carenze nei collegamenti è possibile implementare nel modello le seguenti tipologie d’intervento e procedere ad una nuova valutazione della capacità di resistenza dell’edificio:

  • Cerchiature Aperture: tale intervento di consolidamento e miglioramento sismico prevede l’inserimento, all’interno delle aperture, di telai costituiti da profili in acciaio o elementi in c.a. L’interfaccia utente è stata sviluppata per consentire un’agevole inserimento di tali elementi in modo da realizzare facilmente la riquadratura delle aperture. I telai lavorano in parallelo con i maschi murari e forniscono un incremento di resistenza e di duttilità alle pareti. La procedura può altresì essere usata per praticare nuove aperture su muri esistenti, verificando l’equivalenza tra muratura piena e foratura cerchiata e eliminando quindi la necessità di effettuare il calcolo dell’intero edificio.
  • Intonaco Armato: la tecnica di consolidamento mediante intonaci armati consiste nel realizzare, in aderenza alla superficie del paramento murario, sia sulla parete esterna che su quella interna, uno spessore di materiale a base cementizia, armato con rete metallica e reso solidale alla stessa con barre ancorate nella muratura per almeno 2/3 dello spessore murario.
  • Rinforzi FRP: la tecnica consiste nell’incollare su una o entrambe le facce di un muro, mediante resine epossidiche, delle fasce ad alta resistenza, composte da tessuti di fibre di materiale composito immerso in una matrice polimerica. La tecnologia di tali sistemi compositi, denominati FRP, è indicata per migliorare la resistenza a taglio del pannello murario e la resistenza flessionale fuori piano dello stesso.
  • Meccanismi di Collasso: la procedura consente il calcolo deli Meccanismi di Collasso delle murature (Ribaltamento Semplice, Ribaltamento Composto, Flessione Verticale, Flessione Orizzontale). E’ possibile definire graficamente la porzione di edificio interessata dalla frattura, eventuali condizioni di confinamento della parete, l’eventuale presenza di cordoli di ancoraggio e/o tiranti, il posizionamento delle cerniere intermedie, sia verticali che orizzontali etc..
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Meccanismi di collasso

  • Nastri Metallici Pretesi: sistema tridimensionale di cuciture per il rafforzamento delle strutture murarie esistenti che consente la prevenzione della disgregazione della tessitura muraria. Può essere applicato in caso di necessità di rinforzi diffusi. I nastri sono posizionati a formare maglie chiuse disposte in continuità secondo disposizioni che possono essere verticali e/o orizzontali e/o diagonali, tra loro anche sovrapposte, con forature secondo un reticolo regolare.
  • Tirantature: le strutture in muratura risultano altamente vulnerabili nei confronti di un’azione sismica in quanto presentano spesso un comportamento non scatolare con conseguente possibile innesco di meccanismi locali di collasso delle murature perimetrali.

Le tirantature sono elementi tradizionalmente impiegati con funzioni strutturali di collegamento, contenimento e ritegno e sono quindi sottoposte a sforzo di trazione. Nell’ambito del consolidamento strutturale, esse sono utilizzate principalmente per contrastare l’azione di ribaltamento di pareti fuori dal loro piano, assorbire spinte anomale o dovute a coperture a volta, conferire all’edificio un comportamento scatolare funzionando da collegamento tra le varie pareti.

  • Dissipatori: Il dissipatore sismico è un dispositivo che consente spesso di adeguare, in modo relativamente semplice ed economico, strutture esistenti altrimenti non recuperabili. I dissipatori isteretici assiali sono dispositivi antisismici non-lineari il cui comportamento dipende essenzialmente dallo spostamento. Questi sono particolarmente adatti ad essere utilizzati come controventi dissipativi, per la protezione sismica mediante dissipazione di energia. L’inserimento di tali dispositivi comporta un incremento della capacità dissipativa della struttura, e quindi migliora sensibilmente la sua risposta al sisma. L’inserimento di controventi dissipativi appartiene alla categoria di tecniche che riducono la domanda sismica. I controventi, in particolare agiscono attraverso l’effetto combinato dell’incremento della dissipazione e della rigidezza e, in generale, permettono di ridurre lo spostamento di interpiano.

Strutture in Cemento armato

Le nuove strutture, grazie alle procedure di progetto ed alle tecniche costruttive implementate nella nuova norma, posseggono un margine di sicurezza elevato nei confronti dell’azione sismica, invece gli edifici esistenti sottostandard risultano spesso esposti al rischio sismico.

In questi casi la vulnerabilità risulta correlata sia ad anomalie del sistema strutturale che alla presenza di elementi non duttili ed il recupero sismico può comportare soluzioni marcatamente differenti, che possono contemplare l’uso di:

  • Dissipatori: Il dissipatore sismico è un dispositivo che consente spesso di adeguare, in modo relativamente semplice ed economico, strutture esistenti altrimenti non recuperabili. I dissipatori isteretici assiali sono dispositivi antisismici non-lineari il cui comportamento dipende essenzialmente dallo spostamento. Questi sono particolarmente adatti ad essere utilizzati come controventi dissipativi, per la protezione sismica mediante dissipazione di energia. L’inserimento di tali dispositivi comporta un incremento della capacità dissipativa della struttura, e quindi migliora sensibilmente la sua risposta al sisma. L’inserimento di controventi dissipativi appartiene alla categoria di tecniche che riducono la domanda sismica. I controventi, in particolare agiscono attraverso l’effetto combinato dell’incremento della dissipazione e della rigidezza e, in generale, permettono di ridurre lo spostamento di interpiano.
  • Isolatori Sismici: L’isolamento alla base prevede l’interposizione, tra la fondazione e la sovrastruttura, di appositi dispositivi caratterizzati da un’elevata rigidezza verticale ed un’elevata deformabilità orizzontale; la creazione di questa disconnessione lungo l’altezza determina per la sovrastruttura un incremento di deformabilità. L’isolatore comporta un aumento del periodo proprio di vibrazione e così, spostandosi nella zona dello spettro a bassa accelerazione, è possibile ottenere una notevole riduzione dell’accelerazione percepita dalla struttura. La procedura implementata nel CDS Win prevede, anche sfruttando archivi esterni precaricabili, l’inserimento di dispositivi di isolamento sia di tipo elastomerico che Friction Pendulum (FPS). Per il sistema complessivo realizzato, che comprende la sottostruttura, il sistema d’isolamento e la sovrastruttura, il software consente di effettuare sia analisi dinamica modale che analisi dinamica non lineare.
  • Incamiciature: nel caso in cui l’analisi sismica dell’edificio evidenzi carenze in alcuni componenti strutturali esistenti, l’utente, sfruttando le potenzialità di questa procedura, può optare per uno specifico intervento selettivo ottenendo un miglioramento sia della resistenza sismica che della capacità deformativa. Detto rinforzo può essere applicato per ottenere l’aumento della capacità portante verticale, l’aumento della resistenza a flessione e/o taglio e l’aumento della capacità deformativa (solo con analisi non lineari). La procedura implementata in CDS Win consente una rapida modellazione di:

Incamiciatura in c.a , maggiormente applicata ai pilastri (nelle travi l’utilizzo è meno frequente), permette all’utente di schematizzare il ringrosso circostante al nucleo in c.a esistente. L’elemento, in questo modo, viene considerato completamente monolitico, con completa interazione tra calcestruzzo vecchio e nuovo.

Incamiciatura in acciaio è quella di confinare il nodo con piastre in acciaio piane, collegate meccanicamente agli elementi strutturali da rinforzare, travi e pilastri, ricorrendo all’utilizzo di tiranti anch’essi in acciaio.

Tenendo conto che la valutazione dell’eventuale contributo alla resistenza flessionale in campata dipende dalle modalità realizzative, ovvero da come si garantisce la collaborazione tra la sezione esistente e gli angolari (connettori, resine, etc.), è stato previsto un coefficiente di collaborazione che varia tra 0 e 100%. Nel modello è possibile, inoltre, inserire eventuali tirantini in acciaio in modo da rendere più efficace l’effetto di confinamento sulle sezioni allungate.

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Incamiciatura

  • Rinforzi FRP: nel caso in cui l’analisi sismica dell’edificio evidenzi carenze in alcuni componenti strutturali esistenti, l’utente, sfruttando le potenzialità di questa procedura, può optare per uno specifico intervento selettivo ottenendo un miglioramento sia della resistenza sismica che della capacità deformativa. La tecnica consiste nell’incollare ai componenti strutturali, travi e/o pilastri, mediante resine epossidiche, delle fasce ad alta resistenza, composte da tessuti di fibre di materiale composito immerso in una matrice polimerica. I materiali compositi FRP (Fiber Rinfoced Polymer) consentono interventi di consolidamento e di rinforzo di notevole efficacia e minimamente invasivi.

Anche per questa tipologia di rinforzo è stata implementata una procedura all’interno del CDS Win che consente all’utente di modellare componenti strutturali quali nodi in c.a., travi e/o pilastri caratterizzati da questo tipo di intervento e, a calcolo concluso, di valutare l’efficacia dell’intervento progettato in termini di aumento della resistenza a taglio e aumento della capacità deformativa (solo con analisi non lineari).

  • Micropali: rappresentano, senza dubbio, la più valida alternativa per la realizzazione sia di opere di fondazione tradizionali, più difficili da effettuare in particolari condizioni strutturali o geologiche, sia di opere di sottofondazione per consolidamento in ambiente urbano, dove gli spazi disponibili per gli scavi non sono sufficienti per ospitare grandi macchinari. Il software strutturale CDP Win, lavorando in sinergia con CDS Win, prevede la presenza di fondazioni su micropali, distribuiti in modo uniforme su plinti, travi di fondazione e platee. Questa tipologia di fondazione, molto utile in alcune condizioni, specialmente su strutture già esistenti, si distingue da quella su pali in cemento armato per una diversa concezione esecutiva e un differente comportamento da un punto di vista geotecnico.

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