Seminario ADEGUAMENTO SISMICO DEGLI EDIFICI SCOLASTICI Mantova, Sala Conferenze dell'Unione Industriali, 7 novembre 2014 L'AZIONE SISMICA NEL PROGETTO DELLE STRUTTURE: CONSIDERAZIONI E PROPOSTE PER LE NORME TECNICHE Paolo Clemente, PhD Resp. Prevenzione Rischi Naturali e Mitigazione Effetti ENEA – C.R. Casaccia
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Seminario
ADEGUAMENTO SISMICO DEGLI EDIFICI SCOLASTICI
Mantova, Sala Conferenze dell'Unione Industriali,
7 novembre 2014
L'AZIONE SISMICA NEL PROGETTO DELLE STRUTTURE: CONSIDERAZIONI E
PROPOSTE PER LE NORME TECNICHE
Paolo Clemente, PhD Resp. Prevenzione Rischi Naturali e Mitigazione Effetti
ENEA – C.R. Casaccia
Convegno ADEGUAMENTO SISMICO DEGLI EDIFICI SCOLASTICI
Mantova, Sala Conferenze dell'Unione Industriali, 7 novembre 2014
L'azione sismica nel progetto delle strutture: considerazioni e proposte per le norme tecniche
PAOLO CLEMENTE
AQK Repi =6.1 km comp NS
Maximum Acceleration:
366.61097948cm/sec2
at time t=7.635sec
Maximum Velocity:
38.64189722cm/sec
at time t=7.965sec
INPUT SISMICO Primo step nella progettazione = analisi delle azioni, tra cui le azioni sismiche:
• Pericolosità sismica di base (BHA)
• Risposta sismica locale (LSR)
Incertezze LRS >> Incertezze BHA
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0T(sec)
SA
(g
)
NTC-08 475 yrs Soil=ANTC-08 475 yrs Soil=BNTC-08 475 yrs Soil=CNorm. 1996 2a categ. (4 dutt 1.5 s.l.)AQg EW soil=AAQv EW soil=BAQk EW soil=BNTC-08 2475 yrs Soil=B
Terremoto dell’Aquila, 2009
M=6.3:
• PGA = 0.30 0.65 g:
• PGA >> PGA (TR=475 anni)
• PGA » PGA (TR=2475 anni)
• Spettri: mostrano gli stessi
superamenti
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L'azione sismica nel progetto delle strutture: considerazioni e proposte per le norme tecniche
PAOLO CLEMENTE
MODELLAZIONE STRUTTURALE
• Materiali e comportamento strutturale in capo elsastico e non, che
influenzano:
• Fattore di comportamento = misura della capacità di dissipare energia
Sismi più violenti di quello di
prpgetto ® gran parte delle
strutture dovrebbero collassare
o subire ingenti danni
In pratica ciò non avviene.
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L'azione sismica nel progetto delle strutture: considerazioni e proposte per le norme tecniche
PAOLO CLEMENTE
SICUREZZA SISMICA IN ITALIA
Le nostre conoscenze sui terremoti e sui loro
effetti sulle strutture sono migliorate
notevolmente negli ultimi decenni
ma
gli eventi degli ultimi anni hanno dimostrato che
la strada da percorrere per conseguire un livello
di sicurezza accettabile è ancora lunga
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L'azione sismica nel progetto delle strutture: considerazioni e proposte per le norme tecniche
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CALAMITÀ NATURALI IN ITALIA Negli ultimi 500 anni (Stime dell’ENEA, 1999):
• vittime dovute ad eventi naturali = oltre 20 a settimana
• 75% in occasione di eventi sismici
Terremoto della Sicilia sudorientale del 1693
• disastro ambientale, oggi sede di molti
stabilimenti petrolchimici
Terremoto della pianura Padana Emiliana del 2012
• gravi danni all'economia della regione e dell'intero
paese
Considerate
• l’estensione delle aree interessate
• la varietà del patrimonio edilizio esistente
la riduzione del rischio sismico richiede un notevole
impegno finanziario
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L'azione sismica nel progetto delle strutture: considerazioni e proposte per le norme tecniche
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PREVENZIONE O RICOSTRUZIONE ? Investimento necessario per riduzione rischio sismico = 100.000 ML lire (stima GNDT, 1980)
Oculata programmazione della spesa e degli interventi, con:
ü priorità, per quanto riguarda il patrimonio pubblico opere strategiche o di particolare rilevanza, quali prefetture, caserme, ospedali, scuole, ecc.,
ü incentivi, per quanto riguarda il patrimonio privato
Somma non disponibile né
utilizzabile in tempi brevi, né
allora né adesso
Investimento estremamente conveniente, tenuto conto
dei costi di gestione delle
varie emergenze e
ricostruzioni successive
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L'azione sismica nel progetto delle strutture: considerazioni e proposte per le norme tecniche
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SICUREZZA SISMICA IN ITALIA
70% dell’edificato non adeguato al sisma di progetto al sito
Evoluzione della classificazione sismica
Qualità delle costruzioni e degli interventi sull’esistente
Edifici storici
Evoluzione della Normativa Tecnica
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L'azione sismica nel progetto delle strutture: considerazioni e proposte per le norme tecniche
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EVOLUZIONE CLASSIFICAZIONE SISMICA 1908
Terremoto di Messina e Reggio Calabria
Nuove zone classificate solo a seguito di un
terremoto
1980
25% In zone 1 e 2
2003
70% in zone 1, 2, 3
Introd. Zona 4
1981
43% in zone 1, 2 e 3
Introd. Zona 3
2008: definizione puntuale dei parametri di pericolosità. Scompaiono le zone
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L'azione sismica nel progetto delle strutture: considerazioni e proposte per le norme tecniche
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EVOLUZIONE NORME TECNICHE
D.M. LL.PP. 03/03/1975 Norme tecniche
per le costruzioni in zone sismiche Prima normativa di moderna concezione (a seguito
della Legge 2 febbraio 1974, n. 64, Provvedimenti
per le costruzioni con particolari prescrizioni per le
zone sismiche)
63.8% delle abitazioni in Italia costruito prima del 1971 (dati ISTAT)
non rispondono, nominalmente, a criteri di sicurezza sismica
Fh3
Fh3
Fh3
z3
z2
z1
Norme Tecniche per le Costruzioni attualmente in vigore dal 2009
decisamente più onerose delle precedenti
(G+Q)2/8
(G+Q)1/8 0.5 (G+Q)
(G+Q)T/6
D.L. 5 novembre 1916 (TU) n. 1526
forze statiche simulanti l'azione sismica
(G = carichi permanenti,
Q = carichi variabili)
0.0
0.5
1.0
0 1 2 3 4
R
T (s)
0.8 sec
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L'azione sismica nel progetto delle strutture: considerazioni e proposte per le norme tecniche
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QUALITÀ COSTRUZIONI Età > 50 anni per gran parte degli edifici
(valore tipico della vita utile)
Edifici storici
• a volte oggetto di interventi inadeguati
• non dovrebbero ospitare scuole,
ospedali, strutture strategiche
Periodi di maggiore attività dopo eventi
eccezionali (guerre, terremoti):
costruzioni edificate
• in fretta
• senza adeguati controlli
• con sistemi e materiali scadenti
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L'azione sismica nel progetto delle strutture: considerazioni e proposte per le norme tecniche
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PROLIFERAZIONE DELLE NORME Un numero di regole eccessivo comporta vari inconvenienti:
• l'impoverimento dell'autonomia e della creatività, in quanto l'opera del
progettista è irretita dalle norme
• la difficoltà di discernere ciò che veramente conta
• la sensazione di avere al riparo delle norme, responsabilità assai alleviate
• la difficoltà di rendersi conto dei ragionamenti che giustificano certe regole,
rischiando di considerare queste alla stregua di algoritmi, ossia di schemi
operativi che, una volta appresi, il pensiero non è più chiamato a giustificare
Ma tra le varie conseguenze, una delle più temibili è
• l'attenuazione del senso di responsabilità, mentre questa costituisce uno
dei diritti fondamentali dell'uomo, violando il quale la vita si appiattisce e si
rafforza, …
(Piero Pozzati, 1993)
Concetti che concordano col motto:
“Il regolamento serve a chi non si sa regolare“
ossia l’arte del ben progettare è molto di più che seguire le prescrizioni
normative
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L'azione sismica nel progetto delle strutture: considerazioni e proposte per le norme tecniche
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PREVISIONE DEI TERREMOTI Interv. Tempo Utilità Commenti
Brevis-simo
pochi sec/min
early warning per impianti RIR, treni AV, …
Possibile ma non utile in Italia
Breve poche ore qualche mese
preparare le risorse per emergenza e l’evacuazione
Al momento non siamo in grado di fare ciò
Medio qualche anno
individuare aree dove intervenire prioritariamente per ridurre il rischio
Esperimenti di previsione: aree di grandi dimensioni e tempi lunghi, non utilizzabili al momento per scopi di protezione civile
Lungo decine di anni
ridurre vulnerabilità e esposizione, preparare le popolazioni
Le mappe di pericolosità ci danno questa informazione
Per salvare vite umane Þ costruire edifici antisismici
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L'azione sismica nel progetto delle strutture: considerazioni e proposte per le norme tecniche
PAOLO CLEMENTE
INDICE
In questa presentazione:
• Considerazioni sulla valutazione della perisolosità
sismica ai fini della progettazione strutturale
• Proposte per future norme tecniche
• Ricadute delle proposte sulle norme italiane e
europee
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L'azione sismica nel progetto delle strutture: considerazioni e proposte per le norme tecniche
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INPUT SISMICO Descrizione corretta e completa
dell’input = componenti dell’
accelerazione lungo 3 direzioni
ortogonali regitsrate durante un
sufficiente numero di eventi sismici -0.5
0
0.5
0 10 20 30 40acc (g
)
t (s)
Tolmezzo W-E
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
0 1 2 3 4
Se
(g)
T (s)
Se
Sd - q=1.5
Sd - q=3.0
Sd - q=4.5
L'AquilaTR=475 aSuolo B
In pratica, per analisi lineari = spettri di risposta
delle componenti orizzontali e verticali al sito
per determinare gli effetti massimi sulle
strutture
In assenza di spettri di sito: spettri di
risposta forniti dalle norme tecniche
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L'azione sismica nel progetto delle strutture: considerazioni e proposte per le norme tecniche
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SPETTRO DI RISPOSTA IN ACC. ORIZZONTALE Relativo a:
• Suolo rigido e superficie orizzontale
• Smorzamento x=5%
0.0
0.2
0.4
0.6
0 1 2 3 4
Se
(g)
T (sec)
Rigid Soil
TCA
PGA·F
PGA
Valore
massimo
dell’acc.
orizzontale
(PGA = valore
a T=0)
TCA = TC su suolo rigido
Limite superiore dell’intervallo di
accelerazione costante
Massima amplificazione F
Rapporto tra la massima ampiezza
spettrale e quella a T=0
Altri parametri (TB, TD): derivati da questi
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L'azione sismica nel progetto delle strutture: considerazioni e proposte per le norme tecniche
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PGA: APPROCCIO PROBAB. E DETERM.
Probabilistic Seismic Hazard Assessment (PSHA)
• Basato sulla storia sismica, sul concetto di periodo di ritorno e sulle faglie
conosciute, capaci o no,
• Non tiene conto degli eventi di megnitudo molto elevata, il cui accadimento
è avvenuto in epoca preistorica
Deterministic Seismic Hazard Assessment (DSHA)
• Sviluppa scenari sismici per ogni sorgente sismica, considerando anche gli
eventi preistorici (ove noti)
• Seleziona un moto sismico tenendo conto del massimo evento credibile
(MCE), della distanza dalla sorgente dal sito e delle sue caratteristiche
geologiche
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L'azione sismica nel progetto delle strutture: considerazioni e proposte per le norme tecniche
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PGA: per ciascun sito in funzione della prob. di superamento PNCR in 50 anni
PNCR è correlata al periodo di ritorno TNCR
PVR = 10% in 50 anni
TR = 475 anni
PVR = 63% in 50 anni
TR = 50 anni
PVR = 2% in 50 anni
TR = 2475 anni
APPROCCIO PROBABILISTICO
PSHA: insieme di mappe ciascuna per un TNCR ≤ 2475 anni
Tempo di osservazione To dovrebbe essere >> TNCR : ma To=1000 2000 anni
L’estrapolazione a periodi maggiori tiene conto delle incertezze
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PGA - DGA
PGA
TR = 2475 anni DGA
Neo-deterministic (Panza et al.)
(Panza et al.) Quasi ovunque
PGA > DGA
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L'azione sismica nel progetto delle strutture: considerazioni e proposte per le norme tecniche
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• Eventi meno frequenti, con TR > 2475 anni, possono non essere noti
• Alcune faglie potrebbero non essere note
CONSIDERAZIONI
16 luglio 2007: un sisma generato
da una faglia non nota colpisce
Chuetsu, prefettura di Niigata in
Japan (M=6.6),
Dove c’è la centrale nucleare di
Kashiwazaki-Kariwa
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L'azione sismica nel progetto delle strutture: considerazioni e proposte per le norme tecniche
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R
S
B
Ai 3 siti si hanno differenti risposte allo stesso evento sismico
RISPOSTA SISMICA LOCALE
Array velocimetrico a Belmonte Castello (FR):
Receiver Functions di registrazioni di aftershocks del sisma dell’Aquila, 2009
0
2
4
6
8
0 5 10 15f (Hz)
R - SN/UP
R - WE/UP
0
2
4
6
8
0 5 10 15f (Hz)
S - SN/UP
S - WE/UP
0
2
4
6
8
0 5 10 15f (Hz)
B - SN/UP
B - WE/UP
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L'azione sismica nel progetto delle strutture: considerazioni e proposte per le norme tecniche
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Analisi HVSR
MICROZONAZIONE SISMICA
Definizione MOPS:
microzone omogenee in prospettiva sismica
(amplificative e non)
Livello I
• Scelta siti per nuovi impianti
• Definizione priorità di intervento sugli
esistenti
Livello I •Zone instabili
•Zone stabili (pianeggianti, VS30 > 800 m/s)
•Zone stabili ma suscettibili di amplificazione
Livello II: coefficienti di amplificazione
attraverso abachi (situazioni semplici 1D)
Livello III: coefficienti di amplificazione
attraverso misure in sito e modellazione Livello III
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L'azione sismica nel progetto delle strutture: considerazioni e proposte per le norme tecniche
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LA RSL NELLE NORME TECNICHE Fattore di sottosuolo S
Diminuisce al crescere di PGA×S
0.0
0.4
0.8
1.2
1.6
2.0
0.0 0.4 0.8 1.2
S
PGA·F (g)
SOFT
MEDIUM
RIGID
0.0
0.4
0.8
1.2
0.0 0.4 0.8 1.2
PG
A·F
·S (
g)
PGA·F (g)
SOFT
MEDIUM
RIGIDMassima ampiezza spettrale
PGA ×S ×F0
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0.0
1.2
2.4
3.6
0.0
0.4
0.8
1.2
0.2 0.4 0.6
TC
/ TC
A
TC
(se
c)
TCA (sec)
SOFT
MEDIUM
RIGID
AMPIEZZA PLATEAU: VALORE DI TC
0.2
0.4
0.6
0 0.2 0.4 0.6
TC
A
PGA (g)
PNCR = 10%, TNCR = 475
0.2
0.4
0.6
0 0.2 0.4 0.6
TC
A
PGA (g)
PNCR = 2%, TNCR = 2475
Dipende dalle caratteristiche del
sottosuolo ® TC
Varia da sito a sito ® TCA
0.0
0.2
0.4
0.6
0 1 2 3 4
Se
(g)
T (sec)
Rigid Soil
TCA
PGA·F
PGA
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L'azione sismica nel progetto delle strutture: considerazioni e proposte per le norme tecniche
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FORMA SPETTRALE • Effetti locali determinano ampie variazioni del moto al suolo
• Tali variazioni possono essere molto più significative delle differenze tra
PGA e DGA
0.0
0.5
1.0
0 1 2
Se
(g)
T (sec)
Soft Soil
Rigid Soil
TCATC
PGA·F
PGA·S
PGA·F·S
PGA
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L'azione sismica nel progetto delle strutture: considerazioni e proposte per le norme tecniche
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TERREMOTO DI PROGETTO
Intensità sismica (TNCR) correlata a:
• Vita nominale TL
• Importanza della struttura (i.e., alle conseguenze di un suo collasso)
Ø Fattore di importance gI (eurocodice)
Ø Vita nominale TL (norme italiane)
Considerazioni:
v Vita nominale: è un concetto architettonico relativo alla idoneità della
struttura di svolgere le funzioni per cui è stata progettata
v Sicurezza: non deve dipendere da TL
v TL è comparabile o maggiore dell’attesa di vita delle persone
v TL è già correlata all’importanza di una struttura, a causa del suo costo
elevato (si pensi ai ponti di grande luce)
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TERREMOTO DI PROGETTO
Prevenzione ® massima azione sismica indipendente da of TL
® PSHA: PNCR = 2% in 50 anni minimo valore della probabilità di superamento
dell’azione sismica di riferimento per lo stato limite ultimo(TNCR = 2475 anni)