Analisi sismica di strutture a setti portanti con pannello in EPS e calcestruzzo strutturale : differenze applicative tra Italia e Paesi sottosviluppati

Alicia Martini

Analisi sismica di strutture a setti portanti con pannello in EPS e calcestruzzo strutturale : differenze applicative tra Italia e Paesi sottosviluppati.

Rel. Giuseppe Ferro. Politecnico di Torino, Corso di laurea magistrale in Architettura Per Il Progetto Sostenibile, 2014

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Abstract:	“La terra è un pianeta vivo, la sua superficie è scossa continuamente da terremoti i cui effetti si manifestano in modo improvviso ed ogni volta in maniera diversa. Nei fenomeni estremi sono da includere anche i grandi terremoti che in modo imprevedibile colpiscono territori più o meno estesi, producendo catastrofi di eccezionale gravità. La Terra è un luogo in continuo mutamento, e i suoi cambiamenti comportano sempre delle conseguenze. Queste conseguenze hanno la possibilità di tramutarsi in un Disastro Ambientale. Esso è la conseguenza di un pericolo naturale determinato da fenomeni a volte amplificati dall’attività umana. Un disastro naturale si verifica quando un evento naturale rischioso si presenta in zone vulnerabili. Primo tra questi è il terremoto, che genera una serie di onde sismiche spesso causa di gravi distruzioni e perdite di vite umane. Nel Mondo ogni anno si verificano in media un paio di terremoti distruttivi e il numero di vittime è superiore a ventimila. Circa un terzo della popolazione mondiale vive in zone esposte al pericolo di terremoti, spesso in case non adeguate a resistere alle vibrazioni del terreno. L’irregolarità con cui i forti terremoti si succedono nelle diverse zone riduce la consapevolezza del pericolo e di conseguenza spesso limita le risorse destinate alla mitigazione degli effetti. Più del 95% di tutte le morti causate da disastri ambientali avviene in paesi in via di sviluppo. Esiste una stretta correlazione tra il livello di sviluppo di un paese e le perdite dal punto di vista umano durante i terremoti di grande magnitudo. Facendo riferimento a paesi sottosviluppati si mira ad introdurre il concetto di povertà poiché il termine “sottosviluppo” è strettamente legato alla sua accezione economica. Questa situazione porta con se arretratezza sociale ed economica creando con il resto del mondo un divario economico quasi insanabile. I paesi sottosviluppati possono cercare di migliorare le loro condizioni tramite aiuti da nazioni sviluppate e da associazioni internazionali, varando a loro volta dei programmi d’aiuto. Si definisce genericamente “aiuto internazionale” quell’attività che comporta un trasferimento volontario di risorse da un paese ad un altro. Rientrano in questa definizione tutte le forme di collaborazione fra paesi. E’ ovvio però che l’impatto di un disastro ambientale su uno di questi paesi porta con se conseguenze di tipo catastrofico. Ciò è stato sotto gli occhi di tutti negli ultimi anni con il conseguirsi di terremoti e con essi di numerose perdite per le popolazioni colpite. E’ necessario, a questo punto, domandarsi come procedere nella ricostruzione post catastrofe. Le aree dove la povertà ha messo a rischio la vita di persone, impedendo tra le varie cose anche la costruzione di abitazioni e strutture adeguate alle condizioni ambientali del territorio, necessitano di uno studio profondo e di regole precise prima di ricostruire ciò che era presente. Il problema nasce dalla compatibilità tra le necessità e le risorse economiche di paesi sottosviluppati. Siamo arrivati ad sviluppare un edilizia povera e tecnologicamente non avanzata in grado di adattarsi alle più note norme antisismiche, a patto che la ricostruzione vera e propria sia preceduta da una fase di progettazione che comprende anche lo studio del territorio per identificarne le caratteristiche e i punti di maggior rischio. Ma se davvero così fosse, come mai molte tecniche e materiali costruttivi utilizzati per questi scopi non vengono riconosciuti dalle nostre normative? Il binomio Sicurezza - Sviluppo ha fatto molto spesso la sua apparizione nelle istituzioni multilaterali quali le Nazioni Unite e l’Unione Europea. Recentemente la maggior consapevolezza dei danni causati da disastri naturali ha incentivato strategie di riduzione del rischio anche nei paesi in via di sviluppo. Sono così state approvate dal 2005 nella Conferenza Mondiale per la Risoluzione dei Disastri gli obiettivi e le linee guida per le comunità e le nazioni al fine di evitare enormi perdite umane, economiche e ambientali in caso di disastri causati dai sismi. I principali obiettivi identificati per la riduzione del rischio e l’aumento di consapevolezza nel mondo,sono stati: • Integrazione di considerazioni riguardanti il rischio di disastro nelle linee politiche, pianificazioni ad ogni livello, con particolare attenzione alla prevenzione di disastri. • Rafforzamento e sviluppo di istituzioni, meccanismi e capacità ad ogni livello, in particolare quello delle comunità locali, con il compito di contribuire alla resistenza delle costruzioni nelle situazioni di maggior rischio. • Implementazioni di approcci riguardanti la riduzione del rischio nella progettazione e nei piani di ricostruzione. Nei paesi più poveri non ci sono sufficienti risorse per poter raggiungere gli standard antisismici dei paesi più sviluppati. Per questo motivo i codici stabiliti in Europa e la normativa Italiana spesso non vengono considerati nell’aiuto dei paesi poveri. La sicurezza permanente sembra passare in secondo piano rispetto a quella immediata. Nei paesi sottosviluppati, la maggior parte degli edifici è costruita con i mezzi più economici da piccole imprese, oppure direttamente dagli stessi proprietari senza l’aiuto di ingegneri tecnici specializzati. La situazione è quindi sempre più assurda, si sa sempre meglio come costruire in maniera antisismica ma la vulnerabilità è maggiore che mai; ciò perché si costruisce in mancanza di norme e criteri che regolamentino la costruzione e la buona esecuzione degli edifici. E’ necessario quindi trovare soluzioni ingegneristiche che siano versatili per quei paesi che non hanno i mezzi per potersi permettere ne la tecnologia moderna dei paesi sviluppati ne le risorse economiche. La necessità di avere metodi efficaci di prevenzione sismica ha spinto a definire normative con particolare occhio di riguardo a strutture non ingegnerizzate, ossia strutture abitative a bassa tecnologie ma con caratteristiche tali da resistere ai movimenti orizzontali del pianeta. Non risulta infatti ancora realistico per paesi così arretrati applicare criteri di ingegneristica del mondo moderno, soprattutto non per quanto riguarda l’edilizia privata. Questo a causa dei costi, della reperibilità del materiale e dell’esecuzione. Le tecnologie povere contengono in qualche modo, il presupposto dell’ibridazione tecnologica, nel mischiare diverse tecniche, e nella capacità culturale al cambiamento all’utilizzo di qualsiasi materiale. L’apporto tecnologico può innescare uno sviluppo che potrebbe permettere di uscire dal divario che investe questi paesi. Un modo di agire può essere quello di migliorare le tecniche e i modelli tradizionali utilizzando tecnologie “avanzate”. Si innestano qui più soluzioni al fine di arrivare ad una ricostruzione edilizia che garantisca la sicurezza delle persone, ognuna da adottarsi in casi determinati. Un primo metodo è sicuramente l’autocostruzione, ovvero il singolo che ricostruisce la propria abitazione. Essa può essere valida se supportata inizialmente da una formazione sia teorica che pratica e da un insieme di suggerimenti sulla costruzione che indicano la strada corretta da percorrere. Un’altra soluzione valida è la costruzione prefabbricata, e quindi più sicura dal punto di vista ingegneristico della sicurezza ma sicuramente più costosa. L’obiettivo di questa tesi è studiare a fondo un sistema tecnologico innovativo prodotto in Italia ma utilizzato all’estero, poiché non approvato dalla nostra normativa, e metterlo a confronto con essa. L’idea è quella di dare la possibilità di potersi avvalere di tecniche innovative per aiutare i paesi poveri nella ricostruzione post sismica. Quindi studiare un sistema identificato come una via di mezzo tra la legge Italiana e Europea antisismica e le costruzioni non tecnologiche presenti in questi paesi. Una tecnologia realizzabile anche in quei luoghi poco accessibili e a prezzi ridotti. La missione è quella di offrire l’opportunità a tutte le persone del mondo di avere e costruirsi una casa sicura con un notevole risparmio rispetto agli standard abitativi fin ora utilizzati.
Relatori:	Giuseppe Ferro
Tipo di pubblicazione:	A stampa
Soggetti:	A Architettura > AO Progettazione T Tecnica e tecnologia delle costruzioni > TC Protezione degli edifici
Corso di laurea:	Corso di laurea magistrale in Architettura Per Il Progetto Sostenibile
Classe di laurea:	NON SPECIFICATO
Aziende collaboratrici:	NON SPECIFICATO
URI:	http://webthesis.biblio.polito.it/id/eprint/3554
Capitoli:	1. Introduzione 2. Eventi sismici e Ricostruzione edilizia nei paesi sottosviluppati: Casi Studio 2.1 Definizione di rischio sismico 2.2 Evento sismico: Formazione propagazione 2.2.1 Tettonica a zolle 2.2.2 Meccanismo di formazione del sisma 2.2.3 Come agisce il terremoto 2.3 Consapevolezza del rischio sismico in Italia 2.4 Caso Studio I: Pakistan 2.4.1 I danni riportati dagli edifici 2.4.1.1 Gli edifici residenziali 2.4.1.2 Gli edifici scolastici e residenziali 2.4.1.3 Le Infrastrutture 2.4.2 Risposta all’evento catastrofico: Enti e normative 2.4.3 Linee Guida “Compliance catalogue, Guideline for the construction of compliant rural house 2.4.3.1 Selezione del sito 2.4.3.2 Forma dell’edificio 2.4.3.3 Fondazioni 2.4.3.4 Aperture nei muri 2.4.4 Conclusioni tratte dal caso studio 2.5 Il Caso studio: Haiti 2.5.1 Risposta al sisma 2.5.2 Manuale di ricostruzione: Rebuilding 101 2.5.2.1 Selezione del sito 2.5.2.2 Tipologie di costruzione dell’edificio 2.5.2.3 Fondazioni 2.5.2.4 Muri 2.5.2.5 Coperture 2.5.2.6 Materiali 2.5.3 Progetto DSC 2.5.4 Risultati dell’intervento 2.6 Conclusioni tratte dai casi studio 3. Un sistema costruttivo innovativo, il pannello EMMEDUE 3.1 Azione e innovazione 3.2 Fondamenti del sistema costruttivo 3.3 Componenti del pannello 3.3.1 Lastra di Polistirene espanso 3.3.1.1 Caratteristiche fisiche dell’EPS 3.3.1.2 Comportamento al fuoco 3.3.1.3 Resistenza al vapore 3.3.1.4 Sicurezza ambientale 3.3.2 Rete elettrosaldata in filo d’acciaio 3.3.3 Spritz beton 3.3.3.1 Mix della composizione del calcestruzzo 3.4 Vantaggi del sistema costruttivo 3.4.1 Isolamento termico 3.4.2 Resistenza al sisma 3.4.3 Efficienza energetica 3.4.4 Resistenza al carico 3.4.5 Resistenza al fuoco 3.4.6 Convenienza economica 3.4.7 Leggerezza, maneggevolezza e trasportabilità 3.5 Pannello singolo portante PSM EMMEDUE 3.6 Le fondazioni e i ferri di ripresa 3.7 Fase di montaggio 3.7.1 Reti di rinforzo 3.8 Modulo trasportabile 3.9 Sostenibilità di progetto 3.9.1 Impatto ambientale 3.9.2 Impatto economico 3.10 Allegati 3.11 Considerazioni sul sistema costruttivo 4. Relazione tra il sistema strutturale EMMEDUE e la normativa tecnica italiana NTC200 4.1 Costruzioni in calcestruzzo § 4.1 N.T.C.2008 4.1.1 Classi di resistenza del calcestruzzo 4.1.2 Resistenze di calcolo dei materiali 4.1.2.1 Resistenza a compressione del calcestruzzo 4.1.2.2 Resistenza a trazione del calcestruzzo 4.1.2.3 Resistenza di calcolo dell’acciaio 4.1.2.4 Tensione tangenziale di aderenza acciaio-calcestruzzo 4.1.3 Resistenza a sforzo normale e flessione 4.1.4 Aderenza delle barre di acciaio con il calcestruzzo 4.1.5 Verifica agli stati limite di esercizio 4.1.5.1 Verifica di fessurazione 4.1.5.1.1 Condizioni ambientali 4.1.5.1.2 Verifica allo stato limite di fessurazione 4.1.5.2 Verifica delle tensioni di esercizio 4.1.5.2.1 Calcestruzzo 4.1.5.2.2 Acciaio 4.1.6 Dettagli costruttivi 4.1.6.1 Armatura delle travi 4.1.6.2 Copriferro 4.1.6.2.1 Copriferro minimo 4.1.6.2.2 Margine di progetto per gli scostamenti 4.1.6.3 Ancoraggio delle barre e loro giunzioni 4.1.7 Resistenza al fuoco 4.2 Progettazione per azioni sismiche § N.T.C.2008 4.2.1 Tipologie strutturali e fattori di struttura 4.2.2 Dimensionamento e verifica degli elementi strutturali 4.2.2.1 Spessori delle pareti ... 4.2.2.2 Armature nelle pareti 4.3 Costruzioni di altri materiali, § 4.6 N.T.C.2008 4.3.1 Certificato di Idoneità tecnica 4.3.2 Analisi e campi di prova del sistema strutturale 4.3.2.1 Prove sui materiali 4.3.2.1.1 Compressione semplice 4.3.2.2 Prove sul pannello 4.3.2.2.1 Instabilità all’equilibrio elastico 4.3.2.2.2 Resistenza a flessione 4.3.2.2.3 Armature 4.3.2.2.4 Resistenza al fuoco 4.3.2.2.5 Prove di punzonamelo 4.3.2.3 Prove su un modello tipo di struttura 4.3.2.3.1 Verifica del coefficiente di struttura 4.3.2.3.2 Prove di resistenza sismica 4.3.3 Osservazioni 5.Analisidi un edificio con il sistema costruttivo EMMEDUE. 5.1 Dati generali di progetto 5.1.1 Caratteristiche dell’edificio 5.2 Materiali e proprietà 5.2.1 Calcestruzzo 5.2.1.1 Rigidezza flessionale del calcestruzzo 5.2.2 Acciaio 5.2.3 Copriferro 5.3 Fondazioni 5.4 Copertura 5.5 Analisi dei carichi 5.5.1 Pesi propri dei materiali strutturali 5.5.2 Carichi permanenti non strutturali 5.5.3 Carichi variabili 5.5.4 Definizione dei carichi della struttura 5.6 Parametri della costruzione 5.7 Parametri dell’azione sismica 5.7.1 Stati limite e probabilità di superamento 5.7.2 Accelerogrammi 5.7.3 Categorie di sottosuolo e condizioni topografiche 5.8 Durabilità 5.9 Criteri di modellazione della struttura 5.9.1 Schematizzazione della struttura 5.9.2 Armature 5.10 Dettagli costruttivi 5.10.1 Travi 5.10.2 Pareti 5.11 Metodi di analisi e criteri di verifica 5.11.1 Analisi lineare 5.11.2 Analisi statica 5.12 Criteri di verifica agli stati ultimi 6. Relazione di calcolo: ai sensi del capitolo 10.2 delle NTC 2008. 6.1 Normativa di riferimento 6.2 Misura della sicurezza 6.3 Criteri di schematizzazione della struttura 6.4 Combinazione di calcolo 6.5 Codice di calcolo 6.6 Analisi statica 6.7 Verifiche 6.7.1 Dimensionamento minimo delle armature 6.7.1.1 Travi 6.7.1.2 Pareti 6.8 Risultati tabellari 6.8.1 Specifiche campi tabella di stampa 6.8.2 Tabella dati Stati limite Ultimi 6.8.3 Tabella dati Stati limite di Esercizio 6.8.4 Tabella di Riverifica dei dati Stati limite Ultimi 6.9 Risultati ottenuti tramite il codice di calcolo 6.9.1 Calcolo armatura longitudinale delle travi 6.9.2 Rete di armatura della parete portante 6.10 Considerazioni sui risultati ottenuti 6.11 Principali risultati grafici su modello 3D 6.11.1 Analisi SLU statica 6.11.2 Verifica di deformabilità 7. Conclusioni:Riflessioni sul sistema di costruire EMMEDUEe la sua approvazione Allegati Bibliografia
Bibliografia:	Albano G. (2011) Nuove norme tecniche per le costruzioni: cosa cambia - Il d.m. 14 gennaio 2008 secondo la circolare n. 617 del 2 febbraio 2009. Maggioli Editore Albano G. (2009) Progettazione esecutiva di strutture in cemento armato in zona sismica. Maggioli Editore. Pagg. 182 – 204 Beconcini ML (2013) Costruzioni in zona sismica. Con riferimento alle norme tecniche per le costruzioni d. m. 14.01.2008. Pisa University Press Bobbo G., Carotti A (2010) Analisi e progettazione semplificata di un piccolo edificio in cemento armato. Maggioli Editore Castellani A. Boffi G. Valente M. (2008) Progetto Antisimico degli edifici in c.a. Hoepli Ghersi A. (2005) Il cemento armato, dalle tensioni ammissibili agli stati ultimi: un approccio unitario. Dario Flaccovio editore Li H.H., B. Li (2006) Study of a new mascro-finite element model for seismic performance of a RC shear walls using quasi-static experiments, Advanced in Structural Engineering. V.9 N.2 Martelli A., Sonnino U. Parducci A. Braga F. (2008) Moderni sistemi e tecnologie antisismici. Una guida per il progettista. 21/MO secolo. Pagg. 83 – 90 Parducci A. (2011) Fondamenti di ingegneria sismica in 80 lezioni. Per un’ingegneria ed un’architettura antisismica. D.M. 14 Gennaio 2008. Liguori Editore. Paulay T., M.J.N. Priestley (1992) Seismic design of reinforced concrete and masonry buildings. Wiley-Interscience. capitolo 5.4.3- Ductility and instability - pagg. 397-411. Pedeferri P. (2008) La durabilità del calcestruzzo armato. The McGraw Hill companies. Wight James k., James G. Mac Gregor (2011) Reinforced concrete - Mechanics and design. Prentice Hall. Capitolo 18.8 - Coupled Walls. Normative di riferimento D.M. 14 Gennaio 2008 - Approvazione delle nuove norme tecniche per le costruzioni. CIRC. MIN LL.PP. n°617 02 Febbraio 2009 - Istruzioni per l’applicazione delle NTC D.M. 14.01.2008. D.M. LL.PP. 9 Gennaio 1996 - Norme tecniche per il calcolo, l'esecuzione ed il collaudo delle strutture in cemento armato, normale e precompresso e per le strutture metalliche. UNI EN 1992, 01 Gennaio 2005 - Eurocodice 2 - Progettazione delle strutture di calcestruzzo - Parte 1-1: Regole generali e regole per gli edifici. UNI EN 1992, 01 Febbraio 2005 - Eurocodice 2 - Progettazione delle strutture di calcestruzzo - Parte 1-2: Regole generali - Progettazione strutturale contro l’incendio. UNI EN 1998-1:2013 - Eurocodice 8 - Progettazione delle strutture per la resistenza sismica - Parte 1: Regole generali, azioni sismiche e regole per gli edifici. UNI EN 12390-02 2002 - Prova sul calcestruzzo indurito - Confezione e stagionatura dei provini per le prove di resistenza. UNI EN 206-1 2001- Calcestruzzo - Parte 1: Specificazione, prestazione, produzione e conformità UNI EN 1998-5:2005 - Eurocodice 8 - Progettazione delle strutture per la resistenza sismica - Parte 5: Fondazioni, strutture di contenimento ed aspetti geotecnici Sitografia Analisi degli eventi sismici: www.protezionecivile.it/minisite/index http://data.worldbank.org/italian I Caso studio Pakistan: http://www.levehousing.org http://www.erra.pk/Reports/Construction_Guidelines_26mav06.pdf http ://www. erra.pk/ sectors/housing.asp http://www.unhabitat.org.pk/newweb/Publications.htm http ://news.bbc.co.uk/2/hi/south_asia/5392908.stm http : //www.nespak. com .pk/about/intro. Asp http://www.iccsafe.org II Caso studio Haiti: http://openarchitecture network.org/proiects/batibven http : //architectureforhumanitv. org http ://openarchitecturenetwork.org/sites/default/files/active/15/ rebuilding 101 _fr.pdf http://news.bbc.co.Uk/2/hi/8455774.stm https://www.deza.admin.ch/it/Pagina_ini7iale/La_DSC Caratteristiche pannello EMMEDUE: http://www.mdueitalia.it http ://www.mit. go v. it/ http://it.wikipedia.org/wiki/Inerte http://opus.bath.ac.uk/12382/ http://www.certificato-energetico.it/leggi/DPR-59-2009.pdf http://www.certificato-energetico.it/leggi/DPR-59-2009.pdf Prove sul pannello: Prove a compressione: http://www.eucentre.it Certificato di idoneità tecnica: http://www.cslp.it Prove di resistenza sismologica: www.enea.it

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