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UNIVERSITÁ UNIVERSIT DEGLI STUDI DI NAPOLI FEDERICO II<br />
DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA STRUTTURALE<br />
RELATORE:<br />
CH.MO PROF.<br />
NICOLA AUGENTI<br />
“APPROCCIO METODOLOGICO<br />
ALLO STUDIO DEI CROLLI E DEI<br />
DISSESTI STRUTTURALI”<br />
CANDIDATO:<br />
GIOVINE SERENA<br />
MATR.: 437/152
UNIVERSITÁ UNIVERSIT DEGLI STUDI DI NAPOLI FEDERICO II<br />
DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA STRUTTURALE<br />
Logica prestazionale:<br />
Si definisce fallimento strutturale<br />
un’inaccettabile <strong>di</strong>fferenza tra<br />
prestazione attesa e realizzata.<br />
Analisi dei<br />
fallimenti<br />
strutturali<br />
Dissesti<br />
strutturali<br />
/Crolli<br />
In<strong>di</strong>viduazione delle<br />
cause e delle<br />
responsabilità<br />
Ottimizzazione della<br />
progettazione futura<br />
É necessario che lo <strong>stu<strong>di</strong></strong>o dei <strong>di</strong>ssesti strutturali e dei crolli<br />
sia supportato da un approccio <strong>di</strong> tipo metodologico.
UNIVERSITÁ UNIVERSIT DEGLI STUDI DI NAPOLI FEDERICO II<br />
DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA STRUTTURALE<br />
Passato:<br />
Crollo/Dissesto<br />
strutturale<br />
Futuro:<br />
Crollo/Dissesto<br />
strutturale<br />
Meccanica<br />
razionale<br />
Interpretazione<br />
Scienza delle<br />
Costruzioni<br />
Analisi<br />
metodologica<br />
Tecnica delle<br />
Costruzioni<br />
Nuova tecnologia<br />
costruttiva<br />
Nuova tecnologia<br />
costruttiva
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DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA STRUTTURALE<br />
Dissesto<br />
Alterazione del regime<br />
<strong>di</strong> equilibrio della<br />
struttura.<br />
Lesioni<br />
Interruzioni nella continuità della<br />
struttura dovute a stati tensionali e<br />
deformativi non compatibili con le<br />
caratteristiche del materiale.<br />
Si definisce una metodologia <strong>di</strong> analisi dello stato tensionale<br />
caratteristico dei quadri fessurativi finalizzata alla <strong>di</strong>agnosi dei <strong>di</strong>ssesti.
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DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA STRUTTURALE<br />
Osservazione<br />
del quadro<br />
fessurativo<br />
Analisi inversa:<br />
•In<strong>di</strong>viduazione delle <strong>di</strong>rezioni principali <strong>di</strong> tensione;<br />
•Valutazione dello stato tensionale <strong>di</strong> rottura;<br />
Definizione<br />
del <strong>di</strong>ssesto<br />
•Definizione teorica dello stato tensionale perturbatore;<br />
•Modellazione e verifica del <strong>di</strong>ssesto.
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DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA STRUTTURALE<br />
L’in<strong>di</strong>viduazione delle <strong>di</strong>rezioni principali <strong>di</strong> tensione si effettua<br />
basandosi sul modello <strong>di</strong> resistenza <strong>di</strong> De Saint Venant della<br />
deformazione principale massima.<br />
Le tensioni ideali hanno <strong>di</strong>rezione<br />
e verso delle deformazioni e delle<br />
tensioni principali in ogni punto<br />
del solido e valgono:<br />
Il piano <strong>di</strong> frattura è in<strong>di</strong>viduato dal piano<br />
contenente le tensioni principali minima e me<strong>di</strong>a<br />
ed è ortogonale alla tensione principale massima.
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DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA STRUTTURALE<br />
La <strong>di</strong>rezione della tensione principale massima è ortogonale alla<br />
frattura elementare e la <strong>di</strong>rezione della tensione principale minima<br />
coincide con la frattura elementare.<br />
Ipotizzando:<br />
σI = σP e σII = - ν·σI<br />
Lo stato tensionale<br />
completo dei punti <strong>di</strong> crisi è<br />
in<strong>di</strong>viduato dai Cerchi<br />
principali <strong>di</strong> Mohr che<br />
hanno per sostegno l’asse<br />
ortogonale al piano<br />
contenente la lesione.
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DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA STRUTTURALE<br />
Lo stato interno <strong>di</strong> tensione che ha determinato la fessurazione può<br />
essere pensato come sovrapposizione <strong>degli</strong> effetti <strong>di</strong> uno stato<br />
tensionale originario e <strong>di</strong> uno perturbatore.<br />
Lo stato tensionale perturbatore<br />
può essere calcolato per<br />
<strong>di</strong>fferenza tra le tensioni<br />
originarie e quelle <strong>di</strong> rottura, una<br />
volta determinato lo stato <strong>di</strong><br />
sollecitazione originario.<br />
In<strong>di</strong>viduazione del quadro fessurativo elementare
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DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA STRUTTURALE<br />
Modellazione in<strong>di</strong>retta del <strong>di</strong>ssesto:<br />
Si prevedono i <strong>di</strong>ssesti cui possono andare soggetti i vari elementi e si<br />
determinano i quadri fessurativi corrispondenti.<br />
Modellazione<br />
Dissesti Lesioni<br />
Si risale al <strong>di</strong>ssesto in modo inverso e si verifica me<strong>di</strong>ante il calcolo<br />
strutturale il <strong>di</strong>ssesto ipotizzato
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DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA STRUTTURALE<br />
Realizzazione <strong>di</strong> un registro <strong>di</strong> interazione CAUSA (<strong>di</strong>ssesto) –<br />
EFFETTO (lesioni), me<strong>di</strong>ante l’analisi del comportamento tensionale<br />
e deformativo <strong>di</strong> una serie <strong>di</strong> strutture elementari, al variare del<br />
materiale costituente e dell’azione applicata.<br />
Materiali<br />
Calcestruzzo<br />
armato<br />
Muratura<br />
Strutture<br />
elementari Azioni<br />
Telaio<br />
Arco<br />
incastrato<br />
Pannello<br />
Parete<br />
elementare<br />
Forze<br />
(<strong>di</strong>stribuite e<br />
concentrate)<br />
Spostamenti<br />
(assoluti e<br />
relativi)
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DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA STRUTTURALE<br />
Strutture in calcestruzzo armato<br />
Per la valutazione della risposta strutturale <strong>degli</strong> elementi in c.a. si<br />
ricorre all’analisi elastica lineare.<br />
L’influenza della fessurazione è considerata in fase <strong>di</strong> verifica<br />
attraverso un modello a fessurazione <strong>di</strong>ffusa.<br />
S.L.E.<br />
•Stato limite <strong>di</strong> formazione delle fessure<br />
•Stato limite <strong>di</strong> apertura delle fessure<br />
Carico <strong>di</strong><br />
fessurazione<br />
Tipologia<br />
delle lesioni<br />
Verifiche<br />
S.L.U.<br />
•Resistenza a flessione e<br />
presso-flessione<br />
•Resistenza a taglio
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DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA STRUTTURALE<br />
Parete elementare<br />
Strutture in muratura<br />
Sottoposta a carico verticale e azione<br />
orizzontale<br />
Valutazione della capacità portante me<strong>di</strong>ante<br />
<strong>di</strong>cretizzazione in macroelementi<br />
Simmetrica Non simmetrica<br />
Pannello<br />
Sottoposto a ce<strong>di</strong>mento<br />
<strong>di</strong>fferenziale<br />
Valutazione del comportamento<br />
tenso-deformativo me<strong>di</strong>ante<br />
modellazione agli elementi finiti
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DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA STRUTTURALE<br />
La massima<br />
amplificazione del<br />
<strong>di</strong>ssesto è il crollo<br />
Necessità <strong>di</strong> verificare la sicurezza<br />
al crollo della struttura nelle nuove<br />
con<strong>di</strong>zioni <strong>di</strong> equilibrio<br />
Calcolo a rottura
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DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA STRUTTURALE<br />
Ipotesi:<br />
Calcolo a rottura<br />
•Materiale elastico perfettamente plastico;<br />
•Ipotesi <strong>di</strong> piccoli spostamenti (teoria del primo or<strong>di</strong>ne).<br />
•Modello a plasticità concentrata (cerniera plastica).<br />
Il calcolo a rottura consente<br />
la determinazione del<br />
moltiplicatore dei carchi <strong>di</strong><br />
collasso s e l’in<strong>di</strong>viduazione<br />
del meccanismo <strong>di</strong> rottura
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DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA STRUTTURALE<br />
Proce<strong>di</strong>mento incrementale<br />
(step by step)<br />
Metodologie <strong>di</strong> calcolo<br />
La struttura viene considerata a<br />
comportamento elastico lineare, anche<br />
dopo il superamento della resistenza<br />
ultima <strong>di</strong> una sezione. Si concentra la<br />
plasticizzazione nelle sezioni critiche e si<br />
effettua una ri<strong>di</strong>stribuzione del carico. Si<br />
incrementa il carico fino alla formazione<br />
<strong>di</strong> un numero <strong>di</strong> cerniere plastiche tali da<br />
attivare un meccanismo cinematico.<br />
Analisi limite<br />
Si analizza la struttura all’atto del<br />
collasso, evitando il calcolo<br />
elastico. Si in<strong>di</strong>vidua la<br />
<strong>di</strong>stribuzione <strong>di</strong> cerniere plastiche<br />
tale che il moltiplicatore dei<br />
carichi necessario alla formazione<br />
del meccanismo sia anche<br />
staticamente ammissibile.<br />
Metodo elasto-plastico Metodo rigido-plastico
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DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA STRUTTURALE<br />
Tipologie <strong>di</strong> collasso per plasticizzazione del materiale<br />
Carichi statici Carichi variabili<br />
Collasso<br />
statico<br />
Collasso istantaneo per la<br />
formazione <strong>di</strong> un meccanismo<br />
Collasso parziale<br />
Collasso<br />
incrementale<br />
Collasso per la formazione <strong>di</strong><br />
un meccanismo <strong>di</strong>fferito nel<br />
tempo<br />
Collasso totale<br />
Collasso per<br />
plasticizzazione<br />
alternata<br />
Collasso localizzato<br />
per fatica plastica
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DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA STRUTTURALE<br />
Il problema del controllo <strong>degli</strong> spostamenti<br />
Verifica dell’ipotesi<br />
<strong>di</strong> piccoli spostamenti<br />
Cls armato<br />
Capacità<br />
rotazionale<br />
<strong>di</strong>pendente<br />
dalla<br />
profon<strong>di</strong>tà<br />
dell’asse<br />
neutro a<br />
rottura.<br />
Verifica della capacità<br />
rotazionale delle cerniere<br />
plastiche<br />
Acciaio<br />
Capacità<br />
rotazionale<br />
limitata dal<br />
problema<br />
dell’instabilità<br />
locale.
UNIVERSITÁ UNIVERSIT DEGLI STUDI DI NAPOLI FEDERICO II<br />
DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA STRUTTURALE<br />
Si definisce progressivo il<br />
collasso totale o parziale <strong>di</strong><br />
una struttura per effetto del<br />
danneggiamento o della crisi<br />
<strong>di</strong> una parte relativamente<br />
circoscritta della stessa.<br />
Ronan Point Tower (1968).<br />
Grado <strong>di</strong> progressività 20<br />
Inadeguatezza della<br />
risposta strutturale<br />
Il collasso progressivo<br />
Grado <strong>di</strong><br />
progressività<br />
V collassato/V danneggiato<br />
oppure<br />
A collassata/A danneggiata
UNIVERSITÁ UNIVERSIT DEGLI STUDI DI NAPOLI FEDERICO II<br />
DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA STRUTTURALE<br />
Fenomeno scatenante:<br />
danneggiamento qualsiasi<br />
Impreve<strong>di</strong>bilità delle azioni<br />
<strong>di</strong> calcolo<br />
Non è possibile assicurare<br />
la struttura rispetto ad un<br />
preciso evento.<br />
La progettazione deve garantire<br />
una risposta elastica in<br />
con<strong>di</strong>zioni <strong>di</strong> servizio e<br />
l’attingimento <strong>di</strong> riserve<br />
anelastiche in con<strong>di</strong>zioni<br />
straor<strong>di</strong>narie.<br />
Murrah Federal Office<br />
Attacco terroristico<br />
Civic Arena ad Hartford<br />
Errore <strong>di</strong> progettazione<br />
Skyline Plaza in Virginia<br />
Prematura rimozione<br />
delle cassaforme
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DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA STRUTTURALE<br />
Approcci progettuali volti alla mitigazione del collasso progressivo<br />
Alternate load path<br />
(percorsi <strong>di</strong> carico<br />
alternativi)<br />
Aumentare il grado <strong>di</strong><br />
iperstaticità e garantire<br />
un’adeguata capacità <strong>di</strong><br />
ri<strong>di</strong>stribuzione delle<br />
sollecitazioni<br />
Approcci complementari<br />
Incrementare la<br />
resistenza locale<br />
Sovra<strong>di</strong>mensionamento<br />
<strong>degli</strong> elementi critici<br />
Migliorare le<br />
connessioni tra gli<br />
elementi<br />
Eliminazione del<br />
meccanismo <strong>di</strong> rottura<br />
fragile della connessione,<br />
garantendo il totale<br />
ripristino <strong>di</strong> resistenza<br />
Necessità <strong>di</strong> applicarli in modo<br />
combinato
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DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA STRUTTURALE<br />
Verifica al collasso progressivo<br />
Nella modellazione si deve considerare che:<br />
Improvvisa<br />
crisi <strong>di</strong> un<br />
elemento<br />
portante<br />
Dinamicità del carico dovuta all’accelerazione che<br />
subiscono le masse portanti e portate<br />
Non linearità della risposta strutturale per<br />
l’ingresso in campo plastico<br />
“Linee guida per l’analisi del collasso progressivo” (G.S.A. 2003 b): Verificare che la<br />
struttura non colassi avendo rimosso al piano terra un pilastro perimetrale o un<br />
pannello portante <strong>di</strong> 30 pie<strong>di</strong> (9,14m).<br />
Meto<strong>di</strong> basati sulla risposta<br />
tensionale e deformativa<br />
•Analisi statica e <strong>di</strong>namica lineare<br />
•Analisi statica e <strong>di</strong>namica non lineare<br />
Meto<strong>di</strong> basati<br />
sull’energia<br />
Analisi push-down<br />
Pilastro<br />
eliminato
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DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA STRUTTURALE<br />
Analisi dei fattori strutturali che<br />
hanno permesso alla struttura <strong>di</strong><br />
evitare la progressione del collasso<br />
Il crollo ha interessato solo l’anello<br />
più esterno nella parte colpita<br />
L’esperienza del Pentagono<br />
Ottimizzazione della<br />
progettazione<br />
Danno subito: 50 pilastri <strong>di</strong>strutti<br />
o gravemente danneggiati
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DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA STRUTTURALE<br />
Punti <strong>di</strong> forza della struttura<br />
Possibilità <strong>di</strong> percorsi <strong>di</strong> carico alternativi<br />
Elevata resistenza locale<br />
Travature<br />
continue con<br />
luci piccole<br />
Elevato<br />
grado <strong>di</strong><br />
iperstaticità<br />
Continuità delle<br />
armature inferiori<br />
nei no<strong>di</strong><br />
Efficienza<br />
dei<br />
collegamenti<br />
Staffature<br />
molto fitte<br />
nei pilastri<br />
Possibilità <strong>di</strong><br />
sviluppare<br />
grosse<br />
deformazioni<br />
plastiche<br />
Orizzontamenti ed<br />
elementi verticali<br />
progettati per un carico<br />
molto superiore a quello<br />
<strong>di</strong> esercizio<br />
Possibilità <strong>di</strong><br />
sopportare il carico<br />
trasmesso dagli<br />
elementi danneggiati<br />
e amplificato<br />
dall’effetto <strong>di</strong>namico
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DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA STRUTTURALE<br />
Conclusioni<br />
Analisi metodologica dei crolli e dei <strong>di</strong>ssesti strutturali<br />
Ottimizzazione della<br />
verifica <strong>degli</strong> e<strong>di</strong>fici<br />
esistenti<br />
Diagnosi dei<br />
<strong>di</strong>ssesti<br />
Interventi<br />
terapeutici<br />
Nuovi parametri <strong>di</strong><br />
verifica<br />
Sicurezza<br />
rispetto al<br />
collasso<br />
Collasso<br />
ammissibile e<br />
proporzionato<br />
Ottimizzazione della<br />
progettazione<br />
Riduzione delle<br />
vulnerabilità<br />
Demolizione<br />
controllata
Grazie per l’attenzione
Cambia lingua