Nuove idee per l’adeguamento sismico degli edifici storiciRoma, 11 maggio 2010

Linee guida per la valutazione e riduzione del Linee guida per la valutazione e riduzione del rischio sismico del patrimonio culturalerischio sismico del patrimonio culturalepp

Sergio LAGOMARSINOSergio LAGOMARSINODipartimento di Ingegneria delle Costruzioni,dell’Ambiente e del Territorio

Università degli Studi di Genovasergio lagomarsino@unige itsergio.lagomarsino@unige.it

Dipartimento di Protezione Civile – OPCM n° 3274/03 e s.m.i.“Norme tecniche per il progetto valutazione e adeguamento sismico degli Norme tecniche per il progetto, valutazione e adeguamento sismico degli edifici”

• per i beni culturali tutelati è in ogni caso possibile limitarsi ad interventi di miglioramento; è peraltro comunque richiesto di calcolare i livelli di accele-razione del suolo corrispondenti al raggiungimento di ciascuno stato limite, nella situazione precedente e situazione successiva all'eventuale interventonella situazione precedente e situazione successiva all eventuale intervento.• richiede che nei prossimi 5 anni sia valutata la sicurezza sismica degli edifici strategici e rilevanti

Ministero delle Infrastrutture e dei Trasporti – DM n° 159, 14.9.2005“Norme tecniche per le costruzioni”Norme tecniche per le costruzioni

Direttiva del Presidente del Consiglio dei Ministri – 12 ottobre 2007(GU n.25 del 29.1.2008, suppl. ord. N. 24)“Direttiva del Presidente del Consiglio dei Ministri per la valutazione e la riduzione del rischio sismico del patrimonio culturale con riferimento alle riduzione del rischio sismico del patrimonio culturale con riferimento alle Norme Tecniche per le costruzioni”

Gruppi di lavoro coinvolti nella stesura delle Linee Guida

1 Oggetto delle Linee Guida1. Oggetto delle Linee Guida2. Requisiti di sicurezza e conservazione3. Azione sismica4 Conoscenza del manufatto4. Conoscenza del manufatto5. Modelli per la valutazione della sicurezza sismica6. Criteri per il miglioramento sismico e tecniche di intervento

Q d i i d l di l i d ll i7. Quadro riassuntivo del percorso di valutazione della sicurezzasismica e progetto degli interventi di miglioramento sismico

Capitolo 1 – Oggetto delle Linee GuidaL Li G id ifi di l t i d ll Le Linee Guida specificano un percorso di conoscenza, valutazione della sicurezza sismica e progetto degli eventuali interventi, concettualmente analogo a quello previsto per le costruzioni non tutelate, ma adattato alle g q p p ,esigenze e peculiarità del patrimonio culturale.

La finalità è formulare, nel modo più oggettivo possibile, il giudizio sulla sicu-, p gg p , grezza e sulla conservazione garantite dall’intervento di miglioramento sismico.

Analisi territorialeLV1: analisi con modelli meccanici

Valutazione sul singolo manufattoLV2: valutazione su singoli macroelementi

semplificati o qualitativi (progetto di interventi di restauro locali)

LV3: valutazione della risposta globale SLUaI = p g

del manufatto (progetto di un intervento di restauro complessivo sul manufatto)gI

S SaI

γ=

Capitolo 2 – Requisiti di sicurezza e conservazione

LIVELLI DI SICUREZZA

Nel caso del patrimonio culturale, considerato che l’adeguamento sismico non Nel caso del patrimonio culturale, considerato che l adeguamento sismico non è obbligatorio e vincolante, è ragionevole confrontare la capacità sismica con livelli di sicurezza di riferimento, opportunamente graduati con if i t ll il lt l ll’ f i ltiriferimento alla rilevanza culturale e all’uso e funzione svolti.

Categorie di rilevanza culturale: bassa, media, elevataCategorie di uso: abbandonato o occasionale, frequente, molto frequente

Categoria di rilevanzaLimitata Media Elevata

Categoria d’uso P d γ P d γ P d γCategoria d’uso Peccedenza γI Peccedenza γI Peccedenza γI

Saltuario o non utilizzato 40% 0.50 25% 0.65 17% 0.80Frequente 25% 0 65 17% 0 80 10% 1 00Frequente 25% 0.65 17% 0.80 10% 1.00Molto frequente 17% 0.80 10% 1.00 6,5% 1.20

Ministero delle Infrastrutture e dei Trasporti – DM 14.1.2008 (GU n.29 del 4.2.2008, suppl.ord. N. 30), pp )“Norme tecniche per le costruzioni”Ministero delle Infrastrutture e dei Trasporti – Circ. 2-2-2009, n. 617ste o de e ast uttu e e de aspo t C c 009, 6Istruzioni per l’applicazione delle“Norme tecniche per le costruzioni”

Principali novità:• nuova classificazione e definizione dell’input sismico no zone sismiche• tre categorie d’intervento: adeguamento (non previsto per il patrimonio culturale),

miglioramento sismicoriparazione o intervento locale

LV3LV2riparazione o intervento locale

• approccio prestazionale multilivello: 4 stati limiteintroduzione della vita nominale VN

LV2

Necessità di un allineamento delle Linee Guida alle NTC 2008

Gruppo di lavoro del Consiglio Superiore incaricato dell’allineamento

La Direttiva del 2007 istituiva una cabina di regia, con l’incarico di monitorarel’applicazione delle Linee Guida ed aggiornarle quando necessario.

La cabina di regia, di cui fanno parte Paolo Angeletti, Guglielmo Berlasso,Roberto Cecchi, Pietro Ciaravola, Mauro Dolce, D. Piccinini, SerenaVirgadamo ha quindi formato un gruppo tecnico di lavoro che ha elaboratoVirgadamo, ha quindi formato un gruppo tecnico di lavoro che ha elaboratouna serie di modifiche, con l’obiettivo di realizzare un perfetto allineamentoalle N.T.C. 2008.

Il gruppo di lavoro, presieduto da Pietro Ciaravola e composto da MariaAgostiano, Franco Braga, Alberto Burghignoli, Roberto Di Marco, Giacomo DiPasquale, Mauro Dolce, Paolo Faccio, Donatella Fiorani, SergioLagomarsino, Bruno Santoro, ha elaborato un nuovo testo.

La cabina di regia ha esaminato il nuovo testo e, dopo aver apportato alcuneulteriori modifiche, lo ha approvato nel gennaio 2010. Il testo è stato orasottoposto al Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici che dovrà esaminarlosottoposto al Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici che dovrà esaminarloed approvarlo prima della definitiva pubblicazione.

Capitolo 2 – Requisiti di sicurezza e conservazione

2.3 STATI LIMITE DI RIFERIMENTO PER I BENI CULTURALIAllineamento a quanto definito nelle NTC 2008 e scelta di tre stati limite:qSLU (stati limite ultimi) – SLV (stato limite di salvaguardia della vita umana):

garantisce non solo l’incolumità delle persone ma la stessa conservazione del manufatto, che potrà essere restaurato a seguito dell’evento.

SLE (stati limite di esercizio) – SLD (stato limite di danno)id t l i l i ll dit di f i lità ( ibilità) d l considerato solo in relazione alla perdita di funzionalità (agibilità) del

manufatto, in quanto si ritiene che la danneggiabilità di una costruzione storica in muratura, specie nei riguardi di un’azione sismica frequente, , p g q ,sia caratteristica intrinseca di tali manufatti e quindi accettabile.

SLA (stato limite di danno ai beni artistici) – a seguito di un terremoto di livello opportuno (in genere quello preso in considerazione per lo stato limite di danno), i beni artistici contenuti nel manufatto (apparati decorativi, superfici pittoriche, elementi architettonici di pregio, ecc.) subiscono danni superfici pittoriche, elementi architettonici di pregio, ecc.) subiscono danni di modesta entità, tali da poter essere restaurati senza una significativa perdita del valore culturale.

WORK PLAN – WP1Beni artistici: apparati decorativi e beni architettonici di pregio

• ROSONI

• CORNICIONICORNICIONI

Beni artistici: apparati decorativi e beni architettonici di pregio

• San Bernardino, L’Aquila

Beni artistici: apparati decorativi e beni architettonici di pregio

• VOLTE IN CANNICCIO • PORTALI

Capitolo 2 – Requisiti di sicurezza e conservazione2.3 STATI LIMITE DI RIFERIMENTO PER I BENI CULTURALI• La valutazione nei riguardi dello SLV è richiesta per ciascun manufatto

tutelato, anche se non soggetto ad uso, in quanto garantisce non solo la salvaguardia degli occupanti ma anche la conservazione del manufatto.

L l i i i di d ll SLD è i hi li ll l i • La valutazione nei riguardi dello SLD è richiesta, a livello complessivo, per i manufatti tutelati di cui si vuole garantire la funzionalità dopo il terremoto, in relazione al loro uso.in relazione al loro uso.

• La valutazione dello SLA è richiesta nelle parti in cui vi sono elementi di particolare valore storico-artistico; gli organi di tutela possono richiedere p ; g g pun diverso livello di protezione, in relazione alla rilevanza storico-artistica , prendendo in considerazione in alcuni casi anche l’azione sismica dello SLV; la verifica dello SLA può essere fatta con riferimento alle condizioni SLV; la verifica dello SLA può essere fatta con riferimento alle condizioni dello SLD, per gli apparati decorativi il cui danneggiamento è connesso a deformazioni e fessurazioni degli elementi strutturali, o considerando gmodelli specifici, quando il danno ad elementi architettonici di pregio o beni mobili possa verificarsi anche in assenza di un danno strutturale.

Capitolo 2 – Requisiti di sicurezza e conservazione

2.4 LIVELLI DI SICUREZZA SISMICAFermo restando che è in ogni caso possibile limitarsi ad interventi di migliora-mento, è opportuno definire un livello di sicurezza sismica di riferimento,differenziato in funzione delle caratteristiche del manufatto e del suo uso, equindi delle conseguenze di un danneggiamento sismico quindi delle conseguenze di un danneggiamento sismico.

• vita nominale VN a cui viene riferita la valutazione della sicurezza o vieneviene

progettato l’intervento di miglioramento sismico (numero di anni nel qualela struttura, purché soggetta alla manutenzione ordinaria, deve potere

t l l l è d ti t )essere usata per lo scopo al quale è destinata);• classe d’uso CU, coerentemente alle classi definite nelle NTC 2008 (I – uso

saltuario o non utilizzato; II uso frequente con normali affollamenti; saltuario o non utilizzato; II – uso frequente con normali affollamenti; III – uso molto frequente e/o con affollamenti significativi; IV – edificio strategico e uso molto frequente e/o con affollamenti).

Le azioni sismiche sono quindi valutate per un periodo di riferimento VR:VR = VN CU

APPROCCIO PRESTAZIONALE ALLA SICUREZZA

Stati limite PvR

L’obiettivo è garantire un livello di rischio accetta-bile ed omogeneo per il patrimonio culturale sul territorio na ionale considerando pericolosità Stati limite

di esercizioSLO 81%SLD 63%

St ti li it SLV 10%

territorio nazionale, considerando: pericolosità (sismicità del territorio), vulnerabilità (propensione della fabbrica ad essere danneggiata dal sisma),

Stati limite ultimi

SLV 10%SLC 5%

esposizione (rappresentata non solo dalle persone che fruiscono della costruzione ma anche dai beni di valore artistico in essa contenuti).

- la struttura è analizzata in campo non lineare fino al collasso (analisi pushover)su tale curva vengono definiti gli stati limite (a livello globale o da limiti locali) - su tale curva vengono definiti gli stati limite (a livello globale o da limiti locali)

- la curva forza-spostamento ottenuta viene trasformata in spettro di capacità (sistema non lineare equivalente ad 1 g.d.l.) - lo spostamento massimo si ottiene dal confronto con lo spettro di risposta del terremoto, ridotto per considerare la maggiore capacità dissipativa in campo plastico (spettro di domanda)- la verifica controlla che lo spostamento richiesto dal sisma con una data probabilità di occorrenza sia inferiore a quello dello stato limite corrispondente a quella PVR

INGV – National Institute of Geophysics and Vulcanology DPC – Civil Protection Department

R

RR

V

VTln(1 P )

= −−

Scelta la vita nominale VN, il coefficiente CU e la probabilità di occorrenza PVR, si calcola il periodo di ritorno TR

INGV-DPC Framework project 2004-2006 - S1 ProjectSeismic Hazard in Italy: PGA for occurrence probabilities in 50 years

Occurrence probability in 50 years

Return period Annual rate of

exceedance

81% 30 0.0332

63% 50 0.0199

50% 72 0 013950% 72 0.0139

39% 101 0.0099

30% 140 0.0071

22% 201 0.0050

10% 475 0.0021

5% 975 0.0010

2% 2475 0.0004

http://esse1.mi.ingv.it/d2.html

INGV – National Institute of Geophysics and Vulcanology DPC – Civil Protection Department

La pericolosità sismica del territorio italiano non è uniforme

L’azione sismica si incrementa, al crescere del periodo di ritorno, al crescere del periodo di ritorno,

in misura diversa nel territorio

Vita nominale: numero di anni nel quale la struttura, purché soggetta alla manutenzio-LA VITA NOMINALE

q , p ggne ordinaria, deve potere essere usata per lo scopo al quale è destinata. Essa non deve quindi essere intesa come la durata di una costruzione, ma solo come il temponel quale ha valore la verifica di sicurezza nel quale ha valore la verifica di sicurezza. Il concetto di vita nominale si adatta bene al miglioramento sismico di un bene culturalele, in quanto la conservazione era garantita in passato da una periodica revisione emanutenzione. In questo modo la durabilità dei materiali può essere protratta nel tempolimitando la sostituzione degli elementi, realizzando solo le necessarie riparazioni. Nei beni culturali gli interventi devono essere in genere durevoli sia per evitare di reiteraNei beni culturali gli interventi devono essere in genere durevoli, sia per evitare di reitera-re operazioni non totalmente reversibili sia per limitare la perdita di materiale originale,con l’immissione di tecnologie e prodotti nuovi (compatibilità e durabilità). La scelta di una vita nominale più lunga porta ad una verifica sismica più gravosa: ciòè coerente con il maggiore desiderio di conservazione, ma nel caso in cui gli interventiconseguenti dovessero risultare troppo invasivi, coerentemente con la possibilità diconseguenti dovessero risultare troppo invasivi, coerentemente con la possibilità dilimitarsi ad interventi di miglioramento, il progetto potrà fare riferimento ad una vitanominale più breve. Il manufatto sarà quindi tutelato per un numero minore di anni, mauna nuova verifica dovrà essere eseguita al termine della vita nominale In tal modo gliuna nuova verifica dovrà essere eseguita al termine della vita nominale. In tal modo gliinterventi più pesanti potranno essere posticipati nel tempo, beneficiando di futuriprogressi conoscitivi e tecnologici.

Da cosa dipende il livello di sicurezza? Il livello di sicurezza è definito dalla probabilità di occorrenza che viene adottata per i

diversi stati limite. Questa probabilità non viene riferita alla vita nominale ma a VR, che tiene conto anche del coefficiente d’uso CU. U

Assumere un coefficiente d’uso >1 significa aumentare proporzionalmente il periodo di ritorno, ma la verifica continua a valere solo nella vita nominale. Quindi ottengo valori maggiori per l’accelerazione.valori maggiori per l accelerazione.

2.5

Tr=72

1.5

2

r*

Tr=72Tr=475Tr=975

1Tr /

T

0

0.5

0.5 0.75 1 1.25 1.5

PGA / PGA*

Da cosa dipende il livello di sicurezza? Il valore assunto per la vita nominale non cambia il livello di protezione sismica in Il valore assunto per la vita nominale non cambia il livello di protezione sismica in

quanto adottando una vita nominale più breve potrò eseguire la verifica con un’azione meno intensa, ma la verifica avrà una durata minore.

O i l b bili à l di i difi l’ bi i è Ovviamente la probabilità annuale di occorrenza si modifica, ma l’obiettivo è mantene-re la costruzione nel tempo, ovvero, ad esempio per lo SLV, garantire che nel corso della vita nominale la costruzione sia sicura per un terremoto che ha una probabilità del 10% nel periodo di riferimento.

La vita nominale è quindi solo uno strumento di programmazione degli interventi. Attraverso la vita nominale è possibile temporizzare gli interventi di prevenzione.p p g p

La verifica parte oggi, con lo scenario elaborato dall’INGV. L’età della costruzione non ha alcuna influenza sul concetto di vita nominale; la verifica viene fatta oggi, considerando lo stato attuale del manufatto e il prossimo terremoto colpirà considerando lo stato attuale del manufatto e il prossimo terremoto colpirà indifferentemente le antiche quanto le nuove costruzioni.

Allo scadere della vita nominale sarebbe però necessario disporre di un nuovo scenario di pericolosità che tenga conto del tempo che è passato (l’attuale mappa scenario di pericolosità che tenga conto del tempo che è passato (l attuale mappa è stata elaborata con modelli poissoniani, time-independent). Se questi non saranno disponibili e si dovesse usare la stessa mappa, il periodo di riferimento

il l l l l’ i it i l d à id con il quale calcolare l’azione per una nuova vita nominale dovrà considerare anche il tempo che è passato.

Influenza della vita nominale nella valutazione dell’azione 5

3

4

2

3

PG

A

1

2

Pvr=10%Pvr=50%

0

10% (Vr=30)50% (Vr=30)

0 50 100 150 200tempo (anni)

PGA da utilizzare per le verifiche periodiche, SLV (rosso) e SLD (blu), nei due casi in cui si assuma come vita nominale 30 o 50 anni.

Uso della vita nominale nelle valutazioni LV1, LV2 e LV3Analisi territoriale – LV1

Analisi con modelli meccanici sempli-

Progetto sul singolo manufatto- Valutazione della vita nominale per la

ficati statistici del rischio sismico dei beni culturali in un dato territorio.

Attribuzione del coefficiente d’uso a

quale il manufatto può essere considerato sicuro (tenuto conto anche delle condizioni d’uso).- Attribuzione del coefficiente d uso a

ciascun manufatto

- Calcolo della vita nominale per la

)

- Se questa è troppo bassa, si decide di intervenire e si progetta un intervento di

i li t i i ti p

quale la costruzione può essere considerata sicura

miglioramento sismico conservativo.

- Si valuta quindi la vita nominale nello stato di progetto - Programmazione degli interventi di

prevenzione sismica, a partire dai manufatti che hanno una vita nomi-

stato di progetto.

- Se questa è sufficiente, la struttura è a posto per quel periodo, altrimenti si

nale più breve (è possibile anticipare gli interventi per i beni di maggiore rilevanza, ferma restando l’esigenza

p p q p ,possono adottare limitazioni all’uso o intervenire con tecniche più efficaci.

rilevanza, ferma restando l esigenza di intervenire entro la vita nominale)

PERPETUATEPERFORMANCE-BASED APPROACH TO EARTHQUAKE PROTECTION OF CULTURAL HERITAGE IN EUROPEAN AND MEDITERRANEAN COUNTRIES

European Research Project funded by FP7

11 t (UNIGE ENEA AUTH BRGM NTUA UL UBATH11 partners (UNIGE, ENEA, AUTH, BRGM, NTUA, UL, UBATH, USTHB, ZRMK, CENACOLO, PHASE)

6 countries (Italy, Greece, France, Slovenia, UK, Algeria) ( y, , , , , g )Case Studies: Rhodes, Citadel of Algiers, L’Aquila, Ljubljana, Larino

Experimental tests: Shaking table tests at ENEA Casaccia

www.perpetuate.eu