211   Maggio - Giugno  2017
ISSN 2282-3794
LE LINEE GUIDA PER LA CLASSIFICAZIONE DEL RISCHIO SISMICO
Analisi del metodo convenzionale
di
Antonio Sproccati
Ingegnere, libero professionista, Mantova
antonio.sproccati@ingex.it

Il rischio sismico di una costruzione dipende da tre fattori: la pericolosità del sito di costruzione, la vulnerabilità dell’edificio e la sua esposizione intesa come la quantificazione delle possibili perdite di tipo diretto e indiretto a fronte di un dato evento sismico.
La combinazione di questi tre fattori richiederebbe la messa in conto di tutte le incertezze di tipo probabilistico che caratterizzano ciascun parametro.
Le misure dei danni conseguenti alle perdite possono essere quantificate in maniera sintetica ed efficace attraverso il parametro che esprime le Perdite Annuali Medie attese (PAM) a fronte del rischio sismico.
Le Linee Guida (LG), emanate in allegato al DM n.58 il 28-02-2017, consentono di calcolare in maniera convenzionale le perdite dirette medie attese associando a ciascuno stato limite raggiunto dalla costruzione il probabile danno conseguente espresso in termini di percentuale sul costo di ricostruzione (CR). Alla PAM, che rappresenta un indice di tipo finanziario, viene associata una Classe di rischio PAM.
La Classe di rischio finale dell’edificio viene stabilita come la peggiore tra la Classe PAM e la Classe IS-V correlata all’indice di sicurezza che è il rapporto tra l’intensità del sisma che l’edificio può sopportare allo SLV e l’intensità richiesta dalle norme per un edificio nuovo.
L’articolo percorre in dettaglio la metodologia di calcolo e propone alcune formule per la stima immediata della PAM sulla base di IS-V e del tempo di ritorno TrSLD del sisma.
Potendosi esprimere la PAM attraverso l’indice di sicurezza che caratterizza la Classe IS-V e il periodo di ritorno TrSLD,è possibile costruire diagrammi che forniscono la Classe di rischio finale attraverso questi due soli parametri, ponendo così in evidenza l’importanza relativa degli stati limite di esercizio e degli stati limite ultimi nella valutazione del rischio di perdite legate agli eventi sismici.
I diagrammi risultano utili anche per porre a confronto diverse alternative progettuali nella fase iniziale di conceptual design.
L’articolo, infine, analizza il significato dell’indice di sicurezza ponendo in evidenza che il suo utilizzo diretto nella stima del rischio di perdite sociali non appare pienamente coerente con un approccio prestazionale.

English version
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INSTRUCTIONS FOR THE SEISMIC RISK CLASSIFICATION: EVALUATION OF THE CONVENTIONAL METHOD

The seismic risk of a building depends on three elements: the seismic hazard of the site of construction, the vulnerability of the building and their exposure intended as the quantification of the type and number of elements-at-risk.
The combination of these three elements would require the assessment of all the probabilistic uncertainties characterizing each of these parameters.
Damage measures can be determined in a synthetic and effective way by using the parameter expressing the Expected Annual Loss (EAL) toward the seismic risk.
The Linee Guida (LG), issued in attachment to DM n.58 published on February 28th 2017, allow a conventional evaluation of the annual average direct losses; the method used connects each limit state with the probable loss expressed in terms of percentage of the reconstruction cost (CR). A PAM class, which represents a financial measure of the risk, is linked to the PAM numerical value.
The LG establishes the building risk final class as the worst between the PAM Class and IS-V Class. The IS-V class is linked to the safety index expressed as the ratio between the seismic intensity that the building can resist at the Life Safety State (SLV) and the intensity requested by the code for a new building.
The text explains the calculation method with some detail and proposes simple formulas for the immediate PAM evaluation on the basis of the IS-V index and on the basis of the TrSLD, the mean return period correspondent to the damage limit state.
Because PAM can be expressed using IS-V and TrSLD, it is possible to draw simple charts that give the final risk class using only these two parameters. This allows to highlight the relative importance of the serviceability limit states and of the ultimate limit states in the assessment of the seismic risk.
The charts are useful also to compare different design alternatives in the conceptual design phase.
Finally, the mean of safety index is analyzed. It is concluded that its direct use in the estimation of the risk of social losses does not seem fully consistent with a performance based approach.

VALUTAZIONE DELLA VULNERABILITA’, CLASSIFICAZIONE SISMICA, STRATEGIE DI RINFORZO E RIDUZIONE DEL RISCHIO SISMICO DI EDIFICI ESISTENTI IN CALCESTRUZZO ARMATO
Metodologie di valutazione della Vulnerabilità e Classificazione Sismica_PARTE SECONDA
di
Stefano Pampanin
Professore Ordinario di Tecnica delle Costruzioni, Dipartimento di Ingegneria Strutturale e Geotecnica, Università di Roma “La Sapienza”
stefano.pampanin@uniroma1.it

Nell’ambito di una serie di tre articoli sulla vulnerabilità sismica, strategie e tecniche di riduzione del rischio sismico di edifici esistenti in calcestruzzo armato, in questo secondo contributo si illustreranno sinteticamente gli aspetti salienti delle nuove linee guida neozelandesi (NZSEE2016 – The Seismic Assessment of Existing Buildings), strumento chiave per l’implementazione di un piano di prevenzione nazionale obbligatorio introdotto in Nuova Zelanda a seguito della recente e devastante sequenza sismica del 2010-2011.
Particolare attenzione è stata data sviluppo di una metodologia all’avanguardia, affidabile ma semplificata, denominata SLaMA (Simple Lateral Mechanism Analysis), basata su un approccio meccanico-analitico (i.e. fondamentalmente “a mano” o con l’ausilio di fogli di calcolo) prima ancora che numerico (i.e. basato sull’utilizzo di modelli ad elementi finiti).
Tra le motivazioni e gli obiettivi primari di tale approccio si evidenziano la necessità di:
a) migliorare ed aggiornare gli strumenti/procedure di ‘diagnosi’ e ‘prognosi’ utilizzati dagli ingegneri e/o tecnici del settore, facendo riferimento ai più recenti risultati di ricerca numerico-sperimentale a livello internazionale nonché’ alle osservazioni sul campo a seguito dei più recenti eventi sismici;
b) uniformare i giudizi dei tecnici valutatori tramite l’utilizzo di un approccio semplificato ma su base meccanica in grado di evidenziare le criticità strutturali dell’edificio oggetto delle analisi;
c) ristabilire il ruolo critico e dunque richiamare alle responsabilità professionali dell’ingegnere sismico (e.g. strutturista, geotecnico) perché utilizzi un approccio olistico di comprensione del problema prima ancora di affidarsi al calcolatore, nell’illusione ormai diffusa che ad un maggiore onere computazionale corrisponda necessariamente una maggiore accuratezza e precisione dei risultati.
La procedura SLaMa di valutazione della vulnerabilità/sicurezza e classificazione del rischio sismico si sviluppa a partire dalla identificazione delle vulnerabilità critiche attese ed attraverso la valutazione delle capacità (sia in termini di forze che di spostamenti) degli elementi strutturali, per definire la gerarchia delle resistenze delle connessioni o sottosistemi trave-colonna e quindi i meccanismi di collasso locali e globali dei principali sistemi sismo-resistenti nelle due direzioni ortogonali. Da un confronto tra curva di capacità della struttura (curva forza-spostamento analitica e non lineare) e domanda (spettro/i in accelerazione-spostamento, secondo metodo capacity-spectrum o similari) si possono derivare in modo relativamente speditivo e con sufficiente approssimazione le prestazioni ‘attese’ della struttura oggetto delle analisi a vari livelli di intensità/scuotimento del terremoto di progetto/verifica (i.e. a vari periodi di ritorno).
Tale approccio analitico consente di definire un livello di sicurezza ‘relativo’ ad una struttura di nuova progettazione, tramite l’utilizzo di un indice %NBS (%New Building Standard, rapporto capacità/domanda), di associare una classe di rischio (da A-E, con valori indicativi delle probabilità’ di collasso relative ad una struttura di nuova progettazione), nonché di valutare le perdite annue medie (PAM, come definite dalle nuove linee guida italiana del sulla Classificazione Sismica di Edifici o (Expected Annual Loss, EAL) prima e dopo un intervento di miglioramento/rinforzo sismico, candidandosi dunque come strumento fondamentale di supporto per l’attuazione di una strategia a medio-lungo termine di riduzione del rischio sismico a scala nazionale.

English version
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VULNERABILITY ASSESSMENT, SEISMIC RATING, RETROFIT AND RISK REDUCTION STRATEGIES FOR EXISTING REINFORCED CONCRETE BUILDINGS
Methodologies for Seismic Vulnerability Assessment and Seismic Rating_PART II

As part of a series of three articles on the seismic vulnerability assessment, risk reduction strategies and techniques for existing reinforced concrete buildings, this second contribution provides a brief summary of the fundamental aspects of the new NZSEE2016 guidelines - The Seismic Assessment of Existing Buildings, key tool to support the implementation of the national  seismic risk reduction plan, mandatorily introduced in New Zealand in the aftermath of the devastating Canterbury Earthquake Sequence 2010-2011.
Particular attention has been given to the development of an advanced, reliable while simplifies methodology, referred to as SLaMA (Simplified Lateral Mechanism Analysis), based on an analytical and mechanical approach (i.e. basically “by hand” or using a spreadsheet) rather than and prior to a numerical (i.e. finite element and computer-based).
Amongst the primary motivations and objectives of such an approach it is worth highlighting the need to:
a) improve and update the tools/procedures for a “diagnosis” and “prognosis” used by the engineering practitioners and/or technical inspectors, with reference to the most recent numerical-experimental research findings at international level as well as to the on-site damage observation and lesson learnt from the recent seismic events’; b) improve consistency and robustness of the evaluation provided by different inspectors by means of a simplified whilst mechanical-based approach able to highlight the critical structural weaknesses of the building under investigation;
c) revamp the critical role of the seismic (eg. Structural, geotechnical) engineers  and thus remind of their professional responsibility to adopt an holistic approach for a whole understanding of the problem before embarking into the often semi-“black-box” numerical analysis software on the more widespread illusion that higher computational effort will lead to higher accuracy and prevision of the results.
The SLaMA procedure for the assessment of the seismic vulnerability/safety and seismic rating develops from the identifications of the expected critical structural weaknesses through the evaluation of the capacity (in terms of both forces and displacements) of the structural elements to determine the hierarchy of strength of the connections and beam-column subassemblies and thus the local and global collapse mechanisms of the seismic-resisting systems.
By comparing the capacity curve of the structure (in terms of analytical force-displacement non-linear curve) and demand (acceleration-displacement response spectra, ADRS, in line with the capacity spectrum or similar approaches), the expected performance of the building under different level of shaking intensity (i.e. earthquake return period),  can be  evaluated with a relatively simple approach and sufficient level of approximations.
Such an analytical approach allows to evaluate the level of ‘relative’ safety when compared to a newly built structure, by means of the % NBS (New Building Standard, a capacity-demand ratio) index, associate a seismic risk rating or class (from A to E, with indicative ranges of collapse probabilities when compared to a brand-new structures), as well as determine the Expected Annual Losses (or PAM, Perdita Annua Media, as defined in the new Italian guidelines for the Seismic Risk Classifications of buildings) , before and/or after a seismic retrofit/upgrading intervention, thus becoming a fundamental supporting tool for the implementation of a medium-long term strategy of seismic-risk reduction at national scale.

IL RESTAURO E LA CONSERVAZIONE DELLA CHIESA-TENDA IN CEMENTO ARMATO DI PINO PIZZIGONI A LONGUELO-BERGAMO
di
Luigi Coppola
Dipartimento di Ingegneria e Scienza Applicate, DISA, Università di Bergamo
luigi.coppola@unibg.it

Lo scorso anno è stato ultimato l’intervento di restauro e conservazione della chiesa-tenda in calcestruzzo armato di Pino Pizzigoni, situata nel quartiere di Longuelo a Bergamo. La chiesa rappresenta uno dei più fulgidi esempi in Italia di strutture a volte sottili in c.a. Tuttavia, proprio l’esilità di queste strutture e gli scarsi mezzi a disposizione all’epoca della realizzazione, avvenuta nella prima metà degli anni ’60, che avevano prodotto negli elementi in c.a. alcuni difetti congeniti, hanno determinato negli anni non pochi problemi di carattere manutentivo per la particolare vulnerabilità degli elementi in c.a. all’azione aggressiva dell’ambiente. La chiesa aveva già richiesto interventi di restauro sin dagli inizi degli anni ’80 a meno di 15 anni dall’ultimazione dell’opera. Questi interventi manutentivi consistettero, tra gli altri, nell’applicazione di una protezione superficiale costituita da un rivestimento “impermeabile” in materiale “plastico”, in alcune zone armato con una rete in fibra di vetro. L’intervento di protezione/impermeabilizzazione superficiale, tuttavia, si è rivelato di scarsa efficacia. In molti punti, infatti, esso risultava delaminato e fessurato; in altre zone totalmente degradato, e, pertanto, incapace nel prevenire estese forme di alterazione e degrado dei materiali costituenti le strutture in c.a. che – prima dell’intervento di ripristino – presentavano numerose zone interessate da colonizzazioni biologiche, da corrosione intensa dei ferri di armatura, dalla presenza di efflorescenze e di infiltrazioni di acqua sia nelle connessioni tra strutture portanti e volte sottili sia nelle zone basali per effetto dell’adescamento di acqua dal terreno. L’intervento di restauro e conservazione è consistito nella ricostruzione delle sezioni degradate delle strutture portanti mediante getto di malta colabile entro casseri di legno che hanno riprodotto fedelmente la tessitura originaria degli elementi in c.a. La ricostruzione delle volte sottili è avvenuta, invece, con malte tixotropiche applicate a spatola. Entrambi gli interventi di ricostruzione sono stati preceduti dalla rimozione del rivestimento plastico impermeabile, dalla scarifica del conglomerato cementizio al fine di liberare completamente i ferri di armatura che sono stati spazzolati per eliminare la ruggine e successivamente protetti con un rivestimento protettivo polimero-cemento. L’intervento è stato ultimato dall’applicazione di una rasatura superficiale e da un protettivo acrilico elastomerico. La rasatura è stata applicata solo nelle zone interessate dalla ricostruzione e si è resa necessaria per uniformare la tessitura di queste aree con quelle non interessate dal ripristino. La protezione acrilica-elastomerica, invece, è stata applicata sull’intera superficie esterna della chiesa per garantire una protezione ulteriore nei confronti della pioggia e dell’anidride carbonica dell’aria, oltre che per ottenere il colore finale desiderato elaborato analizzando al computer frammenti di calcestruzzo prelevati da quegli elementi in c.a.che dagli anni ’60 mai erano stati interessati dalla manutenzione nel corso degli anni.

English version
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Repair and conservation or reinforced concrete tent-church by Pino Pizzigoni at Longuelo, Bergamo

Last year, maintenance and conservat ion of the reinforced concrete tent-church of Pino Pizzigoni, located in the district of Longuelo in Bergamo, was completed. The church represents one of the most impressive examples in Italy of very thin reinforced concrete vaults structures. However, the very thin cross section of these structures – together with the very difficult concrete placing operations when the church was built (the first half of the 1960s), which they had produced in the reinforced concrete elements some congenital defects (honeycomb, poor concrete quality, thin covers, etc) - have required in the years a constant maintenance for the particular vulnerability of the reinforced concrete structures to environmental aggressive agents.
The church had already requir ed complicated restoration works since the early 1980's, i.e less than 15 years after the construction of the church was completed. The maintenance consisted, amongst others, of the application of a surface protective membrane (a "watertight" plastic coating) in some areas reinforced with a fiberglass mesh. Surface protection based on the waterproofing membrane, however, proved to be ineffective. In many places, in fact, it was delaminated and cracked. In other areas totally deteriorated, and therefore unable to prevent extensive forms of alteration and degradation of reinforced concrete elements. Reinforced concrete structures - before restoration - had many areas affected by biological colonization, severe corrosion of reinforcements, efflorescence and water infiltration both in the connections between load bearing structures and thin reinforced concrete vaults and in basement areas due to the capillary rising water from the ground. The restoration and conservation consisted in the reconstruction of the deteriorated sections of the load bearing structures (columns) by means of a very fluid shrinkage compensating mortar poured in a wood formwork that faithfully reproduced the original texture of the reinforced concrete elements. The reconstruction of thin reinforced concrete vaults  occurred, however, with a thixotropic mortars applied by trowel. Both reconstruction procedures were preceded by the removal both of the waterproofing plastic coating and deteriorated concrete. Concrete demolition was made in order to completely release the reinforcing bars that were, first, brushed to eliminate rust and, subsequently, protected with a polymer-cement coating.
Repair was completed by the application, by spraying,  on the surface of reinforced concrete elements of a thin mortar layer. Finally, an elastomeric acrylic coating completed the maintenance work. The thin mortar layer has only been applied to areas affected by reconstruction and has been made necessary to align the texture of these areas with those not affected by restoration. Acrylic-elastomeric protection, on the other hand, has been applied on the entire outer surface of the church to provide additional protection against rain and carbon dioxide in the air, as well as to obtain the desired finishing color, the latter evaluated by analyzing computer fragments of concrete taken from those reinforced concrete elements from the 1960s had never been affected by maintenance over the years. 

ANALISI NON-LINEARI STATICHE E DINAMICHE
L’utilizzo per la valutazione della vulnerabilità sismica di un edificio reale GLD in c.a.
di
Bruno Calderoni, 
Professore di Tecnica delle Costruzioni, Università degli Studi di Napoli Federico II
calderon@unina.it
Antonio Sandoli, 
Dottore di ricerca, Università degli Studi di Napoli Federico II
antonio.sandoli@unina.it
Vincenzo Andolfo, 
Dottorando, Università degli Studi di Napoli Federico II
vincenzo.andolfo@unina.it
Luciano Migliaccio
Free-lance engineer
lucianomigliaccio@libero.it

Il problema della valutazione della capacità sismica degli edifici esistenti in c.a. progettati per soli carichi verticali (Gravity Load Designed - GLD) rappresenta, in Italia, un tema di particolare importanza soprattutto alla luce dei più recenti aggiornamenti normativi. In questa memoria è stata condotta la valutazione della capacità sismica di un edificio reale in c.a., costruito negli anni ’60, utilizzando i metodi più sofisticati consentiti dalle attuali normative. In particolare, sono state svolte analisi non lineari statiche e dinamiche considerando anche i problemi tipici (ad esempio le rotture fragili a taglio dei pilastri e dei nodi) che influenzano negativamente il comportamento sismico di questa tipologia di edifici. Attraverso le analisi dinamiche, svolte utilizzando un set di trenta accelerogrammi reali di terremoti Italiani spettro-compatibili, è stata effettuata la valutazione della vulnerabilità sismica mediante la costruzione di curve di fragilità e i risultati sono stati poi confrontati con le analisi statiche non-lineari.

English version
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NON LINEAR STATIC AND DYNAMIC ANALYSES FOR SEISMIC CAPACITY ASSESSMENT OF AN EXISTING GLD R.C. BUILDING

The seismic assessment of existing r.c. buildings (GLD) represents, in Italy, a very interesting topic, also considering the continuous update of seismic codes. In this paper, the seismic capacity assessment of a real existing r.c. building dated back ‘60s has been performed by using the most sophisticated numerical methods allowed by the current seismic codes. More in detail, the non-linear static and dynamic analyses have been carried out by taking into account the critical issues (f.i. brittle shear failure of columns and beam-column joints) that affect the good seismic behaviour of these buildings. The seismic capacity has been evaluated by means of the incremental dynamic analyses (IDA) performed by using a set of thirty natural accelerograms corresponding to real Italian earthquakes, made spectrum-compatible with the hazard provided by the Italian Code. These analyses allowed to evaluate the seismic vulnerability by means the corresponding fragility curves and the results has been compared with the ones provided by non-linear static analyses.

LA NORMA ISO 16311-2
“Maintenance and repair of concrete structures-assessment of existing concrete structures”
di
Colombo Zampighi
Ingegnere, Lead Auditor ICMQ, ACI Member, Socio ATE
czampighi@iol.it

L’ISO International Organization for standardization tramite i suoi competenti Comitati tecnici sta portando avanti un’ampia ed importante attività normativa nell’ambito dell’affidabilità, durabilità e manutenzione delle strutture in calcestruzzo.
La ISO 16311-2 è la seconda di quattro norme dedicate alla manutenzione delle strutture in calcestruzzo emesse nel 2014 a cura del Sottocomitato 7 -manutenzione e riparazione delle strutture in calcestruzzo - dell’ISO/TC 71-calcestruzzo, calcestruzzo armato e precompresso.
Questa norma specifica le procedure e le metodologie degli accertamenti sulle strutture in calcestruzzo approfondendo per tali strutture quanto già normato nella ISO 13822-2010 “Basis for design of structures- Assessment of existing structures”.
La ISO 16311-2 definisce il flusso delle varie attività necessarie per condurre gli accertamenti nell’ambito della più ampia procedura di manutenzione trattata nella ISO 16311-1: definizione dei requisiti e degli scenari, pianificazione degli accertamenti preliminari e dettagliati, investigazioni, risultanze, valutazione, verifiche, raccomandazioni e rapportazione.
Indice, terminologia e capitoli introduttivi sono consultabili su www.iso.org.obp.
Riparazioni, prevenzione ed azioni correttive sono poi approfonditi dalle altre parti ISO 16311-3-4.
Cinque corposi allegati sviluppano nel dettaglio aspetti specifici: particolarmente interessante l’Annex A che definisce i livelli degli accertamenti e le investigazioni fornendo esempi applicativi.
Il presente articolo fornisce un ampio sommario della norma senza approfondire i contenuti degli allegati che meritano una trattazione a parte.

English version
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ISO 16311-2
“Maintenance and repair of concrete structures-General principles”

ISO International Organization for standardization trough its competent Technical Committees is carrying out a wide and important activity on reliability, durability and maintenance of concrete structures.
ISO 16311-2 is the second part of four Standards concerning the maintenance of concrete structures issued in 2014 by the STC 7 – maintenance and repair of concrete structures- of ISO/TC71-concrete, reinforced and prestressed concrete.
This Standard states procedures and methods of the assessment of existing concrete structures detailing in deep for these structures the requirements already defined in ISO 13822-2010 “Basis for design of structures- Assessment of existing structures”.
ISO 16311-2 specify the assessment activities flow chart within the frame of the maintenance procedure outlined in ISO 16311-1: definition of scope and requirements, planning of preliminary and detailed assessments, investigations, data collection and results, evaluation, verification, recommendations and reporting.
Contents, introduction, scope, terms and definitions and introducing are available on www.iso.org.obp.
Repair, prevention and remedial actions are dealt in detail in ISO 16311-3-4.
Five extensive Annexes supplement the contents of the Standard: especially interesting is Annex A dealing with assessment levels and investigations with comprehensive examples.
This article gives a summary of the Standard without many details about the five Annexes deserving a specific analysis.