Proposta di miglioramento sismico di un edificio in c.a. a uso ospedaliero tramite sistema CAM

The national building heritage, in many cases, is inadequate to resist the seismic actions. This has been highlighted by the fact the seismic zonation has been revised only in recent years. Consequently most of the buildings were designed to sustain seismic actions lower than those to which they can be actually subjected, or even designed only for the static loads. In such a critic contest, it is of paramount importance to retrofit such structures in order to improve their behavior as earthquakes occur. The objective of the thesis is to study the seismic vulnerability of a reinforced concrete hospital building located in Northern Italy and to design the retrofit for seismic improvement. The hospital is placed, after the update of seismic zonation, in zone 3 and consists of two portions. Two adjacent blocks, referred to as B1 and B2 and belonging to the second portion, will be object of the study. At the time of design, namely between 1989 and 1990, the area of interest was not considered seismic and hence the building was not dimensioned employing anti-seismic structural details. With the aid of the original structural documents, it was possible to reconstruct the geometry of the two premises and define the resistance of the structural system. A finite element numerical model was realized accounting for both aspects. Static analyses and verifications under vertical loads were carried out only for block B1. Moreover, modal analyses were performed on both blocks, in order to underline their difference in terms of dynamic behavior and to analyze pounding phenomena. A linear dynamic analysis with response spectrum at Life Safety Limit State was performed only for block B1. By means of the verifications, developed referring to Italian Technical Recommendations for Constructions (NTC2018 and Circolare), the seismic vulnerability of the structure has been defined. Furthermore, the same construction has been also investigated under serviceability conditions. Then the retrofit intervention has been designed: on one hand, considering the global behavior of the structure, an additional shear wall has been considered, in order to make torsional modes more regular; on the other hand, the retrofit was realized by locally adding the CAM® system to the critical elements. After being retrofitted, the building model has been subjected to the response spectrum at the Life Safety Limit State and reduced by 60%, aiming at assessing the seismic behavior improvement, according to the prescriptions valid for hospital buildings. The retrofitted construction has not achieved the seismic improvement. Nonetheless, significant improvements in terms of bearing capacity have been attained. Consequently different additional interventions are proposed; these latter, together with the CAM® system, could bring to the seismic improvement of the building.

Il patrimonio edilizio nazionale risulta, in molti casi, inadeguato a sostenere le azioni sismiche. Ciò è acuito dal fatto che la zonazione sismica è stata solo recentemente aggiornata. Di conseguenza, ci si ritrova di fronte a strutture progettate per azioni sismiche differenti da quelle a cui sono soggette oggigiorno, o progettate addirittura per i soli carichi statici. In questo contesto, risulta fondamentale intervenire in maniera adeguata al fine di perseguire il miglioramento sismico dell’edificio. Oggetto della tesi è lo studio della vulnerabilità sismica di un edificio ospedaliero in calcestruzzo armato sito nel Nord Italia e la progettazione di un intervento di miglioramento sismico dell’edificio. L’ospedale, in seguito all’aggiornamento della zonazione sismica, si trova in zona 3. Il complesso è costituito da due lotti, dei quali si studiano due blocchi adiacenti, denominati B1 e B2, appartenenti al secondo, costruito fra il 1989 e il 1990. L’edificio non si trovava all’epoca di progettazione in zona sismica e pertanto è privo dei comuni accorgimenti e dettagli costruttivi per le nuove costruzioni in zona sismica. Sulla base della documentazione originale, è stato possibile ricostruire la geometria dei due blocchi e definire le resistenze del sistema strutturale. È stato quindi sviluppato un modello di calcolo in un software agli elementi finiti che tenesse in conto entrambi gli aspetti. Si è concentrata l’attenzione sul blocco B1, sul quale si sono effettuate le verifiche statiche, per valutarne la risposta alle azioni verticali; in seguito si è svolta l’analisi modale di entrambi i blocchi, al fine di sottolineare le differenze dinamiche fra di essi e analizzare il martellamento. È stata effettuata un’analisi dinamica lineare con spettro di progetto allo SLV per il solo blocco B1. Le verifiche, eseguite facendo riferimento alle NTC 2018 e relativa circolare, hanno definito la vulnerabilità sismica del fabbricato. In seguito, tale blocco è stato analizzato anche per le condizioni di esercizio (SLO). È stato quindi progettato l’intervento di consolidamento: da una parte si è agito considerando il comportamento globale della struttura, inserendo una parete di taglio aggiuntiva, atta a regolarizzare i modi torsionali che caratterizzano la struttura allo stato di fatto; dall’altra si è agito localmente, applicando agli elementi critici il sistema costruttivo denominato CAM®. La struttura post-intervento è stata quindi soggetta allo spettro di risposta allo SLV ridotto al 60%, in modo da valutarne il conseguimento del miglioramento sismico, secondo quanto prescritto dalla normativa per gli edifici ospedalieri. Il fabbricato, in seguito all’intervento, non raggiunge il miglioramento sismico. Tuttavia, esso ottiene dei notevoli miglioramenti in termini di capacità portante. Sono quindi proposti degli interventi ulteriori, fra loro alternativi, che, uniti al sistema CAM®, potrebbero portare al miglioramento sismico dell’edificio.