Strutture in muratura soggette ad azioni sismiche. Livelli di Conoscenza e Indagini(1)

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1 Corso di Riabilitazione Strutturale POTENZA, a.a Strutture in muratura soggette ad azioni sismiche. Livelli di Conoscenza e Indagini(1) Dott. Marco VONA Scuola di Ingegneria - Università di Basilicata marco.vona@unibas.it

2 Le principali innovazioni della NTC 2008 La chiara definizione del LIVELLO DI CONOSCENZA, con riferimento alle indagini conoscitive La presa in conto del livello di conoscenza nella valutazione (assessment) La definizione delle possibili indagini (distruttive e non) In alternativa all adeguamento, si prevede un miglioramento controllato o adeguamento ridotto, con livelli ridotti di azioni sismiche

3 Importanza del livello di conoscenza COSTI COSTO / BENEFICI intervento acquisizione dati CONOSCENZA

4 I LIVELLI DI CONOSCENZA NELLA VALUTAZIONE LC1 Conoscenza Limitata LC2 Conoscenza Adeguata LC3 Conoscenza Accurata Il livello di conoscenza LC acquisito determina: - metodo di analisi - valori dei fattori di confidenza da applicare alle proprietà dei materiali

5 I LIVELLI DI CONOSCENZA NELLA VALUTAZIONE Gli aspetti che definiscono i livelli di conoscenza sono: Geometria: caratteristiche geometriche degli elementi strutturali Dettagli strutturali: quantità e disposizione delle armature (c.a.), collegamenti (acciaio), collegamenti tra elementi strutturali diversi, elementi non strutturali collaboranti Materiali: proprietà meccaniche dei materiali

6 I LIVELLI DI CONOSCENZA NELLA VALUTAZIONE Limitata Adeguata Accurata Livelli di Conoscenza (LC) e Fattori di Confidenza (FC) LC1 LC2 LC3 GEOMETRIA Da disegni di carpenteria originali con rilievo visivo a campione oppure rilievo ex-novo completo DETTAGLI STRUTTURALI Progetto simulato in accordo alle norme dell epoca e limitate verifiche in-situ Disegni costruttivi incompleti + limitate verifiche in situ oppure estese verifiche in-situ Disegni costruttivi completi + limitate verifiche in situ oppure esaustive verifiche insitu PROPRIETÀ DEI MATERIALI Valori usuali per la pratica costruttiva dell epoca e limitate prove in-situ Dalle specifiche originali di progetto o dai certificati di prova originali + limitate oppure estese prove in-situ Dalle specifiche originali di progetto o dai certificati di prova originali + estese oppure esaustive prove in-situ Metodi di Analisi Analisi lineare statica o dinamic a FC 1.35 Tutti 1.20 Tutti

7 Livello di conoscenza per edifici in muratura Il livello di conoscenza LC1 si intende raggiunto quando È stato effettuato il rilievo geometrico Verifiche in situ limitate sui dettagli costruttivi Indagini in situ limitate sulle proprietà dei materiali FC=1.35 Il livello di conoscenza LC2 si intende raggiunto quando È stato effettuato il rilievo geometrico Verifiche in situ estese ed esaustive sui dettagli costruttivi Indagini in situ estese sulle proprietà dei materiali FC=1.2 Il livello di conoscenza LC3 si intende raggiunto quando È stato effettuati il rilievo geometrico Verifiche in situ estese ed esaustive sui dettagli costruttivi Indagini in situ esaustive sulle proprietà dei materiali FC=1

8 Livello di conoscenza per edifici in muratura LC1 Resistenze: i minimi degli intervalli riportati in Tabella C8A.2.1 per la tipologia muraria in esame Moduli elastici: i valori medi degli intervalli riportati nella Tabella C8A.2.1 LC2 Resistenze: medie degli intervalli riportati in Tabella C8A.2.1 per la tipologia muraria in esame Moduli elastici: valori medi degli intervalli riportati nella Tabella C8A.2.1

9 Livello di conoscenza per edifici in muratura LC3 a) sono disponibili tre o più valori sperimentali di resistenza Resistenze: media dei risultati delle prove Moduli elastici: media delle prove o valori medi degli intervalli riportati nella Tabella C8A.2.1 per la tipologia muraria in considerazione b) Sono disponibili due valori sperimentali di resistenza Resistenze: se il valore medio delle resistenze è compreso nell'intervallo riportato nella Tabella C8A.2.1 per la tipologia muraria in considerazione si assumerà il valore medio dell'intervallo se è maggiore dell estremo superiore dell intervallo si assume quest ultimo come resistenza, se è inferiore al minimo dell'intervallo, si utilizza come valore medio il valore medio sperimentale

10 Livello di conoscenza per edifici in muratura LC3 b) Sono disponibili due valori sperimentali di resistenza Moduli elastici: vale quanto indicato per il caso LC3 caso a) c) È disponibile un solo valore sperimentale di resistenza Resistenze: se il valore di resistenza è compreso nell'intervallo riportato nella Tabella C8A.2.1 per la tipologia muraria in considerazione, oppure superiore, si assume il valore medio dell'intervallo, se il valore di resistenza è inferiore al minimo dell'intervallo, si utilizza come valore medio il valore sperimentale Moduli elastici: vale quanto indicato per il caso LC3 caso a).

11 Livello di conoscenza per edifici in muratura

12 Livello di conoscenza (LC): Proprietà dei materiali INDAGINI SPERIMENTALI IN SITU IN LABORATORIO Indagini qualitative Indagini storiche Rilievo del quadro fessurativo Umidità Altre indagini non distruttive Indagini quantitative Rilievo geometrico Monitoraggio e controllo della struttura Misura dello stato di sforzo locale Parametri geometrici e meccanici Analisi Prove Prove chimiche fisiche meccaniche Parametri di input per i modelli di calcolo Determinazione della capacità portante della struttura

13 Livello di conoscenza (LC): GEOMETRIA Rilievo Rilievo muratura Volte Solai Scale Individuazione carichi gravanti su ogni elemento di parete Individuazione tipologia fondazioni Rilievo dell eventuale quadro fessurativo e deformativo

14 Livello di conoscenza (LC): GEOMETRIA Rilievo sommario Rilievo, piano per piano, di: principali elementi strutturali resistenti a taglio volte in muratura stima a campione dell orditura e della rigidezza dei solai Rilievo completo Rilievo completo, piano per piano, di: tutti gli elementi in muratura Volte e loro tipologia Orditura di tutti i solai e valutazione accurata della loro rigidezza valutazione dei carichi gravanti su ogni elemento di parete

15 Livello di conoscenza (LC): GEOMETRIA Rilievo completo Identificazione dell aggregato il processo di trasformazione tipologico: identificazione delle Unità Edilizie Originarie UEO ampliamento, trasformazione o rifusione delle UEO la formazione di spazi di risulta interni all aggregato (cortili accesso diretto o da androne, posizionamento di eventuali corpi aggiunti, scale esterne, ecc) rapporti tra le singole cellule murarie e i rapporti di regolarità e modularità ai diversi piani l allineamento delle pareti, l ortogonalità rispetto ai percorsi viari, le rotazioni e le intersezioni degli assi delle pareti

16 Livello di conoscenza (LC): GEOMETRIA Rilievo completo disassamenti e rastremazioni delle pareti in verticale, affiancamento di pareti, i muri poggianti in falso sui solai sottostanti lo sfalsamento di quota tra solai contigui (ciò fornisce indicazioni sia per ricercare possibili fonti di danno in rapporto ai carichi verticali e sismici, sia per affinare l interpretazione dei meccanismi di aggregazione) la forma e la posizione delle bucature nei muri di prospetto: allineamento in orizzontale e in verticale, simmetria, ripetizione

17 Livello di conoscenza (LC): GEOMETRIA Rilievo piano per piano BIBLIOTECA CLASSENSE BIBLIOTECA CLASSENSE +0,02 WC WC 0,20-0,96-0,42 0,20 Cucina CHIOSTRO -1,04-0,36 CHIOSTRO 6.14 CORTILE INTERNO CORTILE INTERNO ,09-0, Mensa 0,00 0,00-1, ,85 C.T. -0,08 C.T. 0,00 1,67 0,00 1,20 PIANO SEMINTERRATO PIANO RIALZATO

18 Livello di conoscenza (LC): GEOMETRIA Rilievo piano per piano Aula Aula Aula Aula Aula Aula Aula Aula 5,56 9,91 PRIMO PIANO SECONDO PIANO

19 Caratterizzazione delle murature Esame dei tipi presenti sulla base del materiale, del tipo di finitura del paramento (secondo classificazioni standard) e soprattutto valutando nel merito la qualità della apparecchiatura in relazione al grado di coesione trasversale che la stessa (in virtù della sua tessitura interna) Tipologia ed efficienza strutturale degli architravi al di sopra delle aperture Presenza di elementi strutturalmente efficienti atti ad eliminare o contrastare eventuali spinte (esempio: speroni)

20 Livello di conoscenza (LC): Dettagli Costruttivi a) Qualità del collegamento tra pareti verticali (ammorsamento nei cantonali e nei martelli catene, ecc.) Evidenziare i casi in cui collegamenti tra pareti ortogonali siano assenti

21 Livello di conoscenza (LC): Dettagli Costruttivi b) qualità e tipologia del collegamento tra solai e pareti ed eventuale presenza di cordoli di piano, catene Tali elementi andranno evidenziati onde mettere in luce le porzioni di struttura potenzialmente collegate e trattenute nei confronti dell azione sismica o di strutture spingenti come volte

22 Livello di conoscenza (LC): Dettagli Costruttivi b) qualità e tipologia del collegamento tra solai e pareti ed eventuale presenza di cordoli di piano, catene

23 Livello di conoscenza (LC): Dettagli Costruttivi c) esistenza di architravi dotate di resistenza flessionale al di sopra delle aperture

24 Livello di conoscenza (LC): Dettagli Costruttivi d) presenza di elementi strutturali spingenti e di eventuali elementi atti ad eliminare la spinta chiostro cortile ,02-0, , , ,12 5,56 1,67-1, , ,20 0,00 CORTILE -0, ,12 5,56 1,67-0,96

25 Livello di conoscenza (LC): Dettagli Costruttivi e) presenza di elementi, anche non strutturali, ad elevata vulnerabilità f) tipologia e qualità della muratura (a un paramento, a due o più paramenti, con o senza collegamenti trasversali), eseguita in mattoni o in pietra (regolare, irregolare)

26 Livello di conoscenza (LC): Dettagli Costruttivi Elementi di discontinuità della maglia muraria determinati da cavedi, canne fumarie, ecc Rilievo accurato di canne fumarie, nicchie, e discontinuità murarie in genere

27 Livello di conoscenza (LC): Dettagli Costruttivi Elementi di discontinuità della maglia muraria determinati da cavedi, canne fumarie, ecc Rilievo accurato di canne fumarie, nicchie, e discontinuità murarie in genere

28 Livello di conoscenza (LC): Dettagli Costruttivi Elementi di discontinuità della maglia muraria determinati da cavedi, canne fumarie, ecc Rilievo accurato di canne fumarie, nicchie

29 Livello di conoscenza (LC): Dettagli Costruttivi Elementi di discontinuità della maglia muraria determinati da cavedi, canne fumarie, ecc Rilievo accurato di canne fumarie, nicchie

30 Livello di conoscenza (LC): Dettagli Costruttivi Verifiche in situ limitate Sono basate unicamente su rilievi di tipo visivo e possono essere effettuate a campione Verifiche in situ estese e adeguate Rilievi di tipo visivo, ricorrendo a scrostature di intonaco, messa a nudo delle caratteristiche di ammorsamento tra muri ortogonali e solai nelle pareti Si possono esaminare a campione: qualità del collegamento tra pareti ortogonali qualità del collegamento tra solai e pareti tipologia e qualità della muratura

31 Livello di conoscenza (LC): Dettagli Costruttivi Verifiche in situ estese e adeguate Si devono esaminare in modo sistematico nell intero edificio: esistenza di architravi presenza di elementi strutturali spingenti presenza di elementi ad elevata vulnerabilità quadro fessurativo L efficacia di eventuali elementi atti a eliminare la spinta (catene) dovrebbe essere verificata sperimentalmente

32 Quadro fessurativo

33 Quadro fessurativo Presenza e rappresentazione ed anmalisi dell eventuale quadro fessurativo Meccanismi 1 e 2 Meccanismo 3

34 Quadro fessurativo Presenza e rappresentazione ed anmalisi dell eventuale quadro fessurativo Meccanismo 3

35 Quadro fessurativo Presenza e rappresentazione ed anmalisi dell eventuale quadro fessurativo Meccanismi 1 e 2

36 Livello di conoscenza (LC): Proprietà dei materiali Verifiche in situ LIMITATE Esami visivi della tessitura della muratura e degli elementi (blocchi e malta) di cui è costituita. Almeno un esame per ogni tipo di muratura presente e per ogni piano dell edificio- Non sono richieste prove sperimentali Verifiche in situ ESTESE Almeno una prova su ciascun tipo di muratura presente, in aggiunta alle verifiche visive Verifiche in situ ESAUSTIVE Almeno tre prove su ciascun tipo di muratura presente, in aggiunta alle verifiche visive

37 Livello di conoscenza (LC): Proprietà dei materiali Prove di Laboratorio o in Situ PROVE DISTRUTTIVE PROVE MODERATAMENTE DISTRUTTIVE PROVE NON DISTRUTTIVE FASE DI PRELIEVO Significatività dei risultati Non distruttività del campionamento Non disturbo del campione A causa della difficoltà di campionamento di prismi di muratura di dimensioni significative, generalmente il prelievo interessa solo singoli elementi (malta, pietre o mattoni) o assemblaggi di limitate dimensioni

38 Livello di conoscenza (LC): Proprietà dei materiali La qualità della muratura deve essere verificata: a) in situ, mediante il rilievo della tessitura muraria in superficie e in sezione b) in laboratorio, mediante la caratterizzazione di malte, pietre e/o mattoni, porzioni di muratura prelevati in situ

39 Livello di conoscenza (LC): Proprietà dei materiali Il prelievo di materiale per le prove di laboratorio deve essere condotto in modo da bilanciare le esigenze di significatività dei risultati e l esigenza di non invasività del campionamento Il campione prelevato deve essere il più possibile indisturbato per essere effettivamente rappresentativo della situazione in situ

40 Livello di conoscenza (LC): Proprietà dei materiali Le finalità di queste prove possono essere molteplici. Possono interessare: La caratterizzazione dei materiali da un punto di vista chimico, fisico / meccanico L individuazione dell origine stessa del materiale, per impiegarne di simili nell intervento di riparazione La conoscenza della composizione della muratura La misura del degrado, della durabilità, della resistenza ad agenti aggressivi di nuovi materiali da impiegare nel restauro

41 Livello di conoscenza (LC): Proprietà dei materiali Data la difficoltà di campionamento di prismi di muratura di dimensioni significative, generalmente il prelievo interessa solo singoli elementi (malta, pietre o mattoni) o assemblaggi di limitate dimensioni Prelievo di mattoni, pietre e malte La metodologia di campionamento dipende direttamente dalle caratteristiche del singolo materiale

42 Livello di conoscenza (LC): Proprietà dei materiali Prelievo di mattoni, pietre e malte In linea generale, possono essere espressi alcuni principi guida: 1. il prelievo deve essere condotto nel rispetto dell integrità dell edificio 2. la quantità di materiale prelevato deve essere compatibile con lo scopo della prova e le richieste in termini di affidabilità della tecnica sperimentale 3. se il fine delle prove è la caratterizzazione e la verifica dell estensione del danno, il prelievo di materiale deve essere effettuato su diverse parti dell edificio; in questo modo è possibile individuare l eventuale presenza di vari tipi di degrado

43 Livello di conoscenza (LC): Proprietà dei materiali Prelievo di mattoni, pietre e malte 3. il campionamento deve riguardare porzioni dell edificio non soggette all azione della pioggia o a precedenti riparazioni, specialmente se il fine dell indagine è la caratterizzazione dei leganti e degli aggregati delle malte 4. il numero di campioni deve essere sufficientemente alto, perché il risultato sia statisticamente significativo e rappresentativo della condizione della muratura

44 Livello di conoscenza (LC): Proprietà dei materiali Prove sulle malte Attualmente non esistono prove standardizzate per la definizione della composizione, delle caratteristiche chimico-fisico e meccaniche di malte prelevate da edifici esistenti Spesso è molto difficile prelevare campioni di dimensioni sufficienti per l esecuzione di prove meccaniche; quindi, le uniche informazioni attendibili, riguardano la composizione della malta e lo stato di degrado Le analisi chimiche e petrografiche, meno costose di altri tipi di prove, possono individuare il tipo di legante e di aggregato, il rapporto legante aggregato, il grado e l estensione della carbonatazione, la presenza di reazioni chimiche e di sostanze di nuova formazione (reazioni pozzolaniche, reazioni tra aggregati e leganti, reazioni alcaliaggregati ecc.)

45 Livello di conoscenza (LC): Proprietà dei materiali Prove sulle malte 1. Inesistenza di prove standardizzate per le caratteristiche chimico-fisico e meccaniche 2. Difficoltà di prelevare campioni di dimensioni sufficienti per la caratterizzazione meccanica 3. Acquisizione di informazioni relativamente a composizione della malta e stato del degrado

46 Livello di conoscenza (LC): Proprietà dei materiali PROVE SULLE MALTE Analisi chimiche e petrografiche Tipo di legante e di aggregato Rapporto legante/aggregato Grado ed estensione della carbonatazione; Presenza di reazioni chimiche e di sostanze di nuova formazione (reazionipozzolaniche, reazioni tra aggregati e leganti, reazioni alcali -aggregati ecc.) Trattamenti termici o chimici, Metodi ottici Separazione inerti/legante per la valutazione della granulometria Realizzazione di campioni

47 Livello di conoscenza (LC): Proprietà dei materiali PROVE SULLE MALTE La granulometria e la distribuzione degli aggregati può essere misurata attraverso la separazione degli aggregati stessi dal legante (trattamenti termici o chimici o con metodi ottici) La conoscenza della composizione di una malta anche se non esatta al 100% permette la riproduzione di malte 100 o miscele da iniezione 80 con caratteristiche simili a quelle originarie o 60 comunque compatibili, 40 da usare in eventuali 20 operazioni di riparazione 0 % cumulativa Passsante Setaccio Passante mm % Luce netta del setaccio

48 Livello di conoscenza (LC): Proprietà dei materiali PROVE SULLE MALTE: Riconoscimento dei Sali solubili Il riconoscimento dei sali può fornire indicazioni sulle cause di degrado ed accertare la loro presenza contribuisce a determinare lo stato di conservazione della muratura. Le analisi chimiche sono rivolte a verificare la presenza di: 1. Solfati. Disciolti nei leganti, sono altamente dannosi perché fortemente solubili, quindi facilmente trasportabili nella muratura, e cristallizzano innescano il meccanismo di sfogliamento 2. Nitrati. Derivano dalla decomposizione di sostanze organiche e indicano spesso la risalita di acqua inquinata nelle pareti 3. Alogenuri. Presenti nelle antiche murature sono legati a fenomeni di migrazione di Sali

49 Livello di conoscenza (LC): Proprietà dei materiali PROVE SULLE MALTE ATTREZZATURA DI PROVA MODALITÀ DI PROVA DIMENSIONE PROVINI Banco a fatica servoassistito Trasduttori di spostamento induttivi C-F tra le piastre, G-J sui lati Ciclica a carico imposto. Velocità di prova: valore di rottura in minuti 40x40x100mm

50 Livello di conoscenza (LC): Proprietà dei materiali PROVE SULLE MALTE: Analisi chimiche perdita al fuoco 13.7 Fe 2 O Residuo insolubile CO CaO Na 2 O 1.17 SiO MgO 1.61 K 2 O 1.3 Al2O 3 + Fe2O SO Sil.Sol 0.38 Rapporto legante/aggregato Gardo Carbonatazione

51 Livello di conoscenza (LC): Proprietà dei materiali PROVE SU PIETRE E MATTONI Prove Chimiche Prove per l individuazione di solfati alcalini Analisi ottiche e mineralogiche Osservazioni ottiche (stereomicroscopio, SEM) Osservazioni petrografichesu sezione sottile Prove di Durabilità Prove di gelo e disgelo Prove di cristallizzazione salina

52 Livello di conoscenza (LC): Proprietà dei materiali PROVE SU PIETRE E MATTONI Prove Meccaniche Prove di compressione e di trazione indiretta Prove di durezza superficiale Prove Fisiche Misura del peso specifico Misura dell assorbimento d acqua per immersione totale o per risalita capillare Diffrattometria a raggi X Porosimetria a mercurio Misura dei coefficienti di espansione termica e in acqua

53 Livello di conoscenza (LC): Proprietà dei materiali PROVE SU PIETRE E MATTONI ATTREZZATURA DI PROVA Banco a fatica servoassistito B cella di carico, C trasduttore Trasduttori di spostamento induttivi F-I tra le piastre, J-M sui lati Estensometri D-E sui lati MODALITÀ DI PROVA DIMENSIONE PROVINI Monotona (controllo di spostamento) 40x40x120 (3 cubi sovrapposti)

54 Livello di conoscenza (LC): Proprietà dei materiali PROVE SU PIETRE E MATTONI: prova statica

55 Livello di conoscenza (LC): Proprietà dei materiali PROVE SU PARETI: prova ciclica

56 Livello di conoscenza (LC): Proprietà dei materiali PROVE SU PARETI: prova ciclica

57 Livello di conoscenza (LC): Proprietà dei materiali PROVE SU PARETI: prova di compressione diagonale

58 Livello di conoscenza (LC): Proprietà dei materiali PROVE DISTRUTTIVE IN SITU: prove su pannelli Adottate sia per la compressione che per il taglio, vengono realizzate in sito isolando il campione con dei tagli verticali per eliminare il confinamento laterale ed applicando il carico attraverso una struttura di contrasto Per l esecuzione delle prove distruttive a taglio secondo tale procedura, possono efficacemente utilizzarsi gli stipiti delle aperture come superficie sulle quali applicare l attrezzatura di contrasto

59 Livello di conoscenza (LC): Proprietà dei materiali PROVE DISTRUTTIVE IN SITU: prove su pannelli Isolamento di una striscia di muro con due tagli verticali e messa in carico mediante martinetto nella zona centrale della parete Strumentazione della parete secondo le due diagonali dei due semipannelli individuati dalla retta di applicazione del carico Lo schema della prova è del tipo beam test e corrisponde all applicazione di un carico di compressione diagonale sui due semipannelli

60 Livello di conoscenza (LC): Proprietà dei materiali PROVE DISTRUTTIVE IN SITU: prove su pannelli La prova è effettuata in presenza della compressione esistente nella parete per effetto dei carichi ad essa sovrastanti Nei casi in cui questi si rivelino insufficienti, il carico di compressione viene fornito mediante mezzi e modalità simili allo svolgimento della prova di compressione diretta

61 Livello di conoscenza (LC): Proprietà dei materiali PROVE DISTRUTTIVE IN SITU: prove su pannelli Isolamento di pannelli di forma circa quadrata per fare prove di compressione diagonale