VULNERABILITA E NORMATIVA SISMICA

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1 La Progettazione delle Strutture in Muratura: Antisismica, Progettodel Nuovoe Recupero dell Antico» VULNERABILITA E NORMATIVA SISMICA MESSINA E REGGIO CALABRIA 1908 MARSICA 1915 NORME SISMICHE DI PRIMA GENERAZIONE 8 Maggio 2015 Lombriasco(TO) BELLICE 1968 Le strutturein muraturae la progettazione del recupero FRIULI 1976» VULNERABILITA E NORMATIVA SISMICA IRPINIA 1980» VULNERABILITA E NORMATIVA SISMICA UMBRIA E MARCHE 1997 NORME SISMICHE VIGENTI NORME SISMICHE DI SECONDA GENERAZIONE (D.M. del 2 luglio 1981) Contestualmente alla riparazione è fatto obbligo adeguare la costruzione al livello di sicurezza richiesto per le nuove strutture. MOLISE

2 » NORMATIVA SISMICA VIGENTE NORME TECNICHE PER LE COSTRUZIONI APPROVATE CON DECRETO MINISTERIALE DEL 14 GENNAIO "Approvazione delle nuove norme tecniche per le costruzioni. CIRCOLARE N. 617 DEL 02 FEBBRAIO Istruzioni per l applicazione delle Norme tecniche per le costruzioni STRUTTURE ORDINARIE DECRETO LEGISLATIVO N. 42 DEL 22 GENNAIO Codice dei beni culturali e del paesaggio, ai sensi dell articolo 10 della legge 06 luglio 2002 DIRETTIVA DEL PRESIDENTE DEL CONSIGLIO DEI MINISTRI DEL 09 FEBBRAIO Valutazione e riduzione del rischio sismico del patrimonio culturale con riferimento alle Norme tecniche per le costruzioni di cui al decreti del Ministero delle infrastrutture e dei trasporti del 14 gennaio 2008 BENI TUTELATI» STRUTTURE ORDINARIE vs. BENI TUTELATI Stati limite di riferimento SLD, SLV (strutture ordinarie) SLD, SLV, SLA (beni tutelati) Valutazioni della sicurezza sismica Meccanismi locali e meccanismi d insieme (strutture ordinarie) LV1, LV2, LV3 (beni tutelati) Tipologia di interventi permessi Riparazione e recupero, miglioramento, adeguamento (strutture ordinarie) Riparazione e recupero, miglioramento (beni tutelati)» CLASSIFICAZIONE DEGLI INTERVENTI INTERVENTI DI RIPARAZIONE O RIPRISTINO (NTC ) Insieme di opere riguardanti singole parti e/o elementi della strutture finalizzati a riportare la sicurezza al livello antecedente il danno. Tali interventi non devono alterare la distribuzione dei carichi e il comportamento di insieme della struttura. STRUTTURE ORDINARIE/ BENI TUTELATI INTERVENTI DI MIGLIORAMENTO (NTC ) Insieme di opere atte a conseguire un maggiore grado di sicurezza nei confronti della azione sismica senza modificare sostanzialmente il comportamento globale dell edificio. Il livello di sicurezza raggiunto può essere inferiore di quello richiesto alle nuove costruzioni. STRUTTURE ORDINARIE/ BENI TUTELATI» VULNERABILITA E NORMATIVA SISMICA ABRUZZO 2009 EMILIA ROMAGNA 2012 INTERVENTI DI ADEGUAMENTO (NTC ) Insieme di opere finalizzate a conseguire i livelli di sicurezza previsti per le nuove costruzioni. Tali interventi sono obbligatori solo in occasione di variazioni sostanziali dell organismo edilizio, inerenti sia agli aspetti strutturali sia alle destinazioni d uso. STRUTTURE ORDINARIE 2

3 » PROGETTAZIONE DEL RECUPERO 1. Conoscenza del manufatto 2. Individuazione delle carenze strutturali, delle vulnerabilità e dei possibili meccanismi di collasso locale 3. Valutazione della sicurezza sismica nei confronti dei meccanismi locali 4. Progetto e verifica degli interventi volti a eliminare le carenze in termini di dettagli costruttivi 5. Valutazione della sicurezza sismica nei confronti dei meccanismi d insieme 6. Progetto e verifica degli interventi volti a incrementare le resistenze dei materiali» PROGETTAZIONE DEL RECUPERO -NTC La sicurezza della costruzione deve essere valutata nei confronti di entrambi i tipi di meccanismo. - Circolare C Per la valutazione degli edifici esistenti, oltre all analisi sismica globale, da effettuarsi con i metodi previsti dalle norme di progetto per le nuove costruzioni, è da considerarsi anche l analisi dei meccanismi locali. Quando la costruzione non manifesta un chiaro comportamento d insieme, ma piuttosto tende a reagire al sisma come un insieme di sottosistemi (meccanismi locali), la verifica su un modello globale non ha rispondenza rispetto al suo effettivo comportamento sismico.» CONOSCENZA DEL MANUFATTO (1)» CONOSCENZA DEL MANUFATTO (1) La conoscenza del manufatto è fondamentale per una corretta individuazione del sistema strutturale esistente e del suo stato di sollecitazione. Al fine di considerare le incertezza di conoscenza le NTC introducono i Livelli 1- Rilievo geometrico 2- Rilievo stato fessurativo di Conoscenza (LC) ai quali sono legati i Fattori di Confidenza ( FC), riduttivi delle resistenze meccaniche dei materiali. 3- Dettagli costruttivi 4 - Caratterizzazione materiali NTC 2008 DIRETTIVA Geometria Dettagli costruttivi Proprietàdei materiali Livellodi conoscenza Rilievo strutturale Verifiche in situ limitate Indagini in situ limitate LC Rilievo strutturale Verifiche in situ limitate Indagini in situ estese LC Rilievo strutturale Verifiche in situ estese ed esaustive -Rilievo geometrico - Identificazione delle specificità storiche e costruttive della fabbrica - Proprietà meccanica dei materiali - Terreno di fondazione FC Indagini in situ esaustive LC

4 » CONOSCENZA DEL MANUFATTO (1) Dal livello di conoscenza, in funzione della tipologia muraria, si definiscono i valori medi dei parametri meccanici(circolare C8A.1.A.4) LC1 LC2 LC3 R R Coefficienti correttivi ( C8A.2) + Coefficienti di sicurezza -> caratteristiche meccaniche di progetto dei materiali 1 Dettagli costruttivi da esaminare con accortezza: - qualità del collegamento tra pareti verticali; 2 - qualità dei collegamenti tra solai e pareti ed eventuale presenza di cordolo; - esistenza di architravi dotati di resistenza flessionale 3 sopra le aperture; - presenza di elementi spingenti e di eventuali elementi atti ad eliminare le spinte; - presenza di elementi non strutturali ad elevata 4 vulnerabilità RIBALTAMENTO SEMPLICE Condizioni di vincolo della parete interessata dal meccanismo: assenza di vincolo in sommità; assenza di collegamento con le murature ortogonali. Carenze e vulnerabilità associate al meccanismo: assenza di cordoli e catene ai piani; orizzontamenti mal collegati alle pareti perimetrali; intersezioni murarie di cattiva qualità; presenza di spinte. Sintomi che manifestano l avvenuta attivazione del meccanismo: lesioni verticali in corrispondenza delle intersezioni murarie; fuori piombo della parete ribaltante. RIBALTAMENTO COMPOSTO Condizioni di vincolo della parete interessata dal meccanismo: assenza di vincolo in sommità; efficacia di collegamento con le murature ortogonali. Carenze e vulnerabilità associate al meccanismo: orizzontamenti mal collegati alle pareti perimetrali; intersezioni murarie di cattiva qualità; presenza di spinte; murature con ridotte proprietà meccaniche; aperture localizzate in prossimità delle intersezioni murarie. Sintomi che manifestano l avvenuta attivazione del meccanismo: lesioni diagonali sulle pareti di controvento; fuori piombo della parete ribaltante. 4

5 FLESSIONE VERTICALE Condizioni di vincolo della parete interessata dal meccanismo: trattenimento efficace in testa alla parete; carenza di collegamenti in direzione ortogonale. Carenze e vulnerabilità associate al meccanismo: snellezza eccessiva delle pareti; spinte orizzontali localizzate; orizzontamenti intermedi mal collegati. Sintomi che manifestano l avvenuta attivazione del meccanismo: sganciamenti e fuori piombo della parete; lezioni orizzontali e verticali. FLESSIONE ORIZZONTALE Condizione di vincolo della parete interessata dal meccanismo: efficace collegamento alle pareti ortogonali; assenza di vincolo in sommità. Carenze e vulnerabilità associate al meccanismo: solaio di copertura mal collegato alla muratura; presenza di coperture spingenti; presenza di nicchi, canne fumarie ricavate nello spessore del muro; muri di spina distanti. Sintomi che manifestano l avvenuta attivazione del meccanismo: lesioni verticali ed oblique e rigonfiamenti; sfilamento delle travi del tetto. RIBALTAMENTO DEL CANTONALE MARTELLAMENTO DELLE TRAVI MARTELLAMENTO DEI SOLAI E COPERTURE IN LATEROCEMENTO La sostituzione dei tetti e dei solai in legno con elementi in laterocemento, ovvero l irrigidimento delle strutture orizzontali, non ha prodotto l atteso miglioramento del comportamento strutturale(effetti del D.M. del 2 luglio 1981) 5

6 » VALUTAZIONE SICUREZZA MECC. LOCALE (3) - Circolare C8A.4 - Le verifiche con riferimento ai meccanismi locali di danno e collasso (nel piano e fuori piano) possono essere svolti tramite l analisi limite dell equilibrio, secondo l approccio cinematico, che si basa sulla scelta del meccanismo di collasso e la valutazione dell azione orizzontale che attiva tale cinematismo. step 1 α 1 step 2 α 1 step END α 0 Moltiplicatore orizzontale dei carichi» VALUTAZIONE SICUREZZA MECC. LOCALE (3) VERIFICA DELLO S.L.D. verifica riguarda un elemento isolato o una porzione della costruzione appoggiata a terra; a 0 a g (Pv R ) S verifica di una porzione della costruzione posta ad una certa quota ( si tiene in conto che l accelerazione assoluta alla quota della porzione di edificio interessata dal cinematismo è in genere amplifica rispetto alla quota del terreno) a 0 a g (T 1 ) ψ(z) γ α 0 NORME a 0 VERIFICA DELLO S.L.V. 1) Verifica semplificata con il fattore di struttura q a 0 a g (Pv R ) S *(1/q) a 0 a g (T 1 ) ψ(z) γ *(1/q) 2) Verifica mediante spettro di capacità Viene effettuato un confronto tra la capacità si spostamento ultimo del meccanismo locale e la domanda di spostamento ottenuta dallo spettro di spostamento.» VALUTAZIONE SICUREZZA MECC. LOCALE (3) Verifica mediante spettro di capacità Consente di tenere in conto la risposta in fase non lineare della muratura. Tale capacità è stata evidenziata dall analisi dei danni e da prove sperimentali.» VALUTAZIONE SICUREZZA MECC. LOCALE (3) Esempio: calcolo di a 0 relativamente al meccanismo di ribaltamento semplice Metodo dell equilibrio alla rotazione (1) Calcolati il momento stabilizzante e ribaltante attorno al punto di rotazione: H αp M R = αp (H / 2) M S = P (B / 2) Rappresentazione come SDOF equivalente Capacità in termini di spostamento Controllo di altre condizioni limite locali (sfilamento di travi, ecc.) CURVA DI CAPACITA P B eguagliandoli: M R = M S α 0 = B / H 6

7 » VALUTAZIONE SICUREZZA MECC. LOCALE (3) Esempio: calcolo di a 0 relativamente al meccanismo di ribaltamento semplice H αp Metodo del P.L.V. (2) Determinati gli spostamenti dei punti di applicazione delle forze: dx = φ H/2 (spostamento verso dx) dy = φ B/2 (spostamento verso l alto)» VALUTAZIONE SICUREZZA MECC. LOCALE (3) Esempio: calcolo di a 0 relativamente al meccanismo di ribaltamento semplice ACCELERAZIONE SPETTRALE DI ATTIVAZIONE DEL MECCANISMO n + m è il numero delle forze peso applicate le cui masse, per effetto dell azione sismica generano forze orizzontali sugli elementi della catena cinematica; FC è il fattore di confidenza M * è la massa partecipante al cinematismo; P B eguagliando il lavoro esterno quello interno L est = Lint = - PφB/2+αPφH/2=0 α 0 = B /H δ x,i è lo spostamento virtuale orizzontale del punto di applicazione dell i-esimo peso P,i» PROGETTO E VERIFICA DEGLI INTERVENTI (4) Tiranti e catene (collegamenti#1) Metallici o di altri materiali, disposti nelle due direzioni principali del fabbricato, a livello dei solai ed in corrispondenza delle pareti portanti, ancorati alle murature mediante capochiave (a paletto o a piastra).» PROGETTO E VERIFICA DEGLI INTERVENTI (4) Cerchiature esterne (collegamenti#2) Realizzate con elementi metallici o materiali compositi, allo scopo di chiudere la scatola muraria. Tale intervento può risultare efficace nel caso di edifici di dimensioni ridotte,dove i tratti rettilinei della cerchiatura non sono troppo estesi, o quando vengono realizzati ancoraggi in corrispondenza dei martelli murari. È necessario evitare l insorgere di concentrazioni di tensioni in corrispondenza degli spigoli delle murature, ad esempio con opportune piastre di ripartizione. 7

8 » PROGETTO E VERIFICA DEGLI INTERVENTI (4) Perforazioni armate (collegamenti #3) Deve essere limitato ai casi in cui non siano percorribili le altre soluzioni proposte, per la notevole invasività di tali elementi e la dubbia efficacia, specie in presenza di muratura a più paramenti scollegati. Vengono eseguiti dei perfori nelle murature da ricucire di mm di diametro ove vengono inserite delle barre sigillate e rese solidali con malte leggermente espansive.» PROGETTO E VERIFICA DEGLI INTERVENTI (4) Cordoli sommitali (collegamenti #4) Possono essere realizzati in: (1) muratura armata (2) cemento armato (3) acciaio Costituiscono una soluzione efficace per collegare le pareti, in una zona dove la muratura è meno coesa a causa del limitato livello di compressione, e per migliorare l interazione con la copertura; va invece evitata l esecuzione di cordolature ai livelli intermedi, eseguite nello spessore della parete (specie se di muratura in pietrame), dati gli effetti negativi che le aperture in breccia producono nella distribuzione delle sollecitazioni sui paramenti.» PROGETTO E VERIFICA DEGLI INTERVENTI (4) Ancoraggi dei solai ai muri (collegamenti#5) I collegamenti tra solai e pareti possono essere effettuati in posizioni puntuali, eseguiti ad esempio in carotaggi all interno delle pareti (attenzione a non produrre un disturbo eccessivo ed il danneggiamento della muratura). Le teste di travi lignee possono essere ancorate alla muratura tramite elementi, metallici o in altro materiale resistente a trazione, ancorati sul paramento opposto. Cuci - scusi(collegamenti #6) Finalizzata al ripristino della continuità muraria lungo le linee di fessurazione ed al risanamento di porzioni di muratura gravemente deteriorate. Si consiglia di utilizzare materiali simili a quelli originari per forma, dimensioni, rigidezza e resistenza, collegando i nuovi elementi alla muratura esistente con adeguate ammorsature nel piano del paramento murario e se possibile anche trasversalmente al paramento stesso, in modo da conseguire la massima omogeneità e monoliticità della parete riparata. 8

9 » PROGETTO E VERIFICA DEGLI INTERVENTI (4) Verifica dell intervento Ri-determinazione dei possibili meccanismi locali alla luce degli interventi ipotizzati. ESEMPIO 1 La fase della modellazione strutturale è di fondamentale importanza poiché bisogna cogliere e schematizzare quella che è la situazione più vicina alla realtà, soprattutto per quello che concerne la distribuzione delle masse e la distribuzione delle rigidezze. ESEMPIO 2 Calcolo delle accelerazioni dei meccanismi di collasso individuati e confronto con i valori attesi al sito relativamente a SLD e SLV. STRUTTURA REALE INDIVIDUAZIONE DI NODI, MASCHI E FASCE In funzione della rigidezza delle fasce di piano si determina un modello semplificato della strutture esistente. Se i diaframmi orizzontali sono sufficientemente rigidi, il modello della struttura si semplifica notevolmente. In questo caso infatti è possibile determinare per ogni telaio in muratura un telaio equivalente con off-set rigidi. (A) (B) (C) (A) MODELLO A TELAIO : fascia di piano o solai con rigidezza flessionale (B) MODELLI A MENSOLA INDIPENDENTI : fascia di piano inconsistenti : (C) MODELLI A MENSOLE O A BIELLE: solai deformabili o fascia di piano con catene. TELAIO EQUIVALENTE CON OFF-SET METODO DI CALCOLO DEGLI OFF-SET RIGIDI 9

10 Le analisi (lineari o non lineari) devono essere eseguite di un modello tridimensionale fatta eccezione nel caso di edifici regolari in pianta. In questo caso le norme consentono di utilizzare modelli bidimensionali. 1) ANALISI STATICA LINEARE ( regolarità in pianta, T 1 < 2.5 T C oppure T 1 < T D. ) Consiste nell applicazione di forze statiche equivalenti a quelle dinamiche. 2) ANALISI DINAMICA MODALE (tutti i tipi di edifici) Consiste nel determinare i modi significativi di vibrare della costruzione, nella valutazione degli effetti di ciascun modo tramite gli spettri di progetto, e nella combinazione degli effetti) 3) ANALISI STATICA NON LINEARE ( solo casi previsti dalla normativa) Considera un comportamento elastico perfettamente plastico della muratura. La verifica viene effettuata confrontando la deformabilità della struttura (valutata in termini di spostamento del punto di controllo posto in sommità alla struttura) con il la richiesta di deformazione per il sito. 4) ANALISI DINAMICA NON LINEARE ( tutti i tipi di edifici) Considera un comportamento non lineare del materiale e si conduce integrando le equazioni del moto con forzante costituita dalle tre componenti di accelerogrammi naturali, registrati o artificiali. Rapporti geometrici dei pannelli Meccanismi per pressoflessione Lesione alla base del lato in trazione Rottura dello spigolo in compressione 10

11 Meccanismi per taglio LESIONE CONTINUA DEI GIUNTI PRINCIPALI qualità della malta e del mattone tipo di tessitura della muratura entità del carico verticale rapporto di snellezza H/D LESIONE PASSANTE TRA GIUNTI E BLOCCHI LESIONE A SCALETTA TRA GIUNTI E BLOCCHI LESIONE CONTINUA LESIONE A SCALETTA LESIONE PASSANTE τ u /f u τ u /f u H/D=0.6 p/f u H/D =1.2 p/f u Ridurre la deformabilità dei solai lignei (#1) Fissaggio di un secondo tavolato ligneo su quello esistente, disposto con andamento ortogonale o inclinato, ponendo particolare attenzione ai collegamenti con i muri laterali τ u /f u H/D=2.0 Rottura per flessione Fessurazione diagonale Soletta collaborante in c.a Scorrimento diagonale Rinforzi con bandelle metalliche, o di p/f u Scorrimento orizzontale materiali compositi, fissate al tavolato con andamento incrociato. 11

12 Tirantini antiespulsivi (qualità murarie #2) Questo tipo di intervento è particolarmente indicato quando si deve intervenire su aree limitate sollecitate da forti carichi verticali. L intervento prevede la perforazione della muratura, l inserimento di barre in acciaio e l apposizione di bulloni con rondelle sui paramenti. La presollecitazione di compressione orizzontale anche se di modesta entità impedisce l espulsione di materiale ed aumenta la capacità dell elemento. Questa tecnica risulta più efficace per murature costituite da blocchi in pietra o mattoni. Ristilatura (qualità murarie #3) SCARNITURA RISTILATURA Tale intervento se effettuato in profondità su murature di spessore non elevato su entrambi i lati, può migliorare le caratteristiche meccaniche della muratura. L incremento di resistenza risulta invece contenuto nel caso di murature di medio o grosso spessore con paramenti non idoneamente collegati in direzione ortogonale (necessario effettuarlo in combinazione con altri). Particolare attenzione dovrà essere ricolta alla scelta delle malte da utilizzare. In caso di utilizzo di barre di FRP o barre in acciaio si parla di ristilatura armata. Iniezioni di malte leganti (qualità murarie #4) Intonaci armati (qualità murarie #5) Utilizzato in caso di vecchie murature che presentano elementi lapidei sconnessi, non legati da malta o con malta particolarmente degradata. Particolare attenzione alla iniettabilità della muratura (efficacia) e alla compatibilità delle malte ( durabilità). 1.Preparazione della Parete rimozione intonaco, lavaggio dei giunti, stoccatura dei giunti 2.Perfori realizzati a rotazione con maglia di 50X50 cm e di almeno 20 mm di diametro 3.Lavaggio con acqua saturare la porosità del materiale e rimuovere le parti sciolte incoerenti 4.Iniezioni queste possono avvenire per gravità o a pressione Interventi da realizzare in presenza di murature molto danneggiate o molto gravate da carichi verticali. L uso diffuso degli intonaci armati è sconsigliato in quanto comporta un incremento della massa sismica e una forte modifica delle rigidezze delle pareti. L apposizione di reti elettrosaldate sulla superficie delle pareti consente di conferire quella resistenza a trazione che la muratura non possiede. Tali reti solo bloccate mediate perfori armati.l intonaco armato è efficace solo se realizzato su entrambi i lati del paramento murario. 12

13 Placcaggio (qualità murarie #6) Il placcaggio con materiale fibrorinforzato è una tecnica relativamente nuova fa uso di materiali sintetici ad alta resistenza meccanica e può essere usato solo nel caso si abbiano pareti regolari o previa regolarizzazione di esse. Tale intervento non garantisce collegamenti trasversali e la sua efficacia è maggiore se applicato ai due paramenti murari. Grazie per l attenzione! 13