Lorenzo Jurina DIS - Dipartimento di Ingegneria Strutturale Politecnico di Milano

Transcript

1 RIABILITAZIONE DEL COSTRUITO E ADEGUAMENTO SISMICO Interventi di consolidamento statico e sismico di edifici in muratura Varese, 8 Aprile 2011 Lorenzo Jurina DIS - Dipartimento di Ingegneria Strutturale Politecnico di Milano Individuazione dei possibili meccanismi di collasso della struttura sottoposta a carichi verticali ed orizzontali: l organismo edilizio può essere scomposto in porzioni elementari e dunque l analisi dell edificio risulta semplificata. 56

2 Nei cinematismi di collasso i solidi murari sono assimilabili a corpi rigidi. La formazione di un numero sufficiente di cerniere plastiche porta la struttura al collasso. 57

3 Il Duomo di CREMONA ( XII secolo) Duomo di Cremona L analisi strutturale del Duomo di Cremona è stata condotta mediante un modello F.E.M. E stata ricercata la modellazione che meglio rappresentasse il comportamento meccanico della struttura Duomo di Cremona 58

4 INCASTRO CEDEVOLE INCASTRO INCASTRO CEDEVOLE La prima rappresentazione a telaio piano descrive il comportamento meccanico di una fetta rappresentativa della sezione principale della navata principale del Duomo Tale rappresentazione si è verificata inadeguata a rappresentare il comportamento della struttura complessiva Duomo di Cremona Si è passati dunque ad un modello F.E.M. tridimensionale capace di: -Rappresentare adeguatamente lo stato di fatto della struttura -Individuare l incremento della resistenza delle strutture ai carichi verticali e sismici in seguito agli interventi di consolidamento Duomo di Cremona 59

5 DIREZIONE SISMA Andamento del momento flettente della struttura soggetta ad azione sismica Duomo di Cremona RISULTATI: ECCESSIVA SPINTA DEGLI ARCHI DELLA NAVATA CENTRALE CHE INDUCE FORTE SOLLECITAZIONI ALLA BASE DELLE COLONNE SCARSA RESISTENZA A SOLLECITAZIONI ORIZZONTALI ELEVATE SOLLECITAZIONI NEI COSTOLONI DELLE VOLTE DELLA NAVATA CENTRALE IL DUOMO SOFFRE E NECESSARIO UN INTERVENTO DI CONSOLIDAMENTO Duomo di Cremona 60

6 RIMEDI PROPOSTI: ECCESSIVA SPINTA DEGLI ARCHI DELLA NAVATA CENTRALE CHE INDUCE FORTE SOLLECITAZIONI ALLA BASE DELLE COLONNE SOLUZIONE: PUNTELLO ALLE IMPOSTE (non potendo inserire una catena alle imposte ) SCARSA RESISTENZA A SOLLECITAZIONI ORIZZONTALI SOLUZIONE: TRAVE TRALICCIO (matronei) + FALDE DIAFRAMMA (coperture) ELEVATE SOLLECITAZIONI NEI COSTOLONI DELLE VOLTE DELLA NAVATA CENTRALE E NAVATE LATERALI SOLUZIONE: ARCO ARMATO E GRAFFETTE Duomo di Cremona FALDE DIAFRAMMA PUNTELLO ARCO ARMATO TRALICCIO E GRAFFETTE (Progetto Jurina 2009) Duomo di Cremona 61

7 Arco armato Una interessante estensione del metodo dell arco armato prevede di prolungare la fune fino alle estremità dei piedritti. L uso di un puntone telescopico ubicato alla quota delle imposte consente di contrastare la spinta orizzontale dell arco. Duomo di Cremona Le cupole delle navate laterali vengono consolidate mediante l inserimento di graffette e di una travatura reticolare orizzontale con funzione di irrigidimento e mutuo collegamento delle strutture in elevazione del corpo di fabbrica Duomo di Cremona 62

8 Duomo di Cremona Ponteggi esterni e ponteggi interni Duomo di Cremona 63

9 Ponteggi nei matronei Duomo di Cremona Realizzazione di ancoraggi continui perimetrali per tensostruttura piana di controventamento ( a pesce ) Duomo di Cremona 64

10 Il consolidamento dei transetti mediante funi disposte a pesce Duomo di Cremona Iniezioni a bassa pressione di leganti a base idraulica in presenza di tessuti murari disgregati, previa stilatura dei giunti Duomo di Cremona 65

11 di Vigevano hanno subito L obiettivo dell intervento di consolidamento: era quello di restituire MONOLITICITA all edificio Le strutture portanti del Castello trasformazioni importanti nei secoli. Il consolidamento strutturale al piano terra e al piano primo è stato realizzato mediante tirantature a pavimento ; le catene di collegamento garantiscono un miglioramento sismico (progetto Jurina 2007) Castello di Vigevano 66 Castello di Vigevano

12 Il sistema di tirantature di piano è stato inserito anche agli altri orizzontamenti Consolidamento delle capriate lignee mediante cavi in acciaio (Il sistema ha anche funzione di controventamento ai carichi orizzontali) Castello di Vigevano 67 Castello di Vigevano

13 Soluzioni di controventamento delle coperture Analisi F.E.M. di capriate semplici soggette a carico orizzontale Nessun controvento Con controvento Palazzo Ducale-Mantova Ulteriori soluzioni di controventamento delle coperture Analisi F.E.M. di capriate alla palladiana soggette a carico orizzontale Nessun controvento Con controvento Palazzo Ducale-Mantova 68

14 PALAZZO DELLA RAGIONE Milano (progetto Dezzi Bardeschi e Jurina, 1978) Il palazzo della Ragione- Milano Spostamenti massimi: 6 cm 4 cm 3 cm Il palazzo della Ragione- Milano 69

15 Concorso per il consolidamento dell Arsenale repubblicano PISA (progetto Jurina 2011) Cittadella di Pisa Il progetto originario prevedeva la realizzazione di micropali passanti nei pilastri e lunghe barre di ancoraggio inserite nella porzione esistente del pilastro in muratura Cittadella di Pisa 70

16 Alcune sezioni della progetto originario Cittadella di Pisa La proposta La tecnica dell arco armato applicata agli archi dell Arsenale Repubblicano di Pisa consente di incrementare la resistenza ai carichi orizzontali, migliorando il comportamento globale della struttura (progetto Jurina 2011) Cittadella di Pisa 71

17 Il rapporto tra il moltiplicatore del carico µ ottenuto dall applicazione del teorema cinematico e il tiro del cavo N è lineare Cittadella di Pisa Render 3D del sistema di consolidamento mediante arco armato Cittadella di Pisa 72

18 Cittadella di Pisa Cittadella di Pisa 73

19 Le campagne di sperimentazione dell arco armato (Jurina + Cultreri e Savoldelli 1997) Le campagne di sperimentazione dell arco armato (Jurina + Giglio 2009) 74

20 Le campagne di sperimentazione dell arco armato Le campagne di sperimentazione dell arco armato Cinematismo di collasso di un arco soggetto a carico verticale 75

21 Le campagne di sperimentazione dell arco armato Cinematismo di collasso di un arco gotico soggetto a carico verticale Le campagne di sperimentazione dell arco armato Cinematismo di collasso di un arco soggetto a carico orizzontale (Jurina + Bonfigliuoli 2011) 76

22 Le campagne di sperimentazione dell arco armato Cinematismo di collasso di un arco soggetto a carico orizzontale Le campagne di sperimentazione dell arco armato 77

23 La scarsa rigidezza dei solai in latero-cemento (causa locale) cui si sommano i cedimenti delle fondazioni (causa globale) hanno provocato il dissesto dei solai (Progetto Jurina 2006) Scuola G. Dezza- Melegnano La soluzione Piano primo: realizzazione di un graticcio in profili metallici a sostegno dei travetti in latero-cemento I campi rettangolari sono stati controventati con piatti metallici diagonali Scuola G. Dezza- Melegnano 78

24 L intervento consente un incremento della portata verticale dei solai e fornisce una adeguata rigidezza nel piano orizzontale alle azioni sismiche: si tratta di un edificio strategico ad ali lunghe a cui è restituito un comportamento scatolare Scuola G. Dezza- Melegnano Scuola G. Dezza- Melegnano 79

25 Scuola G. Dezza- Melegnano Anche in copertura, per contrastare i carichi orizzontali sismici è stata creata una struttura di controvento con cavi in acciaio Scuola G. Dezza- Melegnano 80

26 Scuola G. Dezza- Melegnano Scuola G. Dezza- Melegnano 81

27 Una tecnologia innovativa per il consolidamento di solai lignei: il sistema JPCT (Jurina-Peter Cox-Tecnochem) Il sistema consiste in un traliccio metallico chiodato al travetto ligneo ed una gettata di calcestruzzo autolivellante fibrorinforzato di spessore 3,5 cm Sono state condotte prove sperimentali a flessione e taglio a scala 1:1 82

28 A collasso per carico verticale si è verificata la rottura del travetto ligneo mentre la cappa in calcestruzzo fibrorinforzato non si è fessurata. Si è riscontrata una ottima resistenza alle forze di tipo sismico, agenti nel piano dell orizzontamento Un esempio di consolidamento di solaio ligneo con il sistema JPCT in un edificio in via Dante a Milano (progetto Jurina 2010) 83

29 Un ulteriore caso di verifica sismica: il Nuovo Ospedale San Gerardo di Monza A.O. S. Gerardo - Monza Nel modello F.E.M. preliminare è stata condotta un analisi sismica considerando separati ed indipendenti i singoli blocchi che compongo l edificio. A.O. S. Gerardo - Monza 84

30 NESSUN COLLEGAMENTO 2 COLLEGAMENTI A META E IN SOMMITA 1 SOLO COLLEGAMENTO IN SOMMITA COLLEGAMENTI A TUTTI I PIANI Un modello più verosimile tiene conto di mutui collegamenti esistenti oppure inseriti a diversi piani tra i 7 blocchi rappresentativi dell intero edificio. Il collegamento tra le sub-unità si è rivelato efficace in termini di riduzione delle azioni interne (i blocchi più rigidi e resistenti aiutano i più deformabili e deboli) A.O. S. Gerardo - Monza I risultati dimostrano che le 3 sub-unità più rigide ( i diamanti ) collaborano al buon comportamento di insieme dell intero edificio (Proposta Jurina-Benedetti-Castellani 2010) A.O. S. Gerardo - Monza 85

31 A.O. S. Gerardo - Monza Schema di alcune possibili soluzioni di collegamento tra edifici attigui: intradossale, estradossale e interno A.O. S. Gerardo - Monza 86

32 L introduzione di nuovi corpi ascensore contribuisce a migliorare la risposta sismica dell edificio A.O. S. Gerardo - Monza La riduzione del numero di piani con una demolizione controllata (ad Ospedale funzionante) comporta una significativa riduzione delle azioni interne e rappresenta una interessante alternativa. (Per maggiori dettagli si consulti ) A.O. S. Gerardo - Monza 87