Il comportamento delle strutture in muratura sotto sisma Meccanismi di danno e Tecniche di mitigazione

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1 Il comportamento delle strutture in muratura sotto sisma Meccanismi di danno e Tecniche di mitigazione Prof. Arch. Giulio Zuccaro Università degli Studi di Napoli Federico II Centro Studi PLINIVS, Università di Napoli Federico II ) zuccaro@unina.it

2 Da Taglio della parete per azioni nel piano Da MEDEA - Manuale di Esercitazioni sul Danno Ed Agibilità, per edifici ordinari in muratura 1 Buoni ammorsamenti tra le pareti (con o senza collegamenti ai solai ai vari livelli) Muratura di scadente ualità, area resistente ridotta in una o in entrambe le direzioni (i.e per l alta percentuale di forature o per il ridotto spessore delle pareti)

3 Da Taglio della parete per azioni nel piano localizzato nella zona alta Da MEDEA - Manuale di Esercitazioni sul Danno Ed Agibilità, per edifici ordinari in muratura 2 Variazioni del sistema resistente ai livelli superiori (i.e. variazione dello spessore del pannello murario e/o presenza di muratura di ualità più scadente) Presenza di coperture pesanti

4 Da Ribaltamento dell Intera Parete Da MEDEA - Manuale di Esercitazioni sul Danno Ed Agibilità, per edifici ordinari in muratura 3 Mancanza di ammorsamenti tra pareti ortogonali e/o di catene o cordoli ai vari livelli Eccessiva distanza tra muri di controvento Copertura spingente e mancanza di connessione della parete alla copertura

5 Da Ribaltamento Parziale della Parete Da MEDEA - Manuale di Esercitazioni sul Danno Ed Agibilità, per edifici ordinari in muratura 4 Eccessiva distanza tra muri di controvento Copertura spingente e mancanza di connessione della parete alla copertura Eccessiva presenza di aperture

6 Da MEDEA - Manuale di Esercitazioni sul Danno Ed Agibilità, per edifici ordinari in muratura Da Instabilità (verticale) della parete 5 Presenza di cordoli in breccia su murature a doppio paramento Scarsa ualità della muratura, murature a sacco Presenza di orizzontamenti intermedi mal vincolati alla parete

7 Da Rottura a flessione della parete Da MEDEA - Manuale di Esercitazioni sul Danno Ed Agibilità, per edifici ordinari in muratura 6 Parete efficacemente ammorsata alle pareti ortogonali, ma priva di collegamento e cordolo in sommità Presenza di coperture con elementi trasversali spingenti

8 Da Scorrimento di piano orizzontale Da MEDEA - Manuale di Esercitazioni sul Danno Ed Agibilità, per edifici ordinari in muratura 7 Mancanza di un efficace collegamento dell orizzontamento alle pareti ad un livello Presenza di una sopraelevazione e/o di una struttura di copertura rigida e mal collegata

9 Da cedimento fondale Da MEDEA - Manuale di Esercitazioni sul Danno Ed Agibilità, per edifici ordinari in muratura 8 Fondazione inadeguata a sostenere l incremento di carico verticale dovuto al sisma Differenza di consistenza nei terreni di fondazione, presenza di fenomeni franosi o effetti di liuefazione (terreni non stabili)

10 Da irregolarità tra strutture adiacenti Da MEDEA - Manuale di Esercitazioni sul Danno Ed Agibilità, per edifici ordinari in muratura 9 Presenza di corpi aggiunti (come parte dell edificio o esterni ad esso) di differente rigidezza e/o di strutture diverse con collegamenti localizzati Presenza di piani sfalsati

11 Per sfilamento delle travi del solaio dalla parete di supporto Da MEDEA - Manuale di Esercitazioni sul Danno Ed Agibilità, per edifici ordinari in muratura 10 Pareti mal ammorsate, assenza di cordoli e/o catene Orizzontamenti di ualsiasi tipo, mal collegati alle pareti

12 Per cedimento di architravi e/o piattabande Da MEDEA - Manuale di Esercitazioni sul Danno Ed Agibilità, per edifici ordinari in muratura 11 Presenza di architravi con ridotta rigidezza flessionale o con inadeguata lunghezza di appoggio alla muratura Presenza di archi ribassati e/o piattabande con imposte inadeguate, per dimensione ridotta e/o per scarsa stabilità

13 Da irregolarità del materiale, debolezze locali, etc. Da MEDEA - Manuale di Esercitazioni sul Danno Ed Agibilità, per edifici ordinari in muratura 12 Riduzioni localizzate della sezione muraria (i.e presenza di canne fumarie, cavedi, nicchie, etc.) Discontinuità localizzate (i.e chiusura vecchie aperture, sarciture mal realizzate, etc.)

14 Da ribaltamento della parete del timpano Da MEDEA - Manuale di Esercitazioni sul Danno Ed Agibilità, per edifici ordinari in muratura 13 Scarsa connessione del timpano alle pareti ed alla copertura Presenza di trave di colmo di notevoli dimensioni

15 Da ribaltamento della parete alta del cantonale Da MEDEA - Manuale di Esercitazioni sul Danno Ed Agibilità, per edifici ordinari in muratura 14 Presenza di tetti a padiglione a travi spingenti Mancanza di connessione della parete alla copertura

16 Da ribaltamento della fascia sottotetto Da MEDEA - Manuale di Esercitazioni sul Danno Ed Agibilità, per edifici ordinari in muratura 15 Presenza di coperture a travi spingenti o di pesanti coperture in c.a., mal collegate alle pareti Presenza di aperture poste in prossimità della linea di colmo della copertura

17 Percentuali di danno per tipo di meccanismo La scheda MEDEA 1. Da Taglio della parete per azioni nel piano 2. Da Taglio della parete solo nella zona alta 3. Da Ribaltamento della Intera Parete 4. Da Ribaltamento Parziale della Parete 5. Da Instabilità (verticale) della parete 6. Da Rottura a flessione della parete 7. Da Scorrimento di piano orizzontale 8. Da cedimento fondale 9. Da irregolarità tra strutture adiacenti 10. Per sfil. delle travi dalla parete 11. Per ced. di architravi e/o piattabande 12. Da irr. del materiale, deb. locali, etc. 13. Da Rib. della Parete del Timpano 14. Da Rib. della parte alta del cantonale 15. Da Rib. della fascia sottotetto

18 d1 d2 d3 d4 1- mecc. nel piano 2- mecc. fuori dal piano 3 - altri mecc. 4- mecc. locali d1 d2 Freuenza dei meccanismi di collasso prevalenti d3 suddivisi per classi rispetto al danno globale d4 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 I meccanismi nel piano sono in generale i più freuenti e crescono in modo direttamente proporzionale al crescere del danno fino a raggiungere un massimo al danno D3 (circa del 20%); ciò dimostra la graduale entrata in gioco del meccanismo al crescere del danneggiamento fino a D3. Si osserva poi una freuenza per D4 pari circa al 9 %. Nel percorso di danneggiamento oltre D3 fino al collasso totale D5 è ragionevole pensare che si realizzino importanti dislocazioni responsabili dell insorgere di altri tipi di meccanismo significativi, diversi da uelli nel piano.

19 d1 d2 d3 d4 1- mecc. nel piano 2- mecc. fuori dal piano 3 - altri mecc. 4- mecc. locali d1 d2 d3 Freuenza dei meccanismi di collasso prevalenti suddivisi per classi rispetto al danno globale d4 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 I meccanismi fuori del piano si presentano con freuenze più basse rispetto a uelli nel piano e presentano un andamento crescente con il danno, ovvero risultano uasi assenti per danno D1 e circa pari al 6% per danno D4. I meccanismi fuori del piano, tranne casi particolari, non si presentano ai gradi bassi di danno, laddove in prima battuta insorgono meccanismi nel piano, mentre diventano più freuenti in prossimità del collasso della struttura, ovvero uando la risposta alle azioni taglianti nei maschi murari è sensibilmente compromessa.

20 d1 d2 d3 d4 1- mecc. nel piano 2- mecc. fuori dal piano 3 - altri mecc. 4- mecc. locali d1 d2 d3 d4 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 Gli altri meccanismi (i.e. da scorrimento di piano orizzontale, da cedimento fondale, da irregolarità tra strutture adiacenti, da sfilamento delle travi dalla parete), così come i meccanismi locali intervengono con freuenze aventi un andamento a campana (con un picco rispettivamente in D3 e in D2) che ricalca l andamento dei meccanismi nel piano, anche se con percentuali di freuenza sensibilmente inferiori. In definitiva, osservando le freuenze dei meccanismi rispetto al danno, si può riconoscere una priorità nella comparsa dei meccanismi di collasso sulla fabbrica, che vede insorgere prima uelli nel piano, che rappresentano la prima risposta dell edificio all azione sismica, insieme alla contemporanea comparsa di altri meccanismi locali. Successivamente al crescere del danneggiamento globale, cui corrisponde un generale scompaginamento della scatola muraria, crescono anche i meccanismi del tipo fuori del piano fino al collasso totale, ove i meccanismi fuori del piano e uelli nel piano presentano probabilità comparabili di comparizione.

21 La metodologia è fondata sull analisi del livello di evoluzione del meccanismo di collasso riconosciuto come prevalente per l edificio; essa prevede l assegnazione di un punteggio ai possibili meccanismi riconosciuti per uell edificio ed è connessa all associazione tra i meccanismi presenti ed i danni rilevati. La scheda MEDEA Al rilevatore è richiesto di individuare i possibili meccanismi di danneggiamento sull edificio e per ciascuno di essi riconoscere la presenza dei danni tra uelli ritenuti come compatibili, assegnando, tra l altro, a uesti danni rilevati un punteggio variabile tra 1 e 3 per livello di gravità crescente.

22 Ciò consente di attribuire al meccanismo prevalente un valore sintetico, da interpretare nel senso di un Indice di Agibilità I A dell edificio. Ld i n Ldij Ldi + j= = 1 Ldi 2 k i Ld max = Pi = Ld i CI I A = Pi max C I il coefficiente di importanza del meccanismo proporzionale alla potenzialità di uel meccanismo di condurre rapidamente al collasso 3 L Indice di Agibilità Elaborazione dei dati per il Comune di San Giuliano di Puglia Da un primo esame dei dati, da validare comunue in ulteriori campagne di sopralluoghi, risulta che per I A > 0.44 con buona probabilità l edificio risulta inagibile Esito E

23 Confronto tra I A ed il danno globale D G rilevato sul campo Risultati D1 D4 D2 D3 0 1 soglia di riferimento I A > 0.44 il valore del limite inferiore dell Indice di Agibilità fissato in I A = 0.44 trova una sua coerenza nella correlazione con l indice di danno globale: la uasi totalità della distribuzione del danno D4 e la maggior parte del danno globale D3 cadono al di sopra di I A = 0.44, mentre al di sotto di tale valore troviamo parte della distribuzione D3, uasi la totalità di D2 e tutta la distribuzione D1.

24 Interessante approccio per una valutazione speditiva dell agibilità in emergenza post-sismica 1 0,8 0,6 0,4 Risultati 0, , , , ,00348

25 Organizzazione Comportamento scatolare Qualità Fattori di vulnerabilità Res. convenzionale Sisma R1 R2 R3 Resistenza R = Ri Posizione edificio Orizzontamenti Configurazione Dist. max murature Coperture Iv

26 PARAMETRO PESO p i 1 Tipo ed organizzazione del sistema resistente Qualità del sistema resistente Resistenza convenzionale Posizione edificio e fondazioni Strutture orizzontali Variabile 6 Configurazione planimetrica Configurazione in elevazione Variabile 8 Distanza massima tra le murature Strutture d copertura Variabile 10 Elementi non strutturali Stato di fatto 1.00 Scarsa ualità dei collegamenti tra pareti e tra pareti ed orizzontamenti Eccessiva distanza tra muri di controvento Fattori di vulnerabilità

27 PARAMETRO PESO p i 1 Tipo ed organizzazione del sistema resistente Qualità del sistema resistente Resistenza convenzionale Posizione edificio e fondazioni Strutture orizzontali Variabile 6 Configurazione planimetrica Configurazione in elevazione Variabile 8 Distanza massima tra le murature Strutture d copertura Variabile 10 Elementi non strutturali Stato di fatto 1.00 Scarsa ualità dei collegamenti tra pareti e tra pareti ed orizzontamenti Eccessiva distanza tra muri di controvento Misure di mitigazione Interventi Ø Miglioramento dei collegamenti tra le pareti mediante l utilizzo di catene a livello di piano nelle due direzioni Ø Chiodature di ancoraggio tra le pareti nei cantonali e tra le pareti ed il solaio Ø Apposizione di fasce di materiale composito a cerchiare la muratura a livello di piano, ovvero a migliorare i collegamenti tra le pareti nei cantonali

28 PARAMETRO PESO p i Fattori di vulnerabilità 1 Tipo ed organizzazione del sistema resistente Qualità del sistema resistente Resistenza convenzionale Posizione edificio e fondazioni Strutture orizzontali Variabile 6 Configurazione planimetrica Configurazione in elevazione Variabile 8 Distanza massima tra le murature Strutture d copertura Variabile 10 Elementi non strutturali Stato di fatto 1.00 Muratura di scadente ualità, area resistente ridotta in una o in entrambe le direzioni (i.e per l alta percentuale di forature o per il ridotto spessore delle pareti) e presenza di orizzontamenti di notevole massa

29 PARAMETRO PESO p i Misure di mitigazione 1 Tipo ed organizzazione del sistema resistente Qualità del sistema resistente Resistenza convenzionale Posizione edificio e fondazioni Strutture orizzontali Variabile 6 Configurazione planimetrica Configurazione in elevazione Variabile 8 Distanza massima tra le murature Strutture d copertura Variabile 10 Elementi non strutturali Stato di fatto 1.00 Interventi Ø Placcaggi sandwich con rete elettrosaldata e gunite Muratura di scadente ualità, area resistente ridotta in una o in entrambe le direzioni (i.e per l alta percentuale di forature o per il ridotto spessore delle pareti) e presenza di orizzontamenti di notevole massa Ø Inserimento di pareti a taglio di muratura resistente ammorsate alle pareti preesistenti Ø Placcaggi con materiali compositi Ø Trattamenti con resine epossidiche

30 PARAMETRO PESO p i Fattori di vulnerabilità 1 Tipo ed organizzazione del sistema resistente Qualità del sistema resistente Resistenza convenzionale Posizione edificio e fondazioni Strutture orizzontali Variabile 6 Configurazione planimetrica Configurazione in elevazione Variabile 8 Distanza massima tra le murature Strutture d copertura Variabile 10 Elementi non strutturali Stato di fatto 1.00 Solai deformabili nel proprio piano e mal collegati Coperture pesanti e/o spingenti e mancanza di connessione alle pareti di supporto

31 PARAMETRO PESO p i Misure di mitigazione 1 Tipo ed organizzazione del sistema resistente Qualità del sistema resistente Resistenza convenzionale Posizione edificio e fondazioni Strutture orizzontali Variabile 6 Configurazione planimetrica Configurazione in elevazione Variabile 8 Distanza massima tra le murature Strutture d copertura Variabile 10 Elementi non strutturali Stato di fatto 1.00 Interventi Solai deformabili nel proprio piano e mal collegati Coperture pesanti e/o spingenti e mancanza di connessione alle pareti di supporto Ø Irrigidimenti dei solai attraverso solette in calcestruzzo alleggerito con rete elettrosaldata, catene incrociate, etc. con adeguati collegamenti alle murature e ai campi di solaio adiacenti Ø Realizzazione di cordoli efficaci ancorati alle murature Ø Realizzazione di catene che annullino la spinta della copertura e/o di cerchiature in materiale composito a livello di imposta della stessa

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