Il miglioramento sismico degli edifici in muratura: COPERTURE SCATOLARI ANTISISMICHE

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1 Il miglioramento sismico degli edifici in muratura: COPERTURE SCATOLARI ANTISISMICHE Ezio Giuriani Alessandra Marini Fiera di Bergamo 26/10/2017

2 Edifici esistenti vulnerabili OBSOLETO PATRIMONIO EDILIZIO ESISTENTE (PER EPOCA DI COSTRUZIONE) 16% 38% 80% EDIFICATO PRIMA DELLA CLASSIFICAZIONE SISMMICA NAZIONALE INTRINSECAMENTE VULNERABILE AL SISMA 45% pre % HA ESAURITO LA VITA NOMINALE UTILE

3 MANCATA PERCEZIONE DEL RISCHIO MEMORIA DEI TERREMOTI PASSATI IL FATTO RIGUARDA ALTRI E NON NOI Vulnerabilità vs Rischio sismico

4 Il patrimonio edilizio esistente: alcuni dati allarmanti 50% 35% 35% 40% MATERIE PRIME RIFIUTI ENERGIA ESAURITA VITA NOMINALE UTILE 16% DIRETTIVE EUROPEE FINALIZZATE AL CONTENIMENTO DEI CONSUMI ENERGETICI ECOBONUS Material Consumption (DMC) by major components, EU-27, 2009 (tonnes per capita) (Eurostat, 2012) 16% 46% POSSIBILI 38% 38% VERIFICHE STRUTTURALI INTERVENTI < < , the importance of the construction industry which uses much of the sand, -metallic minerals can be seen (50%). In fact, while a small proportion of Dati EUROSTAT, 2012 Dati ENEA, Italia 2000 ot be used in the construction sector, the overwhelming majority are, making Dati EUROSTAT, %

5 APPROCCIO AL RECUPERO DI EDIFICI ESISTENTI Interventi episodici, non integrati, per pb contingenti (SPESSO IN SITUAZIONI DI EMERGENZA O DI ASSOLUTA NECESSITÀ) a) b) igure 2. Traditional approach aimed at solving episodic, contingent building deficiencies: a) Example of the l rethought of a SOLO traditional EFFICIENTAMENTO intervention, classified as sustainable, SOLO limited ADEGUAMENTO to the energetic and architect development, without ENERGETICO accounting for the structural safety. The image portrays SISMICO the building ruins after Em arthquake (2012); b) example of the adverse impact of an intervention conceived for the sole structural retrofit on ppearance of the existing INTERVENTO building. INTEGRATO ENERGETICO-STRUTTURALE: RISPARMIO TANGIBILE COSTI ENERGETICI RIPAGO L INTERVENTO STRUTTURALE

6 APPROCCIO AL RECUPERO DI EDIFICI ESISTENTI Interventi integrati Copertura ventilata Copertura antisismica Rinforzo strutturale Strato isolante COPERTURA ANTISISMICA E VENTILATA CAPPOTTO E STRATO PER LE OPERE DI RINFORZO STRUTTURALE

7 +2 Classe di rischio Classificazione sismica e SismaBonus Attribuita in base a due indicatori: - PAM: rischio di perdite economiche - I-SV: indicatore del rischio per le persone SISMABONUS - Incentivo fiscale per miglioramento sismico di residenziale e edifici produttivi Rischio minimo - passaggio di due classi: fino all 80% (condomini 85%) con tetto di euro - recuperabile in 5 anni Rischio molto elevato Post intervento Ante intervento - 50% anche per la sola verifica di rischio sismico Attenzione a SISMABONUS 2018 (legge di bilancio)

8 EDIFICI IN MURATURA IN ZONA SISMICA La resistenza dei muri a forze agenti nel piano del muro è molto maggiore rispetto a forze agenti ortogonalmente al piano, e quindi è maggiore la loro efficacia come elementi di controventamento. Setto resistente e rigido nel piano Maschio murario non resistente e non rigido fuori piano??? (da Touliatos, 1996)

9 Edifici in muratura in zona sismica CAPACITA DEI SOLAI IN LEGNO DI CONTENERE LE PARETI??? TRASMISSIONE AZIONI DI TAGLIO NEL PIANO Il comportamento globale è davvero ipotizzabile???

10 Edifici in muratura in zona sismica CAPACITA DELLE VOLTE DI CONTENERE LE PARETI??? COLLEGAMENTO SOLO AI PEDUCCI, NESSUN COLLEGAMENTO DELLA DIRETTRICE Fig.1 Il comportamento globale è davvero ipotizzabile??? Fig.2 Fig.1 Fig.2

11 Edifici in muratura in zona sismica Concezione strutturale - Scadenti collegamenti tra le murature e tra orizzontamenti e muratura. - Nessun comportamento scatolare scomposizione in macro-elementi - Collasso governato dall attivazione di meccanismi locali Setto resistente e rigido nel piano Terremoti superficiali Maschio murario non resistente e non rigido fuori piano (da Touliatos, 1996) Sistemi di collegamento spesso inefficaci!!! Nessun comportamento scatolare macro-blocchi/macro-elementi

12 Edifici in muratura in zona sismica Concezione strutturale - Scadenti collegamenti tra le murature e tra orizzontamenti e muratura. - Nessun comportamento scatolare scomposizione in macro-elementi - Collasso governato dall attivazione di meccanismi locali MECCANISMI NEL PIANO - II modo Setto resistente e rigido nel piano (da Touliatos, 1996) Maschio murario non resistente e non rigido fuori piano MECCANISMI FUORI PIANO I modo

13 Edifici in muratura in zona sismica Componente verticale del sisma? Edificio in muratura di pietra, Provino originale non rinforzato: scossa PGA=0.4g, Progetto Esecutivo EUCENTRE - Reluis Linea 1 Magenes G., Penna A., Galasco A. [2010] A full-scale shaking table test on a two-storey stone masonry building, Proc. 14th European Conference on Earthquake Engineering, pap. N. 1432, Ohrid, Macedonia.

14 Edifici in muratura in zona sismica Edificio in muratura di pietra, Provino originale non rinforzato: scossa PGA=0.4g, Progetto Esecutivo EUCENTRE - Reluis Linea 1 Magenes G., Penna A., Galasco A. [2010] A full-scale shaking table test on a two-storey stone masonry building, Proc. 14th European Conference on Earthquake Engineering, pap. N. 1432, Ohrid, Macedonia.

15 Edifici in muratura in zona sismica Shaking table test of a stone masonry façade performed at NESDE (Earthquake Engineering and Structural Dynamics group), LNEC (National Laboratory for Civil Engineering), Lisbon, Portugal.

16 MECCANISMI FUORI PIANO Meccanismi fuori piano Le fessure dipendono dal grado di ammorsamento delle murature Disorganizzazione totale della scatola

17 Ribaltamento delle facciate e pareti perimetrali NB: effetto stabilizzante del peso e componente verticale del sisma

18 Martellamento coperture

19 Spinta delle coperture

20 Qualità muraria

21 MECCANISMI FUORI PIANO Meccanismi fuori piano Quadri fessurativi dipendono dal grado di ammorsamento delle murature Vulnerabilità degli edifici*** Meccanismi fuori piano di ribaltamento Mitigazione del rischio sismico: prevenire o ritardare i meccanismi fuori piano Catene o diaframmi di piano e di falda Disorganizzazione totale della scatola

22 TECNICHE DI INTERVENTO Interventi finalizzati a migliorare il comportamento fuori-piano VULNERABILITA NELLE CONDIZIONI POST INTERVENTO N W2 W2 H 2 W1 W1 H 1 b a0,ante >> a0,post

23 TECNICHE DI INTERVENTO Interventi finalizzati a migliorare il comportamento fuori-piano VULNERABILITA NELLE CONDIZIONI POST INTERVENTO N W2 W2 H 2 W1 W1 H 1 b a0,ante >> a0,post 0,01g 0,05g 0,30g 0,35g

24 TECNICHE DI INTERVENTO Interventi finalizzati a migliorare il comportamento FUORI-PIANO che migliorano contestualmente il comportamento NEL PIANO Con CATENE Senza CATENE MIGLIORA IL COMPORTAMENTO NEL PIANO: DA MECCANISMO A FASCE DEBOLI A MECCANISMO A FASCE FORTI

25 MIGLIORA IL COMPORTAMENTO FUORI PIANO INIBIZIONE DEL MECCANISMO DI RIBALTAMENTO DELLE PARETI PERIMETRALI *** CATENE PERIMETRALI

26 CATENE PERIMETRALI x c) Le catene possono essere: esterne, oppure alloggiate entro scanalature di qualche centimetro di profondità o, raramente, entro fori praticati con la carotatrice. attive, passive, aderenti o non aderenti. Le catene attive con debole pretensione e non aderenti limitano la fessurazione e rendono l intervento quasi reversibile ma devono essere protette dalla corrosione. tesate con martinetto o con sistemi a vite. d)

27 D CATENE PERIMETRALI C D C Azione sismica trasferita alla parete sismo-resistente che può risultare troppo sollecitata. A A B A B A Cerchiatura su tutto il perimetro Lx + Catene meno sollecitate - Impatto visivo - Catene più sollecitate + Nascoste alla vista

28 CATENE PERIMETRALI

29 INEFFICACIA DELLE CATENE PERIMETRALI La soluzione delle catene perimetrali è inefficace in caso di: a) Snellezza eccessiva delle pareti tmin Catene perimetrali INEFFICACI per t min L x t min 10 t a) Lx - Vani di forma allungata, - Navate principali di chiese

30 a) Snellezza eccessiva delle pareti INEFFICACIA DELLE CATENE PERIMETRALI - Discontinuità della fascia muraria - Elevata snellezza orizzontale della parete - Presenza di maschi murari snelli

31 INEFFICACIA DELLE CATENE PERIMETRALI b) Murature scadenti A B A Incapaci di sostenere le importanti compressioni dell arco di scarico

32 INEFFICACIA DELLE CATENE PERIMETRALI c) Presenza di canne fumarie, quando non sia ipotizzabile la formazione del sistema arco-catena!!! Impossibilità di attivare il sistema resistente arco+catena Necessità di diaframmi di piano o falda

33 INEFFICACIA DELLE CATENE PERIMETRALI d) Presenza di porticati o irregolarità in pianta particolari Impossibilità di attivare il sistema resistente arco+catena Necessità di diaframmi di piano o falda

34 MIGLIORA IL COMPORTAMENTO FUORI PIANO INIBIZIONE DEL MECCANISMO DI RIBALTAMENTO DELLE PARETI PERIMETRALI DIAFRAMMI DI PIANO

35 DIAFRAMMI DI PIANO: CONCEZIONE STRUTTURALE FORMAZIONE DI DIAFRAMMI DI PIANO z f Fc Fc = M/z f SCHEMA STATICO: ELEMENTO BIDIMENSIONALE A CORRENTI E PANNELLO APPOGGIATO SUI SETTI SISMORESISTENTI Ac t

36 DIAFRAMMI DI PIANO: CONCEZIONE STRUTTURALE FORMAZIONE DI DIAFRAMMI DI PIANO z f Fc Fc = M/z f SUDDIVISIONE DEI COMPITI: - MOMENTO FLETTENTE AI CORRENTI - TAGLIO AL PANNELLO D ANIMA. Ac t

37 DIAFRAMMI DI PIANO: CONCEZIONE STRUTTURALE FORMAZIONE DI DIAFRAMMI DI PIANO Il diaframma raccoglie le forze inerziali e le trasferisce ai setti resistenti al sisma: A) Organizzazione del diaframma CORDOLI; PANNELLO D ANIMA; LESENE B) Organizzazione dei collegamenti - Impedire lo strappo delle pareti caricate uori piano >>> TIRANTI - Trasferiemento dell azione di taglio tra impalcato e muratura >>> SPINOTTI

38 1) Sottofondo strutturale sottile in c.a. ordinario oppure ad alte prestazioni DIAFRAMMI DI PIANO: TECNICHE 3) Diaframma in pannelli di legno multistrato Figura 1: Tecnica di rinforzo co fasce metalliche chiodate pannello multistrato assito esistente Figura 2: Tecnica di rinforzo: (a) con pannelli in le (a 2) Sottofondo strutturale in malta di calce ad alte prestazioni nailed steel plates plywood panels existing planks 4) Doppio assito incrociato e chiodato nailed inclined wooden planks connettori a spinotto assito esisten existing planks assito organizzato Figura 3: (a) Tecnica dell assito-organizzato con tavole, (b) particolare dell assito diaframma.

39 MIGLIORA IL COMPORTAMENTO FUORI PIANO INIBIZIONE DEL MECCANISMO DI RIBALTAMENTO DELLE PARETI PERIMETRALI DIAFRAMMI DI FALDA

40 - Coperture sovraresistenti - Coperture dissipative (ricerche in corso) COPERTURE SCATOLARI

41 COPERTURE SCATOLARI BENEFICI COPERTURA SCATOLARE: INIBISCE/LIMITA I PRINCIPALI MECCANISMI DI DANNO

42 COPERTURE SCATOLARI BENEFICI COPERTURA SCATOLARE: INIBISCE/LIMITA I PRINCIPALI MECCANISMI DI DANNO

43 FORMAZIONE DI DIAFRAMMI DI FALDA COPERTURE SCATOLARI COPERTURE SCATOLARI

44 COPERTURE SCATOLARI FORMAZIONE DI DIAFRAMMI DI FALDA COPERTURE SCATOLARI church office church old vestry church church bell tower = 7% Wc' Wm CW2 Wc' W2 H h CW1 W1 = 4% = 20% b

45 COPERTURE SCATOLARI ULTERIORI BENEFICI COPERTURA SCATOLARE NEI CONFRONTI DEI CARICHI VERTICALI: CONTIENE L AZIONE RIBALTANTE DA TETTI SPINGENTI INTERVENTI DI RECUPERO DEI SOTTOTETTI w

46 COPERTURE SCATOLARI nailed steel plates plywood panels existing planks nailed inclined wooden planks existing planks SOLUZIONE A SECCO, LEGGERA, REVERSIBILE, NON ALTERA LE QUOTE. APPLICATA SENZA RILOCARE GLI ABITANTI FACILMENTE INTEGRABILE IN INTERVENTI IENERGETICI

47 COPERTURE SCATOLARI Pannelli legno multistrato plywood SI! Verificare sollecitazioni! NO! OSB Microlamellare o LVL

48 COPERTURE SCATOLARI Il dimensionamento della copertura scatolare deve garantire sia la necessaria capacità portante, che il rispetto delle deformazioni massime accettabili per gli edifici in muratura (confinamento del rocking e del rocking differenziale).

49 TURE SCATOLARI CRITERI DI PROGETTAZIONE l 12 a p 1 p 3 h 1 h 3 5 r 1z g 1 g 1 3 r1y f 1y = -r 1y 4 2 A 1 COPERTURE SCATOLARI HP: Diaframmi di testata rigidi! B La copertura scatolare realizza un vincolo orizzontale L y 3 r 1z Struttura labile r 1y elementi di parete resistono a assiale e 1y momento mobilitando un comportamento f 1y -rp 1y1 f ad arco naturale la cui resistenza 1y 4 2 dipende dallo spessore delle pareti e dal confinamento verticale offerto dal p 3 h carico 3 p 3 h3 2 n A 2 n verticale A n v A p p l 1 12 h h 1 / 2 g 1 p 3 h 3 f 2p l p h affidata alla copertura scatolare f1z = -r1z è affidata alla trave di colmo. In caso di simmetria, f1z è generata dal solo carico g1* * h La 1 L copertura y g1l12 / 2 scatolare realizza il vincolo orizzontale!!! A 3 3 fse na 1y > 2p 0 la 1lcopertura 12 p3h è soggetta ad azione di sollevamento, bilanciata dal peso proprio della 3 parete, mediante introduzione di ancoraggi profondi, opportunamente distribuiti lungo le murature di coronamento Efficace contrasto a VA evita il ribaltamento delle pareti

50 COPERTURE SCATOLARI Caricato nel centro di taglio, il guscio scatolare di copertura si inflette semplicemente nel piano orizzontale e non è soggetto a torsione progetto del diaframma come struttura CORRENTE-PANNELLO progetto connessioni: Pannello Pannello Pannello Correnti Pannello Lesene Lesene Murature perimetrali F 13 M L y f 1y L 8L 2 x y

51 COPERTURE SCATOLARI Effetto dell eccentricità tra Reazione vincolare e linea di gronda 1 Forze di sollevamento lungo i timpani di testata. 2 h 1 q 1 x x z z L x y L x y f 1y f 1y V L y f 1y f 1y V L y a Barre ancorate in profondità (y) a zg q 1 dy W g 1 2 h(y) h q 0 1 h q 0 f z q 1 W g f z * * W g Wg q 0 q 0 dy q 0 q 0 * * * W g Linea di gronda q 1 timpano di testata f z f z timpano di testataparete di testata f z f z

52 COPERTURE SCATOLARI 1 h 1 2 q 1 x z L x y f 1y f 1y V L y a h (y) q 0 q 1 f z * W g dy W g q 0 q 0? timpano di testata Nota la reazione sulle murature di testata V1, verifica dei meccanismi nel piano delle pareti. La parete è in grado di resistere al sovraccarico trasferito dal diaframma di falda? zg * Wg Nei casi in cui la parete non regge il sovraccarico possibilità copertura dissipativa (studio in corso) f z f z parete di testata

53 COPERTURE SCATOLARI Forze di sollevamento lungo le pareti longitudinali indotte dal comportamento a telaio. f 1y x z L x y L y * 5 3 r 1z r A: TELAIO CON VINCOLI FITTIZI 1y n A 3 r 1z * * g 1 g 1 v A r 1y 4 2 v A n A n A W* zw w

54 DIMENSIONAMENTO COPERTURE SCATOLARI criterio di resistenza, comp. elastico materiali copertura sovraresistente. Duttilità a SLU garantita dal comportamento duttile delle connessioni chiodate progetto del diaframma come struttura CORRENTE-PANNELLO F 13 M L y f 1y L 8L 2 x y CORDOLI DI GRONDA Valore conservativo per lo sforzo massimo (ex. sforzo massimo allo stato limite ultimo pari ad 1/3 resistenza) Al fine di escludere crisi anticipate per instabilità dei correnti compressi, è opportuno fissare i correnti alle strutture del tetto esistente mediante viti, disposte in aggiunta alle connessioni chiodate.

55 DIMENSIONAMENTO COPERTURE SCATOLARI spinotti per il collegamento alle murature (cap ) cordolo perimetrale in acciaio, chiodato al panello e spinottato alla muratura lamiera di coprigiunto s=2mm pannelli di legno multistrato 27mm, soggetti a flusso di sforzi tangenziali q chiodi in acciaio ad alta resistenza, soggetti ad azioni taglianti Vi e disposti ad interasse i. progetto del diaframma come struttura CORRENTE-PANNELLO progetto connessioni: Pannello Pannello Pannello Correnti Pannello Lesene PANNELLO D ANIMA spessore del pannello, connessioni mutue tra pannelli adiacenti, connessioni del diaframma ai correnti di gronda e alle lesene sui timpani di testata sono dimensionati per q1 L interasse dei chiodi Δxn lungo ogni flangia di coprigiunto, in direzione x ed y, è pari a:

56 DIMENSIONAMENTO COPERTURE SCATOLARI progetto connessioni: Pannello Pannello Pannello Correnti Pannello Lesene cordolo perimetrale in acciaio, chiodato al panello e spinottato alla muratura lamiera di coprigiunto s=2mm pannelli di leg multistrato 27mm, sogge flusso di sforz tangenziali q spinotti per il collegamento alle murature (cap ) V i chiodi in acciaio alta resistenza, soggetti ad azion taglianti Vi e disposti ad interasse i. STUDIO SPERIMENTALE COMP. SINGOLA CONNESSIONE CHIODATA La resistenza ultima di ciascun chiodo sia prossima a Vnu 3kN q

57 DIMENSIONAMENTO COLLEGAMENTI ALLE MURATURE b fsm c CONNESSIONI ALLE MURATURE a R fsa fsr arco diaframma d Tipi di connessione: a) Spinotti: trasferimento reazione alle pareti sismoresistenti, b) Spinotti: raccolgono la forza di inerzia delle pareti caricate fuori-piano c) Spinotti: Raccolgono la forza di inerzia degli archi diaframma d) Ancoraggi profondi: evitano sollevamento Parte 2 prof. Giuriani

58 nodo 2 VERIFICA DI DEFORMABILITA DELLA COPERTURA SCATOLARE COPERTURE SCATOLARI 4 4' 3 3' ye f 1y 2 ye 2' nodo me F o ye h L in mancanza di modelli più accurati, si può fare riferimento ad una deformazione a taglio prudenziale γ* 0.25% 0.5%. Per la protezione delle pareti si verifica non sia superato il drift massimo: ye = 1 2%.

59 VERIFICA DI DEFORMABILITA DELLA COPERTURA SCATOLARE COPERTURE SCATOLARI n t ' e * ye y ew y y e ' e f 1y f 1y * w E E L J L * w 3 x 4 x id J id 8G L 2 f * w x 1y L 1 L L y y 2 x t G 1 * w t cos a Ew Gw Ew* * Gw xn t ESEMPIO: calcolo rigidezze equivalenti E G * w * w 2A 2A k wn k wn n l n p l k p n E k l w n G p l p w = 953 MPa = 800 MPa E w = 5000 Mpa k n = 2700 N/mm (rigidezza del chiodo) t= 27,5 mm spessore pannello l p = 1200 mm larghezza A x n wn = 50mm, passo chiodi xnt = 50 mm 27.5mm

60 Referenze bibliografiche Grazie dell attenzione!

61 Referenze bibliografiche 1. E. Giuriani, A. Marini Experiences from the Northern Italy 2004 earthquake: vulnerability assessment and strengthening of historic churches. Invited paper. VI International Conference on Structural Analysis of Historical Constructions SAHC July, Bath, England. pag Ed. Taylor and Francis, London, UK. ISBN Ezio Giuriani. Consolidamento degli edifici Storici. UTET, Guido Magenes, Andrea Penna, Ilaria Enrica Senaldi, Maria Rota, Alessandro Galasco (2014): Shaking Table Test of a Strengthened Full-Scale Stone Masonry Building with Flexible Diaphragms, International Journal of Architectural Heritage: Conservation, Analysis, and Restoration, 8:3, Giuriani E L organizzazione degli impalcati per gli edifici storici. L Edilizia. Speciale Legno strutturale, N Giuriani E., Marini A Wooden roof box structure for the anti-seismic strengthening of historic buildings. Journal of Architectural Heritage: Conservation, Analysis and Restoration. ISSN Vol.2(3) Pag Del Piccolo M., Giuriani E., Marchina E Studio sperimentale sulle connessioni solaio-parete mediante ancoraggi iniettati, Università degli Studi di Brescia, Dip. Ingegneria Civile, Technical Report n Tengattini C.G., Marini A., Giuriani E Connessioni a taglio nelle murature. TR 3a.1-UR11-1 RELUIS - Progetto di ricerca N.1 - Vulnerability assessment and anti-seismic strengthening of masonry buildings. 8. Giuriani E., Marini A Experiences from the Northern Italy 2004 earthquake: vulnerability assessment and strengthening of historic churches. Invited paper. VI International Conference on Structural Analysis of Historical onstructions SAHC July, Bath, England. pag Ed. Taylor and Francis, London, UK. ISBN E.Giuriani, A. Marini, C. Porteri, M. Preti Seismic vulnerability of churches associated to transverse arch rocking. International Journal of Architectural Heritage, 3: 1 24, Ed. Taylor & Francis Group, LLC. 10. Giuriani, E., Marini, A., Preti, M Thin folded shell for the renewal of existing wooden roofs. Journal of Architectural Heritage Preti M., Bolis V., Marini A. and Giuriani E Example of the benefits of a dissipative roof diaphragm in the seismic response of masonry buildings. SAHC2014 9th International Conference on Structural Analysis of Historical Constructions. F. Peña & M. Chávez (eds.). Mexico City, Mexico, October 2014

62 MARLEGNO BERGAMO 26 OTTOBRE 2017 LE COPERTURE SCATOLARI PER IL RECUPERO DEGLI EDIFICI STORICI CARICHI VERTICALI Ezio Giuriani Università di Brescia

63 Il recupero conservativo del complesso di S. Faustino di Brescia Primi interventi e origine delle coperture scatolari

64 MONASTERO BENEDETTINO DI S. FAUSTINO DI BRESCIA Fondazione monastero Benedettino 1496 Costruzione del monastero: inizi 500 corpo delle celle 1530 (Andrea Moroni) Dipinti Giandomenico Tiepolo Occupazione armate napoleoniche 1796 Soppressione monastero 1798

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74 I problemi statici della parete delle celle e gli interventi di rinforzo

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91 Controventamento della parete delle celle

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94 I problemi statici della Loggetta Nord

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101 Concezione della copertura scatolare per carichi verticali h h L L

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106 Desenzano del Garda Palestra Istituto Orsoline di S. Carlo

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110 Chiesa di S.Pietro Berbenno Valtellina

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113 Principi e concezione strutturale delle coperture scatolari sottoposte a carichi verticali roof diaphragm overlaying the existing wooden planks pitch rafters/joists head gable wall head gable wall perimeter side wall

114 Elementi costituenti la copertura scatolare soggetta a carichi gravitazionali c 11 1 c 12 c 12 c c

115 Tipologie costruttive per l anima delle falde nailed steel plates plywood panels existing planks nailed inclined wooden planks existing planks new ortogonal wooden planks nailed steel straps plywood panels existing planks existing planks new orthogonal wooden planks existing planks ordinary concrete slab high performance concrete slab stud connector existing plank existing plank

116 Schemi statici della copertura scatolare per carichi gravitazionali 4 l12 p 1 3 p 1 2 h 1 l12 p f 1z f 1y 2 h 1 a f 1z 5 L L y L 1 h 3 5 L a L y L 1 h 3 n A x L x L y y

117 Importanza dei collegamenti Anima-corrente di colmo 1 1' Anima-travetti V d i c 11 d 1 V d Anima-testata 1' d 1 N r 1' N r R N r i r 1z N r R r ridge line Anima-corrente di gronda V

118 Importanza dei diaframmi strutturali di testata 4 1 q 1 4 F s q 1 F s ' ' (a) (a) (b) (b) 1 R 2 2 N R N 1 2

119 N N N N N N F s 2 F s 2 F s 2 F s 2 F s 2 F s 2

120 Accuratezza degli schemi e del calcolo approssimato MESH A (see Table 1.a) wooden rafters modelled as beam elements symmetry plan panel nailed connections modelled as special plate elements of reduced in-plane stiffness eave and ridge chords modelled as beam elements symmetry plan Load distribution p p plywood panels modelled as plate elements lateral walls modelled as hinged beams x z y head walls modelled as in-plane rigid diaphragm Detail of the roof diaphragm mesh wooden rafters modelled as beam elements a) plate elements special plate elements of reduced in-plane stiffness MESH B1 (see Table 1.b) symmetry plan panel nailed connections as in MESH A eave and ridge chords as in MESH A symmetry plan Load per unit length (eq. 1) f 1z f 1z plywood panels as in MESH A lateral walls as in MESH A x z y head walls modelled as in MESH A Detail of the roof diaphragm mesh Lx/2 x z y Ly b) plate elements special plate elements of reduced in-plane stiffness MESH B2 (see Table 1.c) symmetry plan eave and ridge chords as in MESH A symmetry plan Load per unit length (eq. 1) f 1z f 1z equivalent panel of reduced mechanical properties E*, G* lateral walls as in MESH A x z y head walls modelled as in MESH A Detail of the roof diaphragm mesh Lx/2 x z y Ly c) plate elements of reduced mechanical properties: E*, G*

121 COPERTURA SCATOLARE DEL COMPLESSO DI S. CHIARA DI BRESCIA

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125 COPERTURA SCATOLARE DEL PALAZZO MARTINENGO (BS)

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127 CONNESSIONI COPERTURE-PARETI Spinotti ancoraggi

128 A3 FORMAZIONE DIAFRAMMA DI FALDA

129 Roof box structure technique 68

130 A3 CONNESSIONI TRA MURATURA E COPERTURA SCATOLARE top perimeter R/C beam plywood panels stud eaves chord connections stud head gable connections chord plywood panels eaves chord stud connections top perimeter masonry strengthened by means of injected facade head gable clay masonry. deep anchorages clay mortar layer reinforced with 4 layers of glass fiber mesh

131 Stud connections transferring shear forces stud connections head gable chord plywood panels eaves chord stud connections head gable clay mortar layer reinforced with 4 layers of glass fiber mesh 70

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135 V [kn] 30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 0,0 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 overlay-steel plate relative displacement [mm]

136 V [kn] V [kn] overlay-steel plate relative displacement [mm] overlay-steel plate relative displacement [mm]

137 DIAFRAMMI DI PIANO DIMENSIONAMENTO DEL DIAFRAMMA DI PIANO in MULTISTRATO FENOLICO te cordolo perimetrale in acciaio, chiodato al panello e spinottato alla muratura armatura di collegamento lamiera di coprigiunto s=2mm pannelli di legno multistrato 27mm, soggetti a flusso di sforzi tangenziali q spinotti spinotti doppia rete corrente acciaio pannelli multistrato armatura di collegamento cordolo spinotti per il collegamento chiodi alleassito murature (cap ) spinotti saldati spinotti corrente pannelli acciaio cordolo multistrato chiodi in acciaio ad alta resistenza, soggetti ad azioni taglianti Vi e disposti ad interasse i. spinotti corrente acciaio pannelli multistrato chiodi assito chiodi assito

138 Fig11a Fig.11b

139 DIAFRAMMI DI PIANO ORGANIZZAZIONE E DIMENSIONAMENTO DEI COLLEGAMENTI tiranti spinotti SPINOTTI per trasferire il taglio ai setti resistenti V, KN d 16mm posato a secco entro muratura di medie spostamento, mm -40 [REF.5] (rif. VSP (d16) = 15 kn; VSP (d20) = 20 kn)

140 Stud connections transferring shear forces 79

141 DIAFRAMMI DI PIANO ORGANIZZAZIONE E DIMENSIONAMENTO DEI COLLEGAMENTI TIRANTI per trattenere le pareti caricate fuori-piano ez.a H p m diaframma di piano A p F F o L parete parallela al sisma setto resistente a taglio tirante cordolo pannello p m OBIETTIVO: organizzare nello spessore del solaio un diaframma che, opportunamente collegato tirante alle pareti f perimetrali, trasferisca m l'azione sismica dell'impalcato Fe delle murature di competenza ai setti resistenti al taglio. F cordolo ez.a f azione sismica dell'impalcato M V f 1 i Fc F V M Fc=M/H corrente Forza di trazione sul tirante: p m p s diaframma di piano h i pannello zona di competenza F = ss AS = pm x hi x i i = ss AS/( pm x hi ) (Rif. 1 d14-16 /1.5m) parete ortogonale al sisma azione sismica delle murature nella zona di competenza

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143 DIAFRAMMI DI PIANO ORGANIZZAZIONE E DIMENSIONAMENTO DEI COLLEGAMENTI TIRANTI per trattenere le pareti caricate fuori-piano p m tirante, d p m tirante, d t bm b bm b dm F F b cordolo f mt F F superficie di rottura, S m S m

144 Sforzo di Aderenza [MPa] Provino MP2 DIAFRAMMI DI PIANO 3,5 3,0 2,5 2,0 p m tirante, d tirante, d t bm 1,5 b bm b 1,0 dm b F F LVDT 6 LVDT 7 0,5 cordolo LVDT 8 0,0 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50 Spostamento Estremità Carica [mm]

145

146

147

148 Survey campaign and earthquake damage assessment 8 7

149 VILLA GALVAGNINA

150

151 S.GIACOMO SEGNATE

152 A4 MECCANISMO ROCKING

153 b fsm c a R fsa fsr transverse arch d

154

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156

157 A3 FORMAZIONE DIAFRAMMA DI FALDA

158

159

160 Chiesa della Rocca di Sabbiochiese

161 Chiesa della Rocca

162

163 Dissesto degli archi-diaframma - Insufficiente contenimento delle spinte dell arco - Dondolio dell arco-diaframma durante il sisma

164

165 Inclinazione della muratura sud di sostegno del colonnato

166 Lesione nell apside causata dalla spinta della volta

167

168 VULNERABILITÀ DI VOLTE IN FOLIO E ROCKING DI ARCHI DIAFRAMMA ideal constraint UNIBS- AT1-1.1b (coord. E.Giuriani) ye F o roof box structure y e' ye h L Deformabilità della copertura scatolare e rocking delle pareti perimentrali Vulnerabilità sismica di volte in folio e Messa a punto di tecniche di rinforzo Rocking di archi diaframma

169

170 Principali Interventi Incatenamento archi-diaframma Cintura abside Copertura scatolare antisismica Rinforzo travi lignee della copertura (bilancieri duttili) Consolidamento rupe Contenimento muro di sostegno del colonnato sud

171 Copertura scatolare antisismica

172 Difficoltà per la presenza delle pianelle di cotto

173

174 Prova di resistenza degli spinotti della copertura

175

176

177 BILANCIERI METALLICI ESTRADOSSALI PER IL RINFORZO DELLE TERZERE

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186 DIMENSIONAMENTO DI DUE TIPOLOGIE DI DOPPIO ASSITO ASSITO INCROCIATO A 90 ASSITO INCLINATO a 45 Solaio 4x5 m: 2000 chiodi uniformemente distribuiti - Limitata invasività; - Facilità operativa; - Tempi di realizzazione contenuti. Solaio 4x5 m: 300 chiodi distribuiti sul perimetro

187

188

189

190 RINFORZO CON LAMIERE DI ACCIAIO

191 corrente A2 FORMAZIONE DI DIAFRAMMI DI PIANO rete Dimensionamento del diaframma di piano in multistrato fenolico cordolo perimetrale in acciaio, chiodato al panello e spinottato alla muratura armatura di collegamento lamiera di coprigiunto s=2mm pannelli di legno multistrato 27mm, soggetti a flusso di sforzi tangenziali q spinotti spinotti corrente acciaio doppia rete pannelli multistrato spinotti per il collegamento alle murature (cap ) armatura di collegamento V i chiodi in acciaio ad alta resistenza, soggetti ad azioni taglianti Vi e disposti ad interasse i. chiodi cordolo assito q spinotti saldati spinotti corrente pannelli acciaio cordolo multistrato spinotti corrente acciaio pannelli multistrato chiodi assito chiodi assito spinotti saldati

192

193 Confronto risultati sperimentali + 20%

194

195 FORMAZIONE DIAFRAMMA DI PIANO ; CONNESSIONI CON LE PARETI RITEGNI per trattenere le pareti caricate fuori-piano ez.a H p m diaframma di piano A p F F o L parete parallela al sisma setto resistente a taglio tirante cordolo pannello p m OBIETTIVO: organizzare nello spessore del solaio un diaframma che, opportunamente collegato tirante alle pareti f perimetrali, trasferisca m l'azione sismica dell'impalcato Fe delle murature di competenza ai setti resistenti al taglio. F cordolo ez.a f azione sismica dell'impalcato M V f 1 i Fc F V M Fc=M/H corrente Forza di trazione sul tirante: p m p s diaframma di piano h i pannello zona di competenza F = ss AS = pm x hi x i i = ss AS/( pm x hi ) (Rif. 1 d14-16 /1.5m) parete ortogonale al sisma azione sismica delle murature nella zona di competenza

196

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198

199 Sforzo di Aderenza [MPa] Provino MP2 DIAFRAMMI DI PIANO 3,5 3,0 2,5 2,0 p m tirante, d tirante, d t bm 1,5 b bm b 1,0 dm b F F LVDT 6 LVDT 7 0,5 cordolo LVDT 8 0,0 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50 Spostamento Estremità Carica [mm]

200

201

202

203 Prove preliminari palazzo Loggia

204

205

206 h 1 2 q 1 W g * head gable R y c 13 f 1y = -r 1y h (y) q 0 q 1 dy W g q 0 q 0 * zg * W g f z f z head gable wall F 13 fz b h c 13 Lx 2 (y) q 0 q 1 2 x dy q 0 q 0 zq 1 y * W g F 13 M max zg L y a W g * W g head gable * f z f z head gable wall zw n A c W* w 14 5

207 b a c 17

208 Load Vn [kn] plywood panels lateral walls x 3 2 nailed steel straps z y head walls or triumphal arch plywood panels existing planks steel plate Vn plywood panel s n Vnu Vne Kn -4 displacement, sn [mm] ideal curve experimental curve nail: diameter: dn=3.8mm plywood panel: thickness t=25mm steel plate: thickness t'=2.8mm 14 7

209 a b c d 26

210 a b c 27

211 29 Inclinazione della muratura sud di sostegno del colonnato a b c

212 Lesione nell apside causata dalla spinta della volta b a c 30

213 a b c 31

214 b a 32

215 a b 33

216 a b 34

217 a b c 35

218 36

219 37

220 38

221 Arco debole rib stsp Mstsp Fc Hc Mrib F cs M M cs cr H c F F Piedritto debole M F F H rib o c o M F F H stsp o c o F cs M F F stsp Fo cs cr Ho 39

222 Piedritti con parete soprastante vincolata; catene estradossali x x x x F F H F x / 2 x / 2 Q x Q x F t / H A A A B c2 o o v2 A D m1 G1 m2 G2 Va sp D F F c2s c2r Fc 2 Fv 2 xg 3 xd / 2 / HE H F D c2s Fc 2 Fc 2 xb M st Fv 2 tsp xb / 2 xd / 2 Qm 2 tsp xg 2 2 M F H H rib c2 D o M M st R rib R Mst / Mrib F v2min xb RFc 2 H D HO Qm 2 tsp xg 2 2 t x / 2 x / 2 sp B D 40

223 41

224 Cucitura e riempimento della lesione 42

225 a b c d 43

226 a b 44

227 47

228

229 a b c d 49

230 50

231 51

232 Comportamento in esercizio: adattamento elastico e allentamento del tirante 52

233 A3 FORMAZIONE DIAFRAMMI DI FALDA

234 Roof box structure technique 17 3

235 TRAVAGLIATO (BS)

236

237 PROVA SU SCALA REALE/2 STRUMENTAZIONE STADIOLE TRASDUTTORI BANCO STRUMENTATO

238 F [kn] PROVA SU SCALA REALE/5 RISULTATI/3 2Fd = Fd = ,00-0,75-0,50-0,25 0,25 0,50 0,75 1,00 0 3,25 9, B A drift [%] η [mm] (+) Punto A: drift= 0,16%, carico = 30 kn= F d Punto B: drift= 0,45%, carico = 60 kn= 2F d INTERVENTO DI RINFORZO EFFICIENTE

239 F [kn] F [kn] F [kn] PROVA SU SCALA REALE/6 RISULTATI/4 Andamento degli sforzi di taglio sul pannello d anima t t t t Curva carico-scorrimento relativo tra piatto metallico e assito diagonale μx [mm] μx [mm] μx [mm] O 2.O O

240

241

242 Carico [kg] UNITA DI RICERCA 11 - UNIBS (Coord. Prof. Ezio Giuriani) COLLEGAMENTI TRA COPERTURA E MURATURA diaframma di falda multistrato fenolico diaframma di falda multistrato fenolico corrente di gronda assito corrente di gronda assito diaframma di falda diaframma di falda corrente di gronda corrente di gronda connessione piolata connessione piolata connessione piolata strato di malta di calce sottile cordolo sottile di malta cordolo di calce di armato malta con di 4calce strati di rete da armato intonacocon 4 strati di rete da intonaco onnessione piolata strato di malta di calce diaframma di falda multistrato fenolico connessione piolata corrente di gronda assito strato di malta di calce sottile cordolo di malta di calce armato con 4 strati di rete da intonaco diaframma di falda corrente di gronda connessione piolata spostamento [mm] Madonna della Rocca, Sabbio Chiese COMP. A SABBIO Santuari della Roc prova di collegam piastra d di legno calce arm rete da i

243

244 ANCORAGGIO DELLE CATENE - Rifacimento ancoraggio catena esistente - Piastra - Chiave o bolzone - Ancoraggio iniettato ANCORAGGIO CATENE

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249 Carico concentrato sopra un varco

250 Caratteristiche geometriche del piedritto ideale c * N / 2 / s * t * l a c z * 0.8h Esempio: t=70 cm ; a=120 cm ; h=4 m Sforzo accettabile dei piedritti * s 0.5MPa Carico N 800KN Larghezza del piedritto luce freccia * c 1140mm 1.14m l z * * m m Azione del tirante F x * N / 2 l / 2 N / * 146 KN tg z

251

252

253 Bione- copertura scatolare antisismica

254 COPERTURE SCATOLARI CRITERI DI PROGETTAZIONE 2 facade 1 panel nailed connections eaves chords COPERTURE SCATOLARI p 1 unit stripe a p 3 z l 12 y p 3 plywood panels 1m lateral head walls or 3 2 walls z triumphal arch x y plywood panels Diaframmi di testata rigidi! 1z g 1 * existing planks g nailed 1 * steel strapscoperture SCATOLARI CRITERI DI PROGETTAZIONE3 p r1y f 1y 1 h1 r 1z g g 1 a L y p z 3 y h 3 l 12 A: FRAMEp BEHAVIOR 1 a L y p 3 1y B: BOX STRUCTURE h1 A: FRAME 4 BEHAVIOR 2 h n A 3 r f 1y = -r 1y A z 5 1 x y 5 1 r 1z r 1z g 1 * g Struttura labile r 1y f r 1y 2p1l 12 p3h3 1y f 1y -rp 1y1 4 f 1y 2 na p1l 12h1 p3h3 4 v A 2 v n A A n p h A 3 p h v 3 A p3h3 / n A f 2p l B p h h 1 = -r 1y B : BOX STRUCTURE La copertura scatolare realizza un vincolo orizzontale L y g * 1l12 / 2

255 COPERTURE SCATOLARI f 1y -r 1y f 1y Diaframmi di falda progettati come folded plates semplicemente appoggiate sui timpani di testata e soggetti a carico uniformemente R y x c13 x f 1y 2 x L /8 f 1y L /2 x 1 f 1y y 2 L y R y z L x M V F (x) 13 M(x) f 1y z F 13(x) R x y 2 M f1y Lx F13 Ly 8Ly progetto del diaframma come struttura CORRENTE-PANNELLO progetto connessioni: Pannello Pannello Pannello Correnti Pannello Lesene Lesene Murature perimetrali

256 Roof box structure technique 2 q 1 W g * head gable h (y) q 1 R y q 0 fz dy q 0 q 0 * W g c 13 zg f 1y = -r 1y F 13 * W g f z f z head gable wall zw n A * W w c 13 Lx 2 x z y F 13 M max L y h 1 2 h (y) q 1 q 0 fz dy W g q 0 q 0 q 1 * zg W g * W g head gable * f z f z head gable wall 19 5

257

258 A3 FORMAZIONE DIAFRAMMA DI FALDA MINISTERO DEI BENI E DELLE ATTIVITA CULTURALI E DEL TURISMO UCCR Lombardia SOPRINTENDENZA PER I BENI ARCHITETTONICI E PAESAGGISTICI di Brescia Cremona Mantova

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260 Bione- copertura scatolare antisismica

261 Roof box structure technique 20 0

262 1 chords COPERTURE SCATOLARI plywood panels lateral walls FORMAZIONE DI DIAFRAMMI DI FALDA COPERTURE SCATOLARI 3 2 nailed nailed steel steel straps straps x z y head walls or triumphal arch plywood panels plywood panels existing existing planks planks stud connected wooden planks existing planks stud connectors (Giuriani et al., 2005) thin steel plate 2-3 mm stud connector existing wooden planks (Giuriani and Marini, 2005) concrete slab existing plank (Giuriani and Plizzari, 2000) (Piazza and Turrini, 1983)

263 FORMAZIONE DI DIAFRAMMI DI PIANO 1 cappa c.a. DIAFRAMMI DI PIANO progressivamente si riduce l effetto irrigidente rispetto ai carichi verticali (1-2-3), ci si muove verso un intervento di solo miglioramento sismico cappa c.a. connettori connettori ecnica di rinforzo con Figura cappa 1: Tecnica in calcestruzzo di rinforzo ordinario con cappa armato. in calcestruzzo ordinario armato. 3 Lastra sottile in c.a. ordinario oppure ad alte prestazioni multistrato fasce metalliche assito chiodate esistente lastra di acciaio lastra di acciaio 3-5 mm 3-5 mm pannello multistrato 2 assito esistente assito esistente connettori connettori a spinotto a spinotto assito esistente spinotto saldature spinotto saldature (a) (a) Diaframma in pannelli di legno multistrato (b) Diaframma in sottili lastre di acciaio Figura 2: Tecnica di rinforzo: (a) con pannelli in legno multistrato e fasce metalliche; (b) con lastra di accia (a) con pannelli in legno multistrato e fasce metalliche; (b) con lastra di acciaio.

264 Load Vn [kn] plywood panels lateral walls 3 2 nailed steel straps x z y head walls or triumphal arch Roof box structure technique plywood panels existing planks steel plate Vn plywood panel s n Vnu Vne Kn -4 displacement, sn [mm] ideal curve experimental curve nail: diameter: dn=3.8mm plywood panel: thickness t=25mm steel plate: thickness t'=2.8mm 20 3

265 TIPOLOGIE DI DIAFRAMMA ANTISISMICO DI IMPALCATI LIGNEI SOLETTA IN CALCESTRUZZO COLLABORANTE BANDELLE METALLICHE STRISCE IN MATERIALE POLIMERICO(FRP) PANNELLI LIGNEI MULTISTRATO DOPPIO ASSITO LIGNEO + materiale della tradizione + ottimo aumento di rigidezza + limitato aumento di carico + discreta reversibilità - dimensioni standard dei pannelli - aumento di spessore del pavimento - utilizzo di collanti + materiali della tradizione + buon aumento di rigidezza + limitato aumento di carico + reversibilità + invasività limitata + facilità di realizzazione - mancanza di indicazioni precise sul criterio di dimensionamento Referenze: Piazza M., Tomasi R., Modena R., Giuriani E., Marini A.

266 DIMENSIONAMENTO DI DUE TIPOLOGIE DI DOPPIO ASSITO ASSITO INCROCIATO A 90 ASSITO INCLINATO a 45 Dimensionamento del corrente: Dimensionamento del corrente: Dimensionamento dell anima: Dimensionamento dell anima: - Danneggiamento dell assito esistente; - Complessità operativa; - Aumento dei tempi di realizzazione. Solaio 4x5 m: 2000 chiodi uniformemente distribuiti - Limitata invasività; - Facilità operativa; - Tempi di realizzazione contenuti. Solaio 4x5 m: 300 chiodi distribuiti sul perimetro