Spec. Ing. Claudio Moroni

Transcript

1 Ordini degli Ingegneri del Lazio 24 febbraio 4 marzo 2016 Opere Provvisionali (parte II) Spec. Ing. Claudio Moroni Dipartimento della Protezione Civile Ing. Claudio Moroni

2 Le opere provvisionali nell emergenza post-sismica Indice ERRORI TIPICI DI ESECUZIONE INDICE DEI CONTENUTI DEL MANUALE MODALITA DI DIMENSIONAMENTO DELLE DIFFERENTI TIPOLOGIE DI PRESIDIO TABELLE DI DIMENSIONAMENTO SPEDITIVO ESEMPIO PRATICO EVIDENZE SPERIMENTALI 24

3 INDICE Manuale OPUS Premessa Materiali Manuale OPUS Tipologie Edilizie e Meccanismi di Danneggiamento Interventi di messa in sicurezza in relazione alla tipologia di collasso Puntelli Verticali Puntelli Inclinati Centine per archi e Volte Tiranti metallici o catene Interventi di cerchiatura Speroni e contrafforti Sperimentazione 27

4 Manuale OPUS Premessa Materiali Tipologie Edilizie e Meccanismi di Danneggiamento Manuale OPUS Interventi di messa in sicurezza in relazione alla tipologia di collasso Puntelli Verticali Puntelli Inclinati Centine per archi e Volte Tabelle di facile Tiranti metallici o catene consultazione Interventi di cerchiatura Speroni e contrafforti Sperimentazione 28

5 Manuale OPUS Premessa Materiali Tabelle di facile La Pianificazione e la Gestione Tecnica dell Emergenza Sismica Rilievo del Danno e Valutazione dell Agibilità Tipologie Edilizie e Meccanismi di Danneggiamento consultazione INDICE Interventi di messa in sicurezza in relazione alla tipologia di collasso Puntelli Verticali Puntelli Inclinati Centine per archi e Volte Tiranti metallici o catene Interventi di cerchiatura Speroni e contrafforti Sperimentazione 29

6 INDICE Premessa Materiali Tipologie Edilizie e Meccanismi di Danneggiamento Manuale OPUS Interventi di messa in sicurezza in relazione alla tipologia di collasso Puntelli Verticali Puntelli Inclinati Centine per archi e Volte Tiranti metallici o catene Interventi di cerchiatura Speroni e contrafforti Sperimentazione 30

7 ERRORI TIPICI NELLA REALIZZAZIONE DEI PRESIDI Manuale OPUS La corretta progettazione delle opere provvisionali deve prevedere che presidio, ed elemento presidiato, lavorino in parallelo Affinchè i presidi riescano a contrastare i dissesti degli elementi murari (molto rigidi), dovranno essere dotati di notevole rigidezza. 31

8 Errori tipici di esecuzione La Pianificazione e la Gestione Tecnica dell Emergenza Sismica Rilievo del Danno e Valutazione dell Agibilità ERRORI TIPICI NELLA REALIZZAZIONE DEI PRESIDI Affinché il presidio (di ritegno o di sostegno) sia rigido, si dovrà avere che gli elementi di cui è costituito lavorino assialmente v = v = F * h E * A 3 F * L 48 * E * J 3 L h 4* b L vflex = vaxial * 2 4 * h * b 3 2 A = J = a * b 3 a * b 12 Ipotesi: sezione quadrata con lato 10 cm h = 25 m lunghezza L = 1 m V flex = 25 Vaxial L F F h 32

9 Errori tipici di esecuzione La Pianificazione e la Gestione Tecnica dell Emergenza Sismica Rilievo del Danno e Valutazione dell Agibilità GALLERIA DI ERRORI/ORRORI Mancanza di memoria storica del precedente evento sismico Ripetizione degli errori già commessi Toponomastica comune di Napoli Immagine del terremoto di Messina (1908) 33

10 EFFETTI DEL TEMPO Errori tipici di esecuzione Anno 1981 Anno 2007 Convento dei Cappuccini a Muro Lucano 34

11 Errori tipici di esecuzione Legno Acciaio Muratura 35

12 Errori tipici di esecuzione 36

15 Puntelli isolati non controventati Errori tipici di esecuzione Scarsa diffusione dell azione con possibilità di martellamenti Giunzioni poco curate Azione non in corrispondenza di pareti ortogonali. 39

16 PUNTELLI DI RITEGNO La Pianificazione e la Gestione Tecnica dell Emergenza Sismica Rilievo del Danno e Valutazione dell Agibilità 40

18 CENTINATURA DI ARCHI E VOLTE La Pianificazione e la Gestione Tecnica dell Emergenza Sismica Rilievo del Danno e Valutazione dell Agibilità materiali: Errori tipici di esecuzione Legno Acciaio 42

25 Errori tipici di esecuzione La Pianificazione e la Gestione Tecnica dell Emergenza Sismica Rilievo del Danno e Valutazione dell Agibilità 49

32 ERRORI TIPICI NELLA REALIZZAZIONE DEI PRESIDI Errori tipici di esecuzione PUNTELLI opere provvisionali costituite da elementi inflessi che vanificano l efficacia dell intervento assenza di opportuni controventi in grado di contrastare i fenomeni di instabilità mancata messa in carico ( incugnamento ) del presidio presenza di tavolati di distribuzione inadeguati, con conseguente concentrazione degli sforzi assenza di vincoli alla base ed al piede dei puntelli tali da eliminare il rischio di scorrimenti 56

33 Errori tipici di esecuzione Individuazione o creazione di una massa presidiante capace di assorbire lo scarico al piede dei puntelli La Pianificazione e la Gestione Tecnica dell Emergenza Sismica Rilievo del Danno e Valutazione dell Agibilità ASPETTI CRITICI Necessità di assicurare condizioni di vincolo alla testa dei puntelli tali da eliminare il rischio di scorrimento relativi 57

34 SOLUZIONE ALTERNATIVA Errori tipici di esecuzione Trave di contenimento Trave inferiore di ancoraggio Puntello Tirante tan =

35 ERRORI TIPICI NELLA REALIZZAZIONE DEI PRESIDI Errori tipici di esecuzione CATENE e CERCHIATURE limitate dimensioni dei capi-chiavi e, quando realizzati con semplici barre, errata inclinazione delle stesse rispetto ai corsi di malta insufficiente azione di tiro impressa alla catena posizionamento non corretto, quando la catena ha lo scopo di contrastare le spinte degli archi mancata messa in forza delle cerchiature, ovvero insufficiente tesatura dell elemento cerchiante che può, così, esplicare la sua azione solo dopo ulteriori cedimenti della struttura presidiata. 59

36 ERRORI TIPICI NELLA REALIZZAZIONE DEI PRESIDI Errori tipici di esecuzione CENTINATURA DI ARCHI E VOLTE analogamente a quanto detto per i puntelli, inadeguato tavolato di ripartizione delle sollecitazioni con conseguente concentrazione di sforzi presenza, nell opera di presidio, di elementi sollecitati a flessione che di conseguenza non godono della sufficiente rigidezza per collaborare con la struttura che presidiano 60

37 ERRORI TIPICI NELLA REALIZZAZIONE DEI PRESIDI Errori tipici di esecuzione SPERONI E CONTRAFFORTI sono praticamente in disuso per cui risulta impossibile individuarne di nuovi mancato ammorsamento dei contrafforti alle pareti esistenti che consentono, durante l'evento sismico, martellamenti tra la struttura esistente e presidio. sottodimensionamento del presidio che non riesce a svolgere i compiti assegnatigli se mal disposti (mancato rispetto della simmetria, ecc.) insorgenza di effetti torsionali sull'immobile con concentrazioni di sforzi, ed aggravio di sollecitazioni, là dove la struttura non era progettata per assorbirne 61

38 Errori tipici di esecuzione PECULIARITA TIPOLOGICHE Eccetto le cerchiature, tutti i presidi influiscono sulle caratteristiche intrinseche degli edifici presidiati (possibile variazione dei modi propri di vibrare) Anche se correttamente realizzati, i puntelli di ritegno, rischiano di provocare fenomeni di martellamento sulle strutture. Gli ingombri di spazio (vedi sedi stradali, ecc.) di tutte le tipologie di presidio, fatte salvo le cerchiature e le catene, sono considerevoli ed interferiscono significativamente con la viabilità, in particolare nei centri storici. 62

39 Contenuti del Manuale Abbinamento MECCANISMI DI DANNO TIPOLOGIE DI PRESIDI Da instabilità (verticale) della parete Rottura a flessione della parete Se la quota alla quale si manifesta il dissesto non è eccessiva: Strutture di ritegno in legno Per dissesti a quote elevate: Strutture di ritegno in acciaio Oppure preferibilmente: Sistemi di cerchiatura e/o incatenamento, innovativi e non 63

40 MECCANISMI DI DANNO TIPOLOGIE DI PRESIDI Contenuti del Manuale Da sfilamento delle travi del solaio, dalla parete di supporto Da ribaltamento dell intera parete Sistemi di cerchiatura e/o incatenamento, innovativi e non Se la quota alla quale si manifesta il dissesto non è eccessiva: Strutture di ritegno in legno Per dissesti a quote elevate: Strutture di ritegno in acciaio 64

41 MECCANISMI DI DANNO TIPOLOGIE DI PRESIDI Contenuti del Manuale Da ribaltamento parziale della parete Da ribaltamento della parte alta del cantonale Da irregolarità tra strutture adiacenti Sistemi di cerchiatura e/o incatenamento, innovativi e non Se la quota alla quale si manifesta il dissesto non è eccessiva: Strutture di ritegno in legno Per dissesti a quote elevate: Strutture di ritegno in acciaio 65

42 MECCANISMI DI DANNO TIPOLOGIE DI PRESIDI Sistemi di irrigidimento dei vani finestra da taglio della parete per azioni nel piano localizzate nella zona alta della parete da taglio della parete per azioni nel piano Se i dissesti sono posizionati a quote non eccessive: Strutture di ritegno in legno (per scongiurare eventuali crolli fuori dal piano) 66

43 MECCANISMI DI DANNO TIPOLOGIE DI PRESIDI Contenuti del Manuale Da rotazione di spalle di volte e archi Per cedimento di piattabande e/o architrave Introduzione di catene e tiranti oppure centinature di archi e volte Riquadratura dei vani finestra 67

44 Modalità di dimensionamento Esempio di calcolo 70

45 Modalità di dimensionamento Esempio di dimensionamento del presidio Edificio con due piani fuori terra Spessore della muratura: - 0,5 m (piano terra) - 0,30 m (primo piano) Puntello in legno ad interasse di 1,5 m Tensione max = 7,7 N/mmq Coeff. di attrito legno-muro = 0,5 71

46 Modellazione per il dimensionamento dei presidi Modalità di dimensionamento F = Sa(T) * W coeff. di distribuzione 2 1 W peso della striscia di muratura Sa(T) accelerazione spettrale La componente verticale verrà assorbita solo dall attrito se non si dispongono opportuni tiranti (coeff legno-muro = 0,5) 72

47 Esempio di dimensionamento del presidio Modalità di dimensionamento q =8 KN/mq = 800 Kg/m W4 3,0 m W3 0,2 m W2 3,0 m W1 Forze sismiche F1 = 3,82 KN F2 = 4,77 KN F3 = 9,17 KN F4 = 9,55 KN Calcolo dei Pesi/Masse dell edificio da presidiare W1 = 0,5 * 1 * 3,2 * 20 KN = 32 KN (3200 Kg) W2 = 5,0 * 8 KN /2 = 20 KN (2000 Kg) W3 = 0,4 * 1 * 3,2 * 20 KN = 25,6 KN (2560 Kg) W4 = 5,0 * 8 KN /2 = 20 KN (2000 Kg) Posizione altimetrica delle masse h1 = 1,6 m 1 = 0,42 h2 = 3,2 m 2 = 0,85 h3 = 4,8 m 3 = 1,28 h4 = 5,6 m 4 = 1,70 Coeff. ripartizione Fi = Sa(T)* i* Wi /g Fi = 0,25 g * i * Wi / g 73

48 Esempio di dimensionamento del presidio Modalità di dimensionamento q = 800 Kg/m F4 3,0 m F3 0,2 m F2 3,0 m F1 F4 F3 F2 F1 C B A Fa = 0,69 KN Risolvendo la trave su 3 appoggi Fb = 13,70 KN Fc = 12,91 KN 74

49 Modalità di dimensionamento La Pianificazione e la Gestione Tecnica dell Emergenza Sismica Rilievo del Danno e Valutazione dell Agibilità Esempio di dimensionamento del presidio Fy amm = 770 N/cmq = 7,7 N/mmq V N A = N/ cmq Fc Ipotizzando una sezione 5 x 5 cm = (I / A )^0,5 = 1,44 7,54 m 6,4 m Lo / sez. inadeguata Calcoliamo la sez ipotizzando 150 L / 754/150 = 5,02 cm 7,99 Per sez quadrata b /(2 *(3^0.5) ) 4,0 m b = 17,39 adottiamo b = 20 cm 5,77 /cmq = 2,08 N/mmq 75

50 Esempio di dimensionamento del presidio Modalità di dimensionamento 6,4 m V 4,0 m E necessario assorbire, tramite idonei dispositivi, gli scorrimenti che nascono all interfaccia muro-puntello, nonché al piede V Vres = F * tg g Va = F /cos g Lo scorrimento al piede vale: V = Fa + Fb + Fc = 2370 Kg = T * S / (I*b) = 3 * T / (2 * A) Amm = 12 Kg /cmq A = 341,25 cmq Sezione 20 * 20 76

51 Titolo diapositiva Tabelle Sperimentali per dimensionamento 77

52 ANALISI DINAMICHE Modalità di dimensionamento O G W R b O' h O G R W 78

53 ANALISI DINAMICHE Modalità di dimensionamento I o sgn NPU WR sin F(t )Rcos L' p L t L p L' t L' t Lt E t At Lt db arctan L' t t cos E p h b L' t sen cos hb L' cos L' cos h b p Lp L' A p Lp p cos k 1 T pi b pi d b 79

54 AZIONI APPLICATE Modalità di dimensionamento a/g v (m/s) u (m) Terreno A T (s) T (s) A A A a/g v (m/s) u (m) Terreno B T (s) T (s) B B B spettro 0. 2 spettro T (s) T (s) 80

55 PROGETTAZIONE STATICA Modalità di dimensionamento Forze sismiche valutate secondo il metodo statico, previsto dal D.M Fascio convergente di puntelli in corrispondenza di ciascuna pareti trasversale ad interasse 5 m. Carichi permanenti e accidentali amplificati del 20% a causa delle incertezze sulle geometrie e sui carichi legate all impossibilità di accedere all interno delle strutture in pericolo di crollo. 82

56 Modalità di dimensionamento AMPLIFICAZIONE DINAMICA f R 2 > s 2r 3w 4h 5d 6m 7 Gli accelerogrammi derivati da uno stesso spettro conducono, anche a parità di accelerazione di picco, a una diversa risposta dell opera provvisionale. Il coefficiente di amplificazione dinamica aumenta: - passando dal terreno di tipo A a quello di tipo B - al crescere dell altezza della parete - al crescere dell altezza di interpiano - passando da uno spessore maggiore ad uno minore - all aumentare della distanza della massa presidiante - in presenza di sistema di puntellamento con massa rialzata 83

57 Terreno A Terreno B La Pianificazione e la Gestione Tecnica dell Emergenza Sismica Rilievo del Danno e Valutazione dell Agibilità Massa rialzata Massa non rialzata Massa rialzata Massa non rialzata Modalità di dimensionamento ULTIMO LIVELLO Accelerogrammi con a/g = 0.15 Accelerogrammi con a/g = 0.25 Accelerogrammi con a/g = Spessori Spessori Spessori Spessori Spessori Spessori Spessori Spessori aa ba ab bb aa ba ab bb aa ba ab bb aa ba ab bb aa ba ab bb aa ba ab bb aa ba ab bb aa ba ab bb

58 Tabelle di riferimento per il dimensionamento speditivo Modalità di dimensionamento Geometria del sistema (massa presidiante rialzata, massa presidiante non rialzata) Numero di piani dell edificio (2, 3) Intensità dell azione sismica a g (0.05g, 0.15g, 0.25g, 0.35g) Distanza della massa presidiante dalla facciata (3, 4 m) Altezza di interpiano (3, 4, 5 m) Spessore murario ai piani 1, 2 e 3 ( m, m) 87

59 Tabelle per la definizione del livello di carico Titolo diapositiva Altezza di interpiano di 3 m Solaio in legno Larghezza fascia di 1 m di solaio Spessore di 0,4 m A Muratura di tufo o a sacco 88

60 SOLUZIONE TRADIZIONALE Errori tipici di esecuzione Trave di contenimento Trave inferiore di ancoraggio Puntello Tirante 1P 13 x 13 2P 16 x 19 89

61 Sollecitazioni rispetto a cui dimensionare gli elementi Titolo diapositiva 90

62 Dimensionamento dei capichiave T1 = ( 2 * * R1 + 2 * * (R1 + s)) * 0,5 * s * tr Modalità di dimensionamento Verifica a punzonamento Ipotesi di diffusione a 45 Resistenza a trazione pari alla k indicata dalla normativa Per una forma circolare del capochiave si avrà : T1 = 2 * * (R1 + s/2) * s * k Nel caso di capichiave monodimensionali lo sforzo di tiro è limitato dal fenomeno di punzonamento 91

63 Esempio non comune Esempio catania 92

64 Edificio in muratura di via Verdi - Catania Esempio non comune Zona sismica di II categoria Sviluppo in elevazione complessivo su 3 livelli Altezze di interpiano elevate Pareti snelle Orizzontamenti spingenti su tutti i livelli 93

65 Individuazione dei campi di puntellamento Esempio non comune PIANO TERRA PIANO PRIMO PIANO SECONDO Campo 1 Campo 2 Campo 3 Campo 4 Campo 5 Sistema 0 Sistema 1 Sistema 2 Sistema 3 Sistema 4 Sistema 5 Sistema Campo 1 Campo 2 Campo 3 Campo 4 Campo 5 Campo 1 Campo 2 Campo 3 Campo 4 Sistema 1 Sistema 2 Sistema 3 Sistema 4 Sistema 5 Sistema 0 Sistema 1 Sistema Sistema 3 Sistema Campo Sistema 5 94

66 Esempio non comune La Pianificazione e la Gestione Tecnica Travi dell Emergenza di contenimento Sismica Rilievo del Danno e Valutazione dell Agibilità I livello: 1 IPE 240 Fe 360 II livello: 2 IPE 240 Fe 360 III livello: 2 IPE 300 Fe 360 Travi inferiori di ancoraggio 2 HEB 300 Fe 510 Puntelli I livello: traliccio singolo in tubi d acciaio Tipo 2, schema 1 d = 30 cm p = 130 cm II livello: traliccio singolo in tubi d acciaio Tipo 2, schema 1 d = 50 cm p = 60 cm III livello: traliccio doppio in tubi d acciaio Tipo 2, schema 1 d = cm p = 70 cm Tiranti I livello: 2 barre Ø14 Fe B 38k II livello: 2 barre Ø26 Fe B 38k III livello: 4 barre Ø26 Fe B 38k Campo 1 Campo 2 Campo 3 Campo 4 Campo 5 Sistema 0 Sistema 1 Sistema 2 Sistema 3 Sistema 4 Sistema

67 Sistema di puntellamento Esempio non comune 96

68 Tiranti verticali e trave di ancoraggio Esempio non comune 97

69 Nodo di base del sistema di tralicci Esempio non comune 98

70 Controventi in funi e tubi d acciaio Esempio non comune 99

71 Esempio non comune 101

72 Evidenze sperimentali Evidenze sperimentali Laboratorio Prove Materiali e Strutture UNIVERSITA DELLA BASILICATA 102

73 L intervento di puntellamento di pareti murarie a rischio di ribaltamento può essere validamente impiegato nell immediato dopo-sisma. Evidenze sperimentali L efficacia dell opera è strettamente dipendente dalla capacità di evitare scorrimenti relativi tra parete presidiata e testa dei puntelli e assorbire le reazione alla base di questi ultimi. Il dimensionamento effettuato staticamente non è in grado di garantire sempre una sufficiente resistenza degli elementi strutturali. Particolare attenzione deve essere posta nel puntellamento parziale di pareti. L incatenamento a livello di solaio dimostra una maggiore efficacia di quest ultimo sia in termini di rotazione delle pareti, sia in termini di amplificazione dinamica delle sollecitazioni agenti nei diversi elementi. 103

74 Sperimentazione su puntelli inclinati in vera grandezza Evidenze sperimentali (A1) (A2) (A3): Schema senza tirante tan = 0.2 (B1) tan = 0.2 (B2) 104

75 Sperimentazione su puntelli inclinati in vera grandezza Evidenze sperimentali Martinetto Parete di contrasto Celle di carico Puntello Trave verticale incernierata alla base Trave inferiore di ancoraggio Tirante strumentato con strain gage 105

76 4 La Pianificazione e la Gestione Tecnica dell Emergenza Sismica Rilievo del Danno e Valutazione dell Agibilità ,5 284, Evidenze sperimentali ,5 9 Ø7 s= Sperimentazione su puntelli inclinati in vera grandezza ,1 6, , , , , , , , ,8 14,

77 Sperimentazione su puntelli inclinati in vera grandezza Evidenze sperimentali 107

85 Campagna sperimentale Evidenze sperimentali Valutazione della risposta a trazione di stralli di lunghezza L=4 m in termini di resistenza e di rigidezza, sotto azioni statiche ed impulsive Variabili: 1. Tipologia dei cavi in acciaio armonico (utilizzati per il sollevamento) Cavo a 19 fili (F) Cavo a 114 fili con anima tessile (T1) Cavo a 133 fili ed anima metallica (T2) 2. Diametro d1=6 mm, d2=10 mm per (F) d1=7 mm, d2=12 mm per (T1) e (T2) 3. Configurazione Tirante con redance e morsetti alle estremità, configurazione (a) Tirante composto da due tronconi collegati tra loro con un tenditore a vite e gabbia e con redance e morsetti alle estremità, configurazione (b) Tirante con capicorda a pressione alle estremità, configurazione (c) Tirante composto da due tronconi collegati tra loro con un tenditore a vite e gabbia e con capicorda a pressione alle estremità, configurazione (d) (a) (b) Legenda cavo redancia e morsetti copocorda a (c) pressione (d) tenditore a vite e gabbia 115

86 Campagna sperimentale Evidenze sperimentali 116

87 Confinamento attivo delle colonne con il sistema CAM Evidenze sperimentali - Facile applicazione - Precompressione controllata - Uso di acciaio ad alta resistenza o inox - Calibrazione secondo le necessità 120

88 Confinamento attivo delle colonne con il DISPOSIZIONE S-P S DISPOSIZIONE D-P D sistema CAM Evidenze sperimentali DISPOSIZIONE S-CS 200 mm 200 mm 200 mm 200 mm DISPOSIZIONE D-C D 200 mm 200 mm 120 mm 120 mm 120 mm 120 mm DISPOSIZIONE D-SD 120 mm 120 mm 120 mm 120 mm 120 mm 120 mm Configurazioni CAM testate 121

89 Evidenze sperimentali La Pianificazione e la Gestione Tecnica dell Emergenza Sismica Rilievo del Danno e Valutazione dell Agibilità Confinamento attivo delle colonne con il sistema CAM PROGRAMMA SPERIMENTALE delle prove a compressione 20 colonne 35x35x80 cm, con riempimento a sacco 1o gruppo (8 colonne) Ciascun provino è stato prima testato a rottura, quindi rafforzato con il CAM senza altre riparazioni e provato con cicli di carico-scarico. 2o gruppo (5 colonne) Ciascun provino è stato rafforzato direttamente e provato (test diretto). 122

90 - 3 avvolgimenti con acciaio A.R. - Angolari continui Evidenze sperimentali Confinamento attivo delle colonne con il sistema CAM La Pianificazione e la Gestione Tecnica dell Emergenza Sismica Rilievo del Danno e Valutazione dell Agibilità Forza [KN] Forza [KN] Spostamento [mm] Spostamento [mm] DiSGG -Università della Basilicata - Potenza 124