Interventi di consolidamento e protezione sismica di edifici in muratura. progetto di un tirante. Prof. Ing. Eva Coïsson

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1 Interventi di consolidamento e protezione sismica di edifici in muratura: progetto di un tirante Prof. Ing. Eva Coïsson Verrès, 2 dicembre 2011

2 ODE AL TIRANTE L inserimento di tiranti è uno dei più antichi metodi di consolidamento e a tutt oggi rimane uno dei migliori, perché: - Ha un ingombro molto limitato, è economico e di facile realizzazione - Non aumenta la massa dell edificio - Rispetta i principi teorici del restauro: è reversibile, compatibile, distinguibile, durabile e nella maggioranza dei casi costituisce il minimo intervento possibile - Non interferisce sostanzialmente con il comportamento globale della struttura in caso di sisma, ma ne elimina i meccanismi più pericolosi - Il tiro può essere controllato ed eventualmente ripreso nel tempo

3 CAMPI DI APPLICAZIONE Esso è applicabile sia in forma provvisoria che definitiva ed è utile per: - migliorare l ammorsamento tra pareti - migliorare la connessione tra solaio e parete di appoggio - presidiare le pareti già deformate da presso-flessione contro possibili fenomeni di instabilità - contrastare le spinte di elementi come archi, volte, cupole, coperture - migliorare il comportamento nel piano di pareti forate, consentendo la formazione del meccanismo tirante-puntone nelle fasce sopra porta e sotto finestra

4 ELEMENTO DI CONTRASTO Non bisogna dimenticare che il tirante necessita di un elemento di contrasto cui affidare il suo tiro. Questo può essere: - Un muro ortogonale a quello che deve essere presidiato - tirante affiancato su un lato - tiranti accoppiati - tirante inserito longitudinalmente: iniettato o in guaina (reversibile, ritesabile e controllabile) - cerchiatura - Il solaio, se sufficientemente rigido

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7 MATERIALI Il tirante può essere: - in acciaio - normale - armonico - in materiali compositi - in legno

8 CAPICHIAVE Il capochiave può essere: - a paletto (o bolzone): essendo di dimensioni maggiori interessa una porzione di muratura maggiore - a piastra: indicata particolarmente per murature di scarsa qualità, realizzate con elementi di piccole dimensioni - incassato: da evitare sia per motivi conservativi che statici (specie in murature a più paramenti scollegati) - ancoraggi per aderenza: possono presentare problemi di compatibilità materica ed è comunque difficile controllarne l efficacia

9 DETTAGLI TECNOLOGICI La superficie di contatto deve essere uniformata Il capochiave a paletto deve essere disposto inclinato e in modo tale da andare a prendere gli elementi di contrasto

10 DETTAGLI ESTETICI Come? Noto

11 Dove? Siracusa, Piazza della Cattedrale

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16 GIUNTI DI TENSIONE I giunti di tensione possono essere: - terminali - a vite e dado - a cuneo - intermedi - a vite e gabbia - a vite e manicotto - unione a forchetta

17 FASI OPERATIVE 1) Scrostatura dell intonaco 2) Eventuali interventi sulla muratura 3) Segnatura dei livelli e degli assi dei tiranti 4) Foratura delle pareti 5) Eventuale scasso della muratura (sconsigliato, specie nei muri a più paramenti) 6) Eventuale consolidamento della muratura interessata dall ancoraggio 7) Preparazione e inserimento dei tiranti 8) Posizionamento dell organo di ritegno 9) Messa in tensione dei tiranti 10)Protezione dei dispositivi di ritegno dagli agenti atmosferici 11)Sigillatura di fori e scanalature

18 TESATURA DELLE CATENE - Allungamento a caldo - Allungamento a freddo Il tiro da affidare alla catena può essere approssimativamente considerato il 50% della spinta dell eventuale arco o comunque tale da avere sempre un contenimento attivo, anche con temperature estive. Se c è un arco, il tirante andrebbe messo al livello delle reni, altrimenti va verificata la sollecitazione tagliante e flessionale causata dal tirante nella parete.

19 REAZIONE ALLE VARIAZIONI DI TEMPERATURA Ninf=N0-N t N t=α tl(ea/l) Il coefficiente di dilatazione termica dell acciaio è α f = C-1, mentre quello della comune muratura di mattoni si può assumere pari a αm = C-1

20 VERIFICA La trazione nei tiranti esistenti può essere valutata per mezzo di prove statiche e/o dinamiche

21 VERIFICA DI MECCANISMO LOCALE IN UN EDIFICIO ESISTENTE IN MURATURA E CALCOLO DEL CONSOLIDAMENTO CON TIRANTI Mediante ANALISI STATICA LINEARE 1) Percorso di conoscenza: fattore di confidenza e caratteristiche dei materiali 2) Individuazione del cinematismo di collasso 3) Caratteristiche geometriche del setto interessato dal cinematismo 4) Analisi dei carichi 5) Determinazione dello spettro di progetto 6) Calcolo del moltiplicatore orizzontale dei carichi che attiva il cinematismo 7) Definizione dell'oscillatore equivalente 8) Verifica 9) Calcolo della forza da assegnare al tirante per soddisfare la verifica 10) Dimensionamento di tirante e capochiave

22 1. Percorso di conoscenza: fattore di confidenza - Edificio di 3 piani fuori terra in muratura portante ordinaria - Destinazione d uso: civile abitazione - Ubicazione: Parma (Zona sismica: 3) - Categoria di sottosuolo : C Sulla base delle informazioni complessivamente acquisite sul fabbricato (solo con rilievi visivi, previa rimozione dell'intonaco su porzioni 1 m x 1 m, meglio se vicino agli angoli), si assume un livello di conoscenza LC1 ( C8A.1.A, Circ. n.617 del 2/2/09), che porta all adozione di un fattore di confidenza Fc = 1,35 (Tabella C8A.1.1, Circ. n.617 del 2/2/09) e all utilizzo dei valori minimi di resistenza riportati nella Tabella C8A.2.1 per la tipologia muraria in considerazione.

23 1. Percorso di conoscenza: caratteristiche dei materiali Si ipotizza che la muratura che compone l edificio sia in pietre a spacco con buona tessitura.

24 1. Percorso di conoscenza: caratteristiche dei materiali Dalla tabella C8A.2.1 della Circ. n.617 2/2/09 risultano i valori di seguito riportati: Peso specifico medio della muratura w = 21.0 kn/m3 Resistenza media a compressione della muratura fm=260 N/cm2 Resistenza media a taglio della muratura τ 0=5,6 N/cm2 Il coefficiente parziale di sicurezza γs da utilizzare per il progetto sismico delle strutture in muratura è pari a 2 ( del D.M ). I valori di calcolo delle resistenze sono pertanto i seguenti: - σr (resistenza a compressione di calcolo della muratura): σr = fm/fc/γs= 260 N/cm2/1,35/2 = 96 N/cm2 - fv0 (resistenza a taglio di calcolo della muratura in assenza di compressione): fv0 = τ0/fc/γs =5.6 N/cm2/1,35/2 = 2,07 N/cm2.

25 2. Individuazione del cinematismo di collasso Per individuare i meccanismi di collasso da considerare per la quantificazione dell azione sismica sui tiranti bisogna rifarsi all esperienza

26 2. Individuazione del cinematismo di collasso e all osservazione del quadro fessurativo dell oggetto di intervento

27 2. Individuazione del cinematismo di collasso

28 3. Caratteristiche geometriche del setto interessato dal cinematismo

29 4. Analisi dei carichi E+Gk+ΣΨ2iQki Gli effetti dell azione sismica vanno valutati tenendo conto delle masse associate a: Gk+ΣΨ2iQki I valori dei coefficienti di combinazione ψ2i sono riportati nella tabella 2.5.I del D.M , e nel presente caso valgono ψ2i = 0,3 per categoria A ambienti ad uso residenziale; ψ2i = 0 per neve a quota < 1000m s.l.m.. Ψ2i Destinazione d uso Abitazioni, uffici, scale 0.30 Ambienti soggetti ad affollamento 0.60 Neve sopra i 1000 mslm 0.20

30 4. Riassunto di geometria e carichi sul setto N=3 b1 = 0,45 m b2 = 0,45 m Z = 3,3 m h1 = 2,6 m h2 = 2,4 m htot = 8,3 m N1 = 75,58 kn N2 = 106,33 kn hbar = 3,0 m d1 = 0,30 m d2 = 0,30 m l = 6,8 m P1 = 167,08 kn P2 = 154,22 kn

31 5. Determinazione dello spettro di progetto Riepilogo dati fabbricato: - Zona 3 (Parma, zona campus) Coordinate geografiche in gradi sessadecimali (da Google Earth): Lat Long Costruzione ordinaria, con normali affollamenti (DM08, 2.4): VN = 50 anni, classe d uso II, coefficiente d uso CU = 1 periodo di riferimento dell azione sismica VR = VN x CU = 50 anni Per il progetto e le verifiche a SLV si deve far riferimento ad una probabilità di superamento del 10% nel periodo di riferimento VR: VR 50 Tr = = = 475 anni ln(1 PR ) ln(1 0.1) - Suolo di categoria C (sabbie e ghiaie mediamente addensate, con inclusione di elementi lapidei) - Categoria topografica T1 (superficie pianeggiante, pendii e rilievi isolati con inclinazione media 15 )

32 6. Determinazione dello spettro di progetto Programma Spettri-NTCver del CSLP:

33 5. Determinazione dello spettro di progetto Programma Spettri-NTCver del CSLP:

34 5. Determinazione dello spettro di progetto Programma Spettri-NTCver del CSLP: Spettro di progetto Fattore di struttura ( C8A Allegato alla Circolare Applicativa): Per le verifiche con analisi cinematica lineare a SLV il fattore di struttura q può essere assunto pari a 2

35 5. Determinazione dello spettro di progetto Programma Spettri-NTCver del CSLP: Spettro di progetto Parametri e punti dello spettro di risposta

36 5. Tabella riassuntiva dei parametri che definiscono le forme spettrali STATO LIMITE DI RIFERIMENTO SLV Accelerazione orizzontale massima al sito ag 0,150 g Valore massimo del fattore di amplificazione dello spettro in accelerazione orizzontale Fo 2,453 Periodo di inizio del tratto a velocità costante dello spettro in accelerazione orizzontale TC* 0,280 s Vita nominale VN 50 Classe d uso (valore del coefficiente d uso) cu 1 Periodo di riferimento dell azione sismica VR 50 Probabilità di superamento PVR 0,10 Tempo di ritorno dell azione sismica TR 475 C Categoria di sottosuolo Coefficienti di amplificazione stratigrafica Ss 1,479 Cc 1,598 Corso di aggiornamento sui metodi di calcolo contenuti nella recente normativa tecnica e sismica (D.M ) ST Coefficiente di amplificazione topografica 1

37 6. Calcolo del moltiplicatore orizzontale dei carichi che attiva il cinematismo Posizione della cerniera in funzione della resistenza a compressione del materiale (ipotesi di distribuzione lineare delle tensioni di compressione, nessuna resistenza a trazione)

38 6. Calcolo del moltiplicatore orizzontale dei carichi che attiva il cinematismo Calcolo dei momenti stabilizzanti e dei momenti instabilizzanti Calcolo del moltiplicatore orizzontale dei carichi che attiva il meccanismo (MS=MI)

39 7. Definizione del sistema equivalente Massa partecipante al cinematismo: Frazione di massa partecipante: δ Accelerazione sismica spettrale: y θ Se non avessimo arretrato la cerniera, avremmo dovuto applicare qui il fattore di confidenza

40 7. Definizione del sistema equivalente F MS MI/alfa x y 167,08 0,17 1,30 29,07 217,20 217,20 282,37 P2 154,22 0,17 3,80 26,83 586,04 586, ,94 N1 75,58 0,25 2,60 18,82 196,51 196,51 510,92 N2 106,33 0,25 5,00 26,48 531,65 531, ,25 TOT 503,21 101, , , ,47 P1 Fy Fy^2 (somma)^2 alfa 0 = 0,066 (somma) 412,99 M* g 0,82 e* 0,788 a0*

41 8. Verifica dello SLV con analisi limite lineare Verifica che l'accelerazione spettrale che attiva il meccanismo sia maggiore di quella prevista dalla normativa per il tempo di ritorno previsto ( C8A.4.2.3): In tutti i casi: 0,788 m/s2= =0,15 g x 1,479 / 2 = 1,088 m/s2 NON verificato Per porzioni della costruzione poste ad una certa quota

42 8. Verifica dello SLV con analisi limite lineare Stima del periodo fondamentale tramite l espressione del DM08 ( ): - C1 dipende dal tipo di struttura C1 = 0.05 per edifici in muratura - H è l altezza dell edificio dal piano di fondazione in m nel caso in esame H = 8,3 m T1 = C1 H 3 4 = ,33 4 = 0.24 s Determinazione dell ordinata spettrale corrispondente a T1 TB = s TC = s TB T1 TC S d ( T1 ) = a g S S ST F0 / q = / 2 = g Sd (g) T (s)

43 8. Verifica dello SLV con analisi limite lineare = 0,272 9,81 0,788 m/s = 2 NON verificato 3,3 9 = 1,364m / s 2 8,3 7

44 9. Calcolo della forza da assegnare al tirante per soddisfare le verifiche

45 9. Calcolo della forza da assegnare al tirante per soddisfare le verifiche a0* = α0= α 0g e* FC a0*, max e* FC g T2=3,43 kn T1=45,18 kn = 0,154

46 10. Dimensionamento di tirante e capochiave VERIFICA PROGETTO Verifica a trazione del tirante N At σa=t/at<fy At=T/fy Considerando di utilizzare acciaio AISI 304: tensione di snervamento fy = 240 MPa, coeff. parziale di sicurezza per l acciaio γs=1 in caso sismico At = 45180/240 = 188,25 mm2 ---> 1 Φ 16 (201 mm2)

47 10. Dimensionamento di tirante e capochiave VERIFICA PROGETTO Verifica a compressione sulle murature su cui insiste il capochiave N σm Ac σm=t/ac<σr Ac=T/σr σr è la resistenza a compressione di calcolo della muratura, pari a σr= fm/fc/γs= 260 N/cm2/1,35/2 = 96 N/cm2 Ac= 45180/96 = 470 cm2 ---> 10 x 50 cm

48 10. Dimensionamento di tirante e capochiave VERIFICA Verifica a punzonamento della muratura t/2 L2 t/2 45 N L1 t τm t/2 t τm=t/2(l1+l2+2t)t<fv fv è la resistenza a taglio di calcolo della muratura, valutata come fv=(t0+0,4σ)/fc/γs=(5.6+0,4 x19) N/cm2/1,35/2 = 4,88N/cm2 τm = 45180/(2( )45) = 3,35 N/cm2 < fv

49 10. Dimensionamento di tirante e capochiave VERIFICA PROGETTO Verifica a flessione del capochiave N Mmax=σmL2L21/8 L1 σa=6m/l2s2<fy σm = T/A = 90,36 N/cm2 Mmax= Ncm s = 2,67 cm ---> s = 3 cm s= 6M/L2fy

50 GRAZIE PER L'ATTENZIONE fine della presentazione