IL CONSOLIDAMENTO SISMICO DEGLI EDIFICI CIVILI E STORICI IN MURATURA. NUOVI INTONACI NANOCOMPOSITI AD ALTE PRESTAZIONI

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1 IL CONSOLIDAMENTO SISMICO DEGLI EDIFICI CIVILI E STORICI IN MURATURA. NUOVI INTONACI NANOCOMPOSITI AD ALTE PRESTAZIONI Dott. Ing. S. Sacrato, Ph.D. Indice 1. La mappa sismica italiana 2. Gli effetti macroscopici del sisma 3. Come intervenire 4. La ricerca negli anni 5. Case Marcolini La motivazione della ricerca Campagna sperimentale Modelazione numerica 6. L avanzamento della ricerca PRESIDENTE: Cav. Gr. Cr. Dott. Salvatore d Erasmo Cief Executive Off.: Dott. Ing. Stefano Sacrato, Ph.D. University of Brescia, Dept. of Civil, Architectural, Environmental, Land Planning Engineering and Mathematics

2 LA MAPPA SISMICA ITALIANA: /39

3 LA MAPPA SISMICA ITALIANA: La maggior parte degli edifici (81%) è stata costruita prima del 1981, prima classificazione simica italiana La quasi totalità degli edifici a rischio sono in muratura Circa 9 milioni di edifici sono stati costruiti senza alcuna progettazione sismica 3/39

4 ONNA, 6 APRILE /39

5 ONNA, 6 APRILE /39

6 GLI EFFETTI MACROSCOPICI DEL SISMA 6/39

7 GLI EFFETTI MACROSCOPICI DEL SISMA 7/39

8 GLI EFFETTI MACROSCOPICI DEL SISMA 8/39

9 GLI EFFETTI MACROSCOPICI DEL SISMA 9/39

10 GLI EFFETTI MACROSCOPICI DEL SISMA SULLE MURATURE IN MATTONI 10/39

11 GLI EFFETTI MACROSCOPICI DEL SISMA SULLE MURATURE IN MATTONI 11/39

12 COME INTERVENIRE: IL CONSOLIDAMENTO DI EDIFICI IN MURATURA 12/39

13 COME INTERVENIRE: IL CONSOLIDAMENTO DI EDIFICI IN MURATURA Ricerca del comportamento scatolare per rendere la struttura più compatta e resistente alle azioni orizzontali 13/39

14 LA RICERCA NEGLI ANNI : test sperimentali per la caratterizzazione di diversi mix design (studio sull ottimizzazione di ARMOX) : test sperimentali su murature in scala reale in mattoni pieni e forati con fori verticali. Test effettuati su diversi tipi di rivestimenti : test in scala reale su murature do mattoni forati con fori orizzontali : analisi numerica per la simulazione al calcolatore dei danni da terremoto 5 Dottorati di Ricerca dedicati. Adesso tutti sono post-doc all Università di Brescia e continuano nello stesso settore di ricerca 1 Dottorando che ha iniziato il secondo anno di specializzazione con tesi dedicata alla ricerca di ARMOX 9 Professori Associati hanno dato il loro contributo e continuano a fornirlo 54 tesi di laurea tra bechelor e Master pubblicate dal 2001 ad oggi 10 articoli scientifici su riviste internazionali pubblicati 15 stage curriculari e extra-curriculari 14/39

15 COME INTERVENIRE: IL CONSOLIDAMENTO DI EDIFICI IN MURATURA Edificio non consolidato Edificio consolidato con ARMOX: intonaco «antisismico» Connessione di ARMOX alle fondazioni Il rivestimento viene effettuato solo sul lato esterno delle murature perimetrali con spessori inferiori ai 25 mm Se muri e solai sono collegati in maniera corretta, ARMOX da solo permette di ottenere un perfetto comportamento scatolare dell edificio ARMOX permette di migliorare la resistenza nel piano delle sollecitazioni, la duttività e la rigidezza iniziale delle murature ARMOX migliora anche il comportamento fuori piano anche delle murature non portanti 15/39

16 ARMOX : INTONACO NANO-COMPOSITO AD ALTA RESISTENZA RESIDUA ARMOX ARMOX (Conforti-Facconi 2014) Resistenza a felssione (EN ,2007) Resistenza a compressione (EN ,2007) Modulo elastico (EN ,2009) Resistenza trazione residua (CMOD=0,5mm) (CMOD=2,5mm) 10,07 MPa 61,04 MPa MPa 6,90 MPa 9,02 MPa 16/39

17 ARMOX : INTONACO NANO-COMPOSITO AD ALTA RESISTENZA RESIDUA Costruzione campione in scala reale Umidificazione a rifiuto della muratura Miscelazione dell impasto e aggiunta fibre Costruzione campione in scala reale Applicazione primo strato di ARMOX Inserimento ancoraggi anti-instabilità geometrica Applicazione strato di finitura di ARMOX 17/39

18 ARMOX : INTONACO NANO-COMPOSITO AD ALTA RESISTENZA RESIDUA Preparazione banco di prova per test a taglio puro (in piano) con ARMOX Meccanismo di collasso per rocking (ribaltamento rigido) Sollevamento della muratura dal solaio. Nessuna crepa per taglio rilevata Preparazione banco prova per test a taglio puro (in piano) senza ARMOX Meccanismo di collasso per fessurazione a taglio Creazione fessure a 45 ed esplosione dei mattoni in corrispondenza del puntone virtuale 18/39

19 ARMOX : INTONACO NANO-COMPOSITO AD ALTA RESISTENZA RESIDUA 19/39

20 CAMPAGNA SPERIMENTALE MURATURA RETTANGOLARE IN MATTONI PIENI Rivestimento su due lati Sample and load direction Lateral Strength [kn] Load of the first cracking [kn] MW Carico di prima cricca. Da qui comincia a creparsi Nessun rivestimento Rivestimento su un lato MW6 ST(2L)-SP MW6 ST(1L)-SP >49% 211 >225% >50% 193 >222% >34% 186 >186% >47% 186 >210% Incremento medio della resistenza laterale (rispetto alla muratura non rivestita) +41% Differenza di resistenza laterale tra rivestimento di un lato e di due -8% +198% Incremento medio del carico di prima cricca 20/39

21 CASE MARCOLINI: LE MOTIVAIZONI DELLA RICERCA MATTONI FORATI: - Strutture portanti fatte con mattoni NON PORTANTI - Fori orizzontali EDILIZIA POPOLARE CASE MARCOLINI( ) Provincia di brescia 7598 case Ø > 60 % Saggio effettuato in una farmacia (Villaggio Badia, Brescia) Provincia di Brescia Municipi con più di 60 case Marcolini BRESCIA 4305 nel comune di Brescia in villaggio Violino ( ) in villaggio Badia ( ) in villaggio Prealpino ( ) in villaggio Sereno ( ) in altri villaggi 21/39

22 Edifici con murature tipo Marcolini Bagnolo Mella (BS) Roma (2016) 22/39

23 CASE MARCOLINI LE MOTIVAZIONI DELLA RICERCA SALÒ, 5.2 M L 24 NOVEMBRE 2004 Tipologia edificio n % case bifamiliari a due piani % case bifamiliari un piano % Due piani - capannoni % BRESCIA Altre tipologie % Totale % 23/39

24 RIFERIMENTI DELLA RICERCA CAMPAGNA SPERIMENTALE MODELLAZIONE NUMERICA 24/39

25 CAMPAGNA SPERIMENTALE SOLLECITAZIONI A TAGLIO CARICHI SISMICI CARICHI SISMICI SOLLECITAZIONI A FLESISONE CASA MARCOLINI BI-FAMILIARE MURATURE RETTANGOLARI TOZZE 1-3 MURATURE A T ROVESCIA WALLS 4-7 WALL 1 MURATURA NON RINFORZATA WALL 2 MURATURA RIPARATA WALL 3 MURATURA RINFORZATA WALL 4 MURATURA NON RINFORZATA WALL 5 MURATURA RIPARATA WALL 6-7 MURATURA RINFORZATA 25/39

26 CAMPAGNA SPERIMENTALE CARATTERIZZAZIONE DEI MATERIALI ARMOX f bh [MPa] f bv [MPa] f bt [MPa] 3.88 << MALTA DI ALLETTAMENTO E m0 [MPa] f m [MPa] f mt [MPa] MATTONI A FORI ORIZZONTALI E m [MPa] f m [MPa] MATTONI A FORI VERTICALI E m [MPa] f m [MPa] /39

27 CAMPAGNA SPERIMENTALE WALL 4: MURATURA A T ROVESCIA STRUMENTAZIONE WALL 4 N = 59 kn σ MPa (σ 0 /f m 12%) TELAIO DI SOLLECITAZIONE 27/39

28 MODELLAZIONE NUMERICA Simulazione del comportamento della facciata principale MALTA MS20 f t [MPa] f c [MPa] 1,5 3,5 ε um [-] E [MPa] 0, % +330 % 28/39

29 MODELLAZIONE NUMERICA Simulazione del comportamento di una casa in mattoni Timpano in pietra + ARMOX (CQ30L) F V3 = 20,55 N/mm F H3 = 468,3 N F V3 = 20,55 N/mm Layers (CL18B) Murature esterne (CL18B) F H2 = 3183,5 N F V2 = 2,39 N/mm Murature rinforzate + ARMOX (CQ40L) F H1 = 1582,35 N F V1 = 4,49 N/mm Murature esterne + ARMOX solaio (CQ40S) (CQ40L) Trazione Compressione Stone Masonry & ARMOX plaster Collegamento in fondazione Modello di frattura (Total Strain Rotating Crack Model) Curved Shell Layered Element Nonlinear tension softening Parabolic compression curve 29/39

30 MODELLAZIONE NUMERICA Simulazione del comportamento di una casa in mattoni 30/39

31 MODELLAZIONE NUMERICA Simulazione del comportamento di una casa in mattoni Geometria di frattura 390 kn 383 kn A + B + A + e A - West East B - A kn 400 kn Thrust B + Draught B - 31/39

32 MODELLAZIONE NUMERICA Simulazione del comportamento di una casa in mattoni BUILDING 2 BUILDING 2 + PLASTER + 48% 568 kn 383 kn B + A + Facciata nord A + A + B + B + A kn + 61% Facciata est B kn A - B - Facciata sud 32/39

33 L AVANZAMENTO DELLA RICERCA BANDO HEALTH&WEALTH 2015 UNIVERSITA DEGLI STUDI DI BRESCIA ACCORDO DI COFINANZIAMENTO E COLLABORAZIONE PER LA REALIZZAZIONE DEL PROGETTO RIQUALIFICAZIONE DEL COSTRUITO IN MURATURA: SICUREZZA SISMICA E COMFORT ABITATIVO, ACRONIMO SISMACOMF 33/39

34 L AVANZAMENTO DELLA RICERCA STRUTTURA Muratura Portante Solaio in legno lamellare Cappa e cordoli in C.A. CARICHI Applicazione quasi statica tramite martinetti idraulici fissati alla torre di contrasto 34/39

35 L AVANZAMENTO DELLA RICERCA Torre di spinta Solettone di fondazione 35/39

36 L AVANZAMENTO DELLA RICERCA 36/39

37 L AVANZAMENTO DELLA RICERCA 37/39

38 L AVANZAMENTO DELLA RICERCA 38/39

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