MURATURA RINFORZATA CON SRG: PROVE SU TAVOLA VIBRANTE CON MISURA DEGLI SPOSTAMENTI TRAMITE SISTEMA OTTICO 3D

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Evangelista Orsini
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1 MURATURA RINFORZATA CON SRG: PROVE SU TAVOLA VIBRANTE CON MISURA DEGLI SPOSTAMENTI TRAMITE SISTEMA OTTICO 3D G. De Canio 1, M. Mongelli 2, A. Giocoli 3, I. Roselli 4, G. De Felice 5, S. De Santis 6 1,2,3,4 ENEA Casaccia, Laboratorio Qualifica Materiali e Componenti - UTT MAT-QUAL, Roma 5, 6 Università Roma TRE, Dip. di Ingegneria, Roma

2 Sommario Laboratorio di Qualifica Materiali e Componenti (ENEA Casaccia): Strumentazione e acquisizione dati Sistema ottico 3D (3DVision) Condivisione in remoto della sperimentazione (Laboratorio virtuale DYSCO) Caso studio: Il provino (macroelemento strutturale in muratura) Analisi preliminare FEA Allestimento delle prove su tavola vibrante Input sismico Analisi degli spostamenti tramite sistema ottico 3D Risultati sperimentali Conclusioni

studio: Il provino (macroelemento strutturale in muratura) Analisi preliminare FEA Allestimento delle prove su

industriali: Meccanica Aeronautica Trasporti Nucleare Studi sperimentali su: Dispositivi

3 Laboratorio di Qualifica Materiali e Componenti (ENEA Casaccia) Studio e verifica della risposta dinamica in vari campi: Patrimonio culturale Ingegneria civile Settori industriali: Meccanica Aeronautica Trasporti Nucleare Studi sperimentali su: Dispositivi antisismici: Isolatori, dissipatori, etc. Tecniche di rinforzo Nuovi materiali da costruzione Tavole vibranti

4 Strumentazione e acquisizione dati Sistemi convenzionali: Accelerometri LVDT Sensori di spostamento Laser Trasduttori a filo Sistemi non convenzionali Sistema ottico 3D per la misura degli spostamenti (3DVision). Particolarmente efficace per la condivisione della sperimentazione con il laboratorio virtuale DYSCO Celle di carico

ottico 3D per la misura degli spostamenti (3DVision).

5 Sistema 3DVision Sistema di motion capture 3D basato su costellazione di 9 telecamere NIR con marker retro-riflettenti (passivi) triangolazione delle telecamere NESSUN CABLAGGIO! ricostruzione 3D della posizione dei marker (accuratezza: mm)

(passivi) triangolazione delle telecamere NESSUN CABLAGGIO!

Condivisione in remoto della sperimentazione DySCo (Structural Dynamics, numerical Simulation, Qualification tests and vibration Control Home page: www.afs.enea.

6 Condivisione in remoto della sperimentazione DySCo (Structural Dynamics, numerical Simulation, Qualification tests and vibration Control Home page: Laboratorio virtuale Link per accedere a: Dati e documentazione in archivio SW e tool di calcolo di CRESCO (Computational RESearch center on COmplex system) il nodo principale del sistema HPC di ENEA Test in diretta dal laboratorio Visualizzazione 3D Finestra dell utente remoto webcam chat Visualizzazione in tempo reale della misura

it/project/dysco Laboratorio virtuale Link per accedere a: Dati e documentazione in archivio SW e tool di calcolo di CRESCO

7 Caso Studio Test su tavola vibrante su un macroelemento strutturale costituito da una facciata e due muri laterali non ammorsati in muratura a blocchi di tufo (tipica tipologia di molte costruzioni storiche sul territorio italiano) Fasi della sperimentazione: 1. FEA preliminare sulla struttura non danneggiata 2. Esecuzione dei test su tavola vibrante fino a ribaltamento della facciata (trattenuta con griglia di protezione) 3. Riparazione e rinforzo con SRG (Steel Reinforced Grout) 4. Esecuzione dei test su tavola vibrante fino a rottura Obbiettivo: Verifica dell efficacia del rinforzo con SRG per la protezione antisismica del macroelemento strutturale testato.

Esecuzione dei test su tavola vibrante fino a ribaltamento della facciata (trattenuta con griglia di protezione) 3.

8 Caso studio: il provino Non rinforzato Geometria Rinforzato con SRG Fasce di SRG Materiali Blocchi di tufo Dimensioni: 350 mm 370 mm 110 mm Peso per unità di volume: kn/m 3 Resistenza a compressione monoassiale: 5.98 N/mm 2 Modulo di Young: 1575 N/mm 2 Malta di calce idraulica Resistenza a compressione monoassiale: 4.08 N/mm 2 Modulo di Young: 2030 N/mm 2 x (direzione input monoassiale)

06 kn/m 3 Resistenza a compressione monoassiale: 5.

Caso studio: Modellazione e analisi preliminare agli elementi finiti (FEA) elementi Bar Elementi 3D Exa Elementi 3D Exa e 1D Bar Prima forma modale Seconda forma modale Per una prima stima del

9 Caso studio: Modellazione e analisi preliminare agli elementi finiti (FEA) elementi Bar Elementi 3D Exa Elementi 3D Exa e 1D Bar Prima forma modale Seconda forma modale Per una prima stima del comportamento dinamico della struttura Distribuzione sforzi-deformazioni Forme modali Frequenze modali Massa partecipante A supporto della progettazione del set-up di prova per identificare la posizione dove collocare la strumentazione di misura: Accelerometri Trasduttori a filo Markers 3DVision

Distribuzione sforzi-deformazioni Forme modali Frequenze modali Massa partecipante A supporto della progettazione del

10 Caso studio: Test set-up Allestimento su tavola vibrante Posizione dei marker Griglia di protezione Griglia di protezione dispositivi di ancoraggio alla tavola 48 marker (acquisiti a 200 Hz ) in 3D equivalgono a 48 x 3 = 144 sensori di spostamento monoassiali

dispositivi di ancoraggio alla tavola 48 marker (acquisiti a 200

11 Caso studio: Rinforzo con SRG (Steel Reinforced Grout) (a) cm Fronte (b) cm Retro (c) Materiali compositi costituiti: - Tessuto in acciaio galvanizzato ad alta resistenza - Matrice cementizia a base di calce idraulica naturale Griglia di protezione Vista laterale Progettazione intervento connettori (a) (b) (c) Messa in opera

galvanizzato ad alta resistenza - Matrice cementizia a base di calce idraulica naturale

Caso studio: Input sismico Principali terremoti italiani dal 1980, scalati e somministrati a intensità crescente in direzione ortogonale alla facciata (test monoassiali): Per valutare il potenziale

12 Caso studio: Input sismico Principali terremoti italiani dal 1980, scalati e somministrati a intensità crescente in direzione ortogonale alla facciata (test monoassiali): Per valutare il potenziale di danneggiamento degli input: Intensità spettrale di Housner (HI) modificata per le frequenze di interesse della struttura esaminata ( Hz): HI t Sv t, dt con t 1 = s e t 2 = 2.5 s t 2 1 R1168EW È risultato il più pericoloso per la struttura esaminata

Intensità spettrale di Housner (HI) modificata per le frequenze di interesse della struttura esaminata (0.

13 Caso studio: Input sismico Spettri di risposta in accelerazione

14 Resulti sperimentali: evoluzione del danno Non rinforzato Connessioni facciata-muri laterali LATO SUD LATO NORD LATO NORD COLLASSO PER RIBALTAMENTO Rinforzato con SRG LATO SUD Effetto delle fasce di SRG LATO SUD LATO NORD ROTTURA SENZA CROLLI

NORD COLLASSO PER RIBALTAMENTO Rinforzato con SRG LATO SUD

Resulti sperimentali: evoluzione del danno Evoluzione delle frequenze modali Non rinforzato Rinforzato con SRG Continua perdita di rigidezza per avanzamento progressivo del

15 Resulti sperimentali: evoluzione del danno Evoluzione delle frequenze modali Non rinforzato Rinforzato con SRG Continua perdita di rigidezza per avanzamento progressivo del danneggiamento alle connessioni laterali fino a scollamento della facciata a 0.29 g di PGA Sostanziale stabilità delle frequenze fino a input a elevata intensità, con rottura finale a 1.51 g di PGA

danneggiamento alle connessioni laterali fino a scollamento della facciata a 0.

Resulti sperimentali: evoluzione del danno Meccanismi di rottura Non rinforzato Rinforzato con SRG (a) (b) (c vista dall alto RIBALTAMENTO Apertura progressiva delle

16 Resulti sperimentali: evoluzione del danno Meccanismi di rottura Non rinforzato Rinforzato con SRG (a) (b) (c vista dall alto RIBALTAMENTO Apertura progressiva delle connessioni laterali fino a scollamento della facciata a 0.29 g di PGA Rottura finale a 1.51 g di PGA Fratturazione diffusa della facciata trattenuta dalle fasce di SRG

delle connessioni laterali fino a scollamento della facciata a 0.

17 Conclusioni Il sistema 3DVision ha reso possibile il monitoraggio degli spostamenti dei punti di misura tramite marker passivi evitando molti inconvenienti tipici degli strumenti convenzionali: facile istallazione, senza cavi; senza strutture rigide di riferimento per gli spostamenti assoluti; nessuna limitazione di range all interno del volume di misura (4 x 4 x 5 m); Ingombro e peso limitatissimi (marker da 25 mm dal peso di pochi grammi); nessuna perdita di strumentazione in caso di crolli; elevata numerosità di misure (48 marker in 3D = 144 canali) Gli spostamenti in 3D sono stati analizzati sia nel dominio del tempo (evoluzione delle fessure, drift, deformazioni permanenti) sia nel dominio della frequenza (analisi modale sperimentale) per una comprensione completa del comportamento dinamico della struttura e dell evoluzione dello stato di danneggiamento Nel caso studio, si è dimostrata la notevole efficacia del rinforzo con SRG per la protezione antisismica di un tipico macroelemento strutturale in muratura storica

limitatissimi (marker da 25 mm dal peso di pochi grammi); nessuna perdita di strumentazione in caso di crolli; elevata numerosità di misure (48 marker in 3D = 144 canali) Gli spostamenti in 3D sono

18 Grazie per l attenzione!

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