IL CONSOLIDAMENTO E IL RIPRISTINO STATICO, DI EDIFICI IN MURATURA E STRUTTURE IN C.A. MISTE

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1 DI EDIFICI IN MURATURA E STRUTTURE IN C.A. MISTE DOCENTE: Architetto Fausto Bisi

2 RIFERIMENTI NORMATIVI: NTC 08 «Costruzioni esistenti» cap. 8 CIRCOLARE 2 febbraio 2009, n Istruzioni per l'applicazione delle «Nuove norme tecniche per le costruzioni» di cui al decreto ministeriale 14 gennaio L.R. 30/10/2008, n. 19 e atti di indirizzo Linee guida per la valutazione e riduzione del rischio sismico del patrimonio culturale

3 VALUTAZIONE DELLA SICUREZZA (8.3) Definizione: La valutazione della sicurezza è il confronto quantitativo fra le situazioni pre e post intervento eseguita secondo gli Stati Limite Ultimi È obbligatoria quando le condizioni di sicurezza sono peggiorate per: Variazioni indipendenti dall uomo (terremoti, degradi, cedimenti fondali, ) Variazioni dipendenti dall uomo (aumento carichi, modificazioni rigidezze, )

4 CLASSIFICAZIONE DEGLI INTERVENTI (8.4) INTERVENTO DI ADEGUAMENTO: Si adegua il grado di sicurezza dell edificio secondo i dettati dell NTC, per esempio: Sopraelevazioni Ampliamento con opere strutturalmente legate alla costruzione originaria Variazione di destinazione d uso con aumento di carichi in fondazione > 10% Creazione di organismo edilizio diverso dal precedente

5 CLASSIFICAZIONE DEGLI INTERVENTI (8.4) INTERVENTO DI MIGLIORAMENTO: Si migliora la capacità di resistenza delle strutture esistenti nel suo insieme e nei possibili meccanismi locali. INTERVENTO DI RIPARAZIONE O INTERVENTO LOCALE: Rinforzo dei singoli elementi strutturali senza modificare il comportamento globale della struttura dell edificio.

6 PROCEDURA PER LA VALUTAZIONE DELLA SICUREZZA ANALISI CRITITCO-STORICA RILIEVO CARATTERIZZAZIONE MECCANICA LIVELLI DI CONOSCENZA E FATTORI DI CONFIDENZA METODI DI ANALISI INTERVENTI

7 ANALISI CRITITCO-STORICA ANALISI CRITICO-STORICA (8.5.1) 1. Ricostruzione del processo di realizzazione dell immobile e delle sue modificazioni insieme agli effetti di eventi sismici (materiali d archivio, iconografie, capitolati, stime, cataloghi dei terremoti) 2. Tecnologie storiche afferenti ai momenti della costruzione

8 ANALISI CRITITCO-STORICA 1. ANALISI CRITICO-STORICA (8.5)

9 ANALISI CRITITCO-STORICA (tratto da: G. Valadier Architettura Pratica, 1831) 2.

10 ANALISI CRITITCO-STORICA (tratto da: L. Bolognini Il muratore reggiano, 1825) Nel nostro ducato Ing. Ludovico Bolognini Il Muratore Reggiano aggiunta pratica per le fabbriche

11 ANALISI CRITITCO-STORICA (tratto da: Manuale dell architetto, CNR 1962)

12 ANALISI CRITITCO-STORICA (tratto da: Manuale dell architetto, CNR 1962)

13 ANALISI CRITITCO-STORICA (tratto da: R. Nelva B. Signorelli, Avvento ed evoluzione del calcestruzzo armato in Italia: il sistema Hennebique, 1990)

14 ANALISI CRITITCO-STORICA (tratto da: Manuale del Recupero Città di Castello)

15 ANALISI CRITITCO-STORICA (tratto da: Manuale del Recupero Città di Castello)

16 ANALISI CRITITCO-STORICA (tratto da: Manuale del Recupero Città di Castello)

17 RILIEVO RILIEVO (8.5.2) Il rilievo si compone di un insieme di procedure relazionate e mirate alla conoscenza della geometria esterna delle strutture e dei dettagli costruttivi. Vengono rilevati e rappresentati: il quadro fessurativo: classificazione delle lesioni e tipologia del meccanismo associato (distacco, rotazione, scorrimento, spostamenti fuori del piano, etc.) il quadro deformativo (evidenti fuori piombo, rigonfiamenti, depressioni nelle volte, etc.)

18 RILIEVO RILIEVO (8.5.2) (tratto da: G. Cangi, Intervento in un palazzo aquilano, 2009)

19 RILIEVO RILIEVO (8.5.2) (tratto da: G. Cangi, Intervento in un palazzo aquilano, 2009)

20 RILIEVO IL DANNO SISMICO 1 MODO: La muratura si danneggia per l innescarsi di fenomeni ribaltamento a causa di azioni agenti ortogonalmente al suo piano medio. 2 MODO: La muratura si danneggia lesionandosi a causa di sforzi taglianti generati da azioni agenti parallelamente al suo piano medio.

21 RILIEVO IL DANNO SISMICO

22 RILIEVO IL DANNO SISMICO

23 RILIEVO SCHEDA PALAZZI

24 CARATTERIZZAZIONE MECCANICA DIAGNOSTICA (8.5.3) La diagnostica è parte integrante del progetto. La caratterizzazione meccanica dei materiali si basa principalmente su verifiche in situ e indagini sperimentali.

25 CARATTERIZZAZIONE MECCANICA (tratto da: R.E.R.)

26 CARATTERIZZAZIONE MECCANICA

27 CARATTERIZZAZIONE MECCANICA

28 LIVELLI DI CONOSCENZA E FATTORI DI CONFIDENZA LIVELLI DI CONOSCENZA - il livello di conoscenza LC3 è raggiunto con il rilievo geometrico, verifiche in situ estese ed esaustive sui dettagli costruttivi, indagini in situ esaustive sulle proprietà dei materiali; il corrispondente fattore di confidenza è FC=1; - il livello di conoscenza LC2 è raggiunto con il rilievo geometrico, verifiche in situ estese ed esaustive sui dettagli costruttivi ed indagini in situ estese sulle proprietà dei materiali; il corrispondente fattore di confidenza è FC=1.2; - il livello di conoscenza LC1 è raggiunto con il rilievo geometrico, verifiche in situ limitate sui dettagli costruttivi ed indagini in situ limitate sulle proprietà dei materiali; il corrispondente fattore di confidenza è FC=1.35.

29 METODI DI ANALISI METODI DI ANALISI Metodo di analisi globale Per costruzioni esistenti è possibile utilizzare l analisi statica non lineare. Metodo di analisi dei meccanismi locali La carenza di collegamenti fra gli elementi strutturali negli edifici storici favorisce i meccanismi di ribaltamento, collassi parziali, ecc Si impiega l analisi limite dell equilibrio delle strutture murarie, considerate come corpi rigidi non resistenti a trazione il principio dei lavori virtuali ad ogni meccanismo prescelto.

30 LIVELLI DI CONOSCENZA LIVELLI DI CONOSCENZA - il livello di conoscenza LC3 è raggiunto con il rilievo geometrico, verifiche in situ estese ed esaustive sui dettagli costruttivi, indagini in situ esaustive sulle proprietà dei materiali; il corrispondente fattore di confidenza è FC=1; - il livello di conoscenza LC2 è raggiunto con il rilievo geometrico, verifiche in situ estese ed esaustive sui dettagli costruttivi ed indagini in situ estese sulle proprietà dei materiali; il corrispondente fattore di confidenza è FC=1.2; - il livello di conoscenza LC1 è raggiunto con il rilievo geometrico, verifiche in situ limitate sui dettagli costruttivi ed indagini in situ limitate sulle proprietà dei materiali; il corrispondente fattore di confidenza è FC=1.35.

31 INTERVENTI Anni 80 SVILUPPO DI PROPOSTE PER LA RIPARAZIONE DELLE MURATURE INTERVENTI SULLA COSTRUZIONE (tratto da: Seminario organizzato dalla sezione Recupero del gruppo C.N.R. Produzione edilizia Facoltà di Architettura di Firenze)

32 INTERVENTI Ammorsamento di parete in cemento armato alla vecchia muratura mediante cordoli.

33 INTERVENTI Consolidamento di murature mediante lastre sottili (gunite o betoncino) armate con rete elettrosaldata in acciaio e collegate da ferri passanti.

34 INTERVENTI Muratura cementata per colo di latte di cemento Muratura cementata con iniezioni a pressione

35 INTERVENTI Sintesi degli anni 80 Inizio degli studi sulle strutture antiche Introduzione di una nuova manualistica Mantenimento della fiducia nell uso del cemento e cemento armato per la riparazione e consolidamento delle murature

36 INTERVENTI D.M. 20/11/1987 NORME TECNICHE PER LA PROGETTAZIONE, ESECUZIONE E COLLAUDO DEGLI EDIFICI IN MURATURA E PER IL LORO CONSOLIDAMENTO Dall introduzione della norma sviluppo di una nuova manualistica tecnica utile all applicazione del Decreto Ministeriale e successiva Circolare Ministeriale dei lavori pubblici n 30787/1989 titolo Istruzioni in merito alle norme tecniche per la progettazione, esecuzione e collaudo degli edifici in muratura e per il loro consolidamento. Vengono introdotte tecnologie che si dimostreranno in parte fallaci. Dai criteri generali di calcolo per gli edifici in muratura: Le azioni complanari alle pareti saranno valutate tenendo conto della ridistribuzione operata dai solai solo se questi presenteranno adeguata rigidezza nel loro piano e buon collegamento con i muri.

37 INTERVENTI Conseguenze Esempi Introduzione cuciture armate Foderature con C.A. e Gunite Cordoli realizzati a forza o parziali Nella pratica comune sostituzione dei solai storici con solai laterocementizi sia orizzontali che inclinati.

38 INTERVENTI INIEZIONI ARMATE (Tratto da Rocchi Paolo, Manuale del Consolidamento, ed. DEI, Roma 1991 )

39 INTERVENTI AUMENTO DELLA SEZIONE RESISTENTE (Tratto da Rocchi Paolo, Manuale del Consolidamento, ed. DEI, Roma 1991 )

40 INTERVENTI SOLETTA INDIPENDENTE E CORDOLO IN CEMENTO ARMATO (Tratto da Rocchi Paolo, Manuale del Consolidamento, ed. DEI, Roma 1991 )

41 INTERVENTI SOLETTA COLLABORANTE E CORDOLO IN CEMENTO ARMATO (Tratto da Rocchi Paolo, Manuale del Consolidamento, ed. DEI, Roma 1991 )

42 INTERVENTI Decreto Ministeriale dei Lavori Pubblici 16/01/1996 NORME TECNICHE PER LE COSTRUZIONI IN ZONE SISMICHE -Introduzione del concetto di miglioramento sismico ed esenzione dei dettati normativi per gli edifici di interesse storico artistico tutelati dalla legge 1089/39 -Mantenimento della cultura del Cemento Armato per la riparazione delle murature proposti: a. Iniezioni di miscele leganti b. Applicazioni di lastre in Cemento Armato o reti metalliche elettrosaldate c. Inserimento di pilastrini d. Tirantature orizzontali e verticali

43 INTERVENTI (Tratto da: Decreto Ministeriale dei Lavori Pubblici 16/01/1996 NORME TECNICHE PER LE COSTRUZIONI IN ZONE SISMICHE )

44 INTERVENTI (Tratto da: Decreto Ministeriale dei Lavori Pubblici 16/01/1996 NORME TECNICHE PER LE COSTRUZIONI IN ZONE SISMICHE )

45 INTERVENTI (Tratto da: Decreto Ministeriale dei Lavori Pubblici 16/01/1996 NORME TECNICHE PER LE COSTRUZIONI IN ZONE SISMICHE )

46 INTERVENTI 15/10/1996 TERREMOTO REGGIO EMILIA Regione Emilia Romagna indicazioni utili all interpretazione del D.M. 96 e introduzione delle Direttive per la redazione ed esecuzione di progetti di restauro comprendenti interventi di miglioramento antisismico e manutenzione nei complessi architettonici di valore storico artistico in zona sismica. (commissione Ballardini 1989)

47 INTERVENTI Mercoledì 27 marzo 2013 STRATEGIE DI COMPATIBILITÀ E REVERSIBILITÀ NEL CONSOLIDAMENTO DELLE MURATURE STORICHE

48 INTERVENTI 1997 TERREMOTO UMBRIA - MARCHE Predisposizione del Manuale per la riabilitazione e la ricostruzione postsismica degli edifici: Indicazione per la rilevazione dell edificio danneggiato: Ricerca storica e rilievo Diagnostica Prove di Laboratorio Rilievo dei dissesti e identificazione meccanismi danneggiamento Etc

49 INTERVENTI Riparazione e consolidamento edifici in muratura: Interventi sulle murature Cinematismi di collasso Criteri di consolidamento solai Criteri di consolidamento volte Etc

50 Miglioramento dei collegamenti: CORDOLI SOMMITALI Ex Scuola Elementare Masone (RE), restauro Bisi&Merkus studio associato.

51 Miglioramento dei collegamenti: CORDOLI SOMMITALI Tratto da: G. Cangi, «Manuale del recupero strutturale e antisismico», cap. 4.

52 Miglioramento dei collegamenti: CORDOLI SOMMITALI S.Francesco (RE), restauro Bisi&Merkus studio associato.

53 Miglioramento dei collegamenti: CAPOCHIAVE METALLICO Tratto da: G. Cangi, «Manuale del recupero strutturale e antisismico», cap. 3

54 CERCHIATURE

55 CERCHIATURE (Tratto da Manuale per la riabilitazione e la ricostruzione postsismica degli edifici, ed. DEI, Roma 1999 )

56 TIRANTI Chiesa SS.Annunziata Luzzara(RE), Restauro Bisi&Merkus studio associato.

57 Irrigidimento dei solai di copertura: DOPPIO ASSITO INCROCIATO S.Francesco (RE), restauro Bisi&Merkus studio associato.

58 Irrigidimento dei solai di copertura: ORDITURA LIGNEA E TAVELLE Tratto da: G. Cangi, «Manuale del recupero strutturale e antisismico», cap. 4

59 Consolidamento di solaio ligneo: con ASSITO SOVRASTANTE E CONTROVENTATURE IN ACCIAIO Castello di Toano(RE), aumento rigidezze solai, restauro Bisi&Merkus studio associato.

60 Consolidamento di solaio ligneo: CON CONNETTORI, MASSETTO ALLEGGERITO CON RETE ELETTROSALDATA Da Tecnaria

61 Consolidamento di solaio in ferro: CON CONNETTORI, MASSETTO ALLEGGERITO CON RETE ELETTROSALDATA Da Tecnaria

62 Interventi sulle murature: CUCI - SCUCI Chiesa S.Francesco (RE), restauro Bisi&Merkus studio associato.

63 Interventi sulle murature: CUCI - SCUCI Dopo l intervento Prima dell intervento

64 Interventi su volte ed archi: CATENE (ALLE RENI E ALL ESTRADOSSO)

65 Interventi su volte ed archi: CAPPETTA ESTRADOSSALE Chiesa S.Francesco (RE), restauro Bisi&Merkus studio associato.

66 Tratto da: E. Angeloni G. Celestini, «Compositi FRP. Linee guida per il rinforzo strutturale. Strutture in muratura», 2002 Interventi su volte ed archi: MATERIALI COMPOSITI IN FRP

67 Raccomandazioni 1989 Elemento strutturale Obiettivo Azione Note Fondazioni Interventi in fondazione da escludere Pareti murarie Recupero della piena omogeneità del tessuto murario Riparazioni localizzate Risanamento parti lesionate Utilizzare materiali con proprietà fisico/chimiche omogenee a quelle originarie. Perforazioni armate da evitare Ripristino di continuità Tollerate iniezioni di miscele leganti Pilastri e colonne Ripristino capacità a sopportare carichi verticali Cerchiature e tassellature Catene ad archi e volte Ripristino contrafforti Evitare perforazioni armate, precompressione, inserimento di anime metalliche. Archi e Volte Ripristino efficienza di arco/volta Inserimento di Catene Accettata la tecnica di placcaggio con una controvolta. I solai in legno devono essere conservati Solai Contributo ad effetto scatolare Sostituzione di solaio ligneo con nuovo solaio in legno. Da evitarsi l'inserimento di cordoli in breccia. Irrigidimento del tavolato e dei collegamenti. Solai di copertura Eliminazione della spinta Eliminazione delle masse all'ultimo piano Collegamenti

68 Raccomandazioni 1997 Elemento strutturale Obiettivo Azione Note Fondazioni Pareti murarie Pilastri e colonne Archi e Volte Solai Da dimostrarsi con ricerche Resistenza uniforme e continuità nelle rigidezze della parete Ricostruire la resistenza a compressione Eliminazione delle spinte orizzontali Trasferimento delle spinte orizzontali ad elementi di maggior rigidezza Compressione delle spinte indotte sulle murature di appoggio Efficace collegamento con le pareti murarie Aumento delle rigidezze Interventi di ampliamento base fondale con sottofondazioni Riparazioni localizzate (cuci/scuci) Ripristino della continuità muraria Miglioramento dell'apparecchio murario o delle malte (iniezioni) Cerchiature Catene Ricostruzione collegamenti Catene alle reni Riparazione dei contatti fra i componenti Con tavolati > rigidezza con doppio tavolato e collegamenti Con tavelle, caldana armata collegata alle travi e alle pareti Con puntelle, caldana armata collegata alle puntelle e alla muratura Solai di copertura Accentuare il ruolo di connessione reciproca fra murature contrapposte Inserimento di "dormiente" Eliminazione o compressione delle componenti Inserimento di capochiave nelle orditure orizzontali delle spinte Aumento rigidezze con tavolati

69 Raccomandazioni 2011 Elemento strutturale Obiettivo Azione Note Fondazioni Da dimostrarsi con analisi specifiche Allargamento delle fondazioni con travi C.A. e traversi in Acciaio Evitare fondazioni profonde ne jet grounding Pareti murarie Incrementare la resistenza degli elementi murari Pilastri e colonne Ricostruire la resistenza a compressione Eliminazione delle spinte orizzontali Trasferimento delle spinte orizzontali ad elementi di maggior rigidezza Cerchiature Catene Ricostruzione collegamenti Placcaggio con fasce in composito Archi e Volte Ridurre le spinte di archi e volte e consolidamento Catene metalliche Controsoffitti No controvolte in calcestruzzo Ripristino contatti fra i componenti Con tavolati > rigidezza con doppio tavolato e collegamenti Solai Ridurre le deformabilità dei solai e consolidamento Con tavelle, caldana armata collegata alle travi e alle pareti Con puntelle, caldana armata collegata alle puntelle e alla muratura Solai di copertura Accentuare il ruolo di connessione reciproca fra materiali Dormiente Acciaio/Legno Evitare cordoli di grande spessore Migliorare collegamenti nodi capriata Tiranti e Catene Miglioramento comportamento d'insieme Cerchiature Esterne Miglioramento comportamento d'insieme

70 SISMA 2012 LA RISPOSTA DELLE MURATURE

71 DIAGNOSI DELLE MURATURE NELLE ZONE COLPITE DAL SISMA

72 QUALI POSSIBILI SOLUZIONI? Sono da preferirsi le tecniche costruttive tradizionali con l impiego di malte di calce, legnami e mattoni quando possibile di recupero. Tecnologie possibili: Cuci scuci Risarciture delle murature con malte di calce Iniezioni (quando necessario) con boiacche a base di calce Raddoppio delle murature con l inserimento di diatoni Cerchiature Inserimento di erpici nelle travi in legno Catene ai piani Irrigidimento di solai con doppio tavolato o cappetta con malte compatibili Uso ponderato di fibre di carbonio e altre tecnologie.