Cause strutturali: ortogonali; formazione di una cerniera cilindrica, ad asse orizzontale, in corrispondenza dello

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1 IL TERREMOTO IN ABRUZZO: LA GESTIONE DELL EMERGENZA E IL MIGLIORAMENTO SISMICO DEGLI EDIFICI VINCOLATI IL TERREMOTO IN ABRUZZO: LA GESTIONE DELL EMERGENZA E IL MIGLIORAMENTO SISMICO DEGLI EDIFICI VINCOLATI 12 marzo 2010 ore Piazza Università 5, Aula D101 - Libera Università di Bolzano - Facoltà di Scienze e Tecnologie 12 marzo 2010 ore Piazza Università 5, Aula D101 - Libera Università di Bolzano - Facoltà di Scienze e Tecnologie Materiale non riproducibile di proprietà degli autori Copyright Tassullo Materiali S.p.A Materiale non riproducibile di proprietà degli autori Copyright Tassullo Materiali S.p.A Criteri e tecniche di intervento nelle strutture murarie CRITERI E TECNICHE DI INTERVENTO NELLE STRUTTURE MURARIE Parte 1 SOMMARIO Richiami sulle modalità di collasso e sui danni a edifici consolidati Cenni sui modelli e sulle modalità di verifica La scelta e il progetto dell intervento Il miglioramento dei collegamenti Interventi su archi e volte Interventi su solai e coperture Le iniezioni e i tirantini La ristilatura e la ristilatura armata Dr. Ing. Enrico Garbin Assegnista di Ricerca Dipartimento di Costruzioni e Trasporti Università degli Studi di Padova Ricercatori: Maria Rosa Valluzzi Francesca da Porto Collaboratori: Filippo Casarin Enrico Garbin Flavio Mosele Elena Simonato Manuel Marotto Jacopo Magi Dottorandi: Marco Munari Nicola Mazzon Matteo Panizza Giulia Bettiol Giovanni Guidi Bruno Silva Massimo dalla Benetta Elena Stievanin Luca Nicolini Filippo Lorenzoni Dipartimento di Costruzioni e Trasporti Università Università degli Studi di Padova MODALITA MODALITA DI COLLASSO FUORI PIANO: MURATURE D AMBITO D D AMBITO L ESPERIENZA UMBRIA-MARCHE E ABRUZZO UMBRIA L ESPERIENZA UMBRIA-MARCHE L esperienza dei terremoti che hanno colpito l Umbria e le Marche (1997) e l Abruzzo (2009), hanno evidenziato che le modalità di collasso per le strutture in muratura esistenti consistono nella formazione di meccanismi cinematici con perdita di equilibrio per pareti od interi assemblaggi di pareti, con prevalenza dei meccanismi fuori piano sia a livello globale che locale. Essi hanno inoltre messo in luce i limiti di alcune tecniche di rinforzo tradizionali. Notevoli danni sono stati infatti riportati anche da edifici che erano precedentemente stati consolidati dopo il sisma del 1979, in particolare a causa di discutibili interventi, di scelte tecniche non corrette o per cattiva esecuzione degli interventi stessi. crollo totale della facciata. rotazione fuori piano della facciata con formazione di una cerniera cilindrica, ad asse orizzontale, in corrispondenza dello spiccato delle fondazioni. scarso collegamento delle pareti ortogonali; di catene o cordoli che consentano il comportamento scatolare della struttura muraria. mancanza formazione di una cerniera cilindrica, ad asse orizzontale, in corrispondenza dello scarso collegamento delle pareti mancanza di catene o cordoli che consentano il comportamento scatolare Materiale non riproducibile di proprietà degli autori Copyright Tassullo Materiali S.p.A 1

2 MODALITA DI COLLASSO FUORI PIANO: MURATURE D AMBITOD MODALITA DI COLLASSO LEGATA ALLA SCARSA QUALITA DELLA MURATURA crollo dell angolata rotazione fuori piano dell angolo per interazione di forze agenti sulle pareti ortogonali. inefficiente collegamento tra i muri d ambito; insufficiente ammorsamento dei solai alle murature perimetrali; presenza di aperture in vicinanza degli spigoli (la linea di frattura spesso segue la distribuzione delle aperture in facciata). scollamento tra i paramenti della muratura; crolli locali ed espulsioni di materiale. ribaltamento fuori piano di vaste porzioni di paramento esterno. murature di qualità scadente per materiali, composizione e caratteristiche costruttive: murature a più paramenti accostati (scarso ammorsamento trasversale, assenza di diatoni, scarsa adesione e coesione delle malte, presenza di vuoti); murature degradate. MODALITA DI COLLASSO FUORI PIANO INNESCATI DALLE COPERTURE MODALITA DI COLLASSO NEL PIANO: FASCE DI PIANO crolli locali nella sommità dei muri di timpano; crolli isolati del cornicione. rotazione fuori piano di parte della facciata, dovuta al martellamento della trave di colmo, su cui si concentra l azione sismica. copertura non efficacemente collegata alla muratura. lesioni incrociate o diffuse nelle zone al di sopra degli architravi delle aperture. rottura a taglio delle fasce di piano, per sollecitazioni di flessione nel piano della parete. (Le fasce di piano ripartiscono la forza sismica tra i maschi murari, finché si arriva alla crisi del sistema fascia di piano-maschio murario. La parete reagisce allora come un insieme di mensole indipendenti, incastrate alle base). presenza di architravi deboli; fascia di muratura tra le aperture ridotta in altezza e nello spessore. 2

3 DANNI AD EDIFICI CONSOLIDATI: SOSTITUZIONE DI SOLAI E COPERTURE La sostituzione di solai in legno con solai in laterocemento, ovverosia l irrigidimento di strutture orizzontali, non ha prodotto l atteso miglioramento del comportamento strutturale. Il cordolo è appoggiato solo sul lato interno della muratura a più paramenti: eccentricità di carico ed indebolimento della sezione La muratura non è adeguatamente consolidata DANNI AD EDIFICI CONSOLIDATI: INTERVENTI SULLE MURATURE Iniezioni armate L applicazione di tecniche di intervento di non sperimentata efficacia, o di interventi mal progettati ed eseguiti, è risultata inutile Iniezioni Tecnica sperimentalmente provata Inefficacia legata a problemi esecutivi Verificato nel terremoto di Bovec (Slovenia, 2004) Espulsione della facciata Montesanto (Sellano), 1997 Alta invasività Dubbia efficacia nel cucire fessure e paramenti Problemi di aderenza delle barre Le pareti ortogonali non sono adeguatamente collegate tra loro Scorrimento rigido della copertura Bovec (Kobarid, SI) Inefficacia della connessione trasversale DANNI AD EDIFICI CONSOLIDATI: INTERVENTI SULLE MURATURE Paretine armate o addirittura dannosa DANNI AD EDIFICI CONSOLIDATI: INTERVENTI SULLE MURATURE Resistenza delle pareti in muratura: compressione Eccessiva rigidezza Paretine armate Iniezioni Inadeguata sovrapposizione negli angoli e lungo le pareti Ossidazione delle reti (copriferro inadeguato e problemi di risalita) Eccessiva rigidezza Paretine armate Muratura originaria Iniezioni (Bettio, Modena 1993) Muratura originaria Il comportamento a compressione evidenzia le differenze in termini di resistenze e rigidezze apportate dai differenti tipi di intervento. 3

4 INDIVIDUAZIONE DEI MECCANISMI DI DANNO STUDIO PER MACROELEMENTI MODELLI CINEMATICI: collasso per superamento delle condizioni di equilibrio MACROELEMENTO: parte costruttivamente riconoscibile del manufatto, di caratteristiche omogenee in riferimento al comportamento strutturale. Può coincidere con una porzione identificabile anche sotto l aspetto architettonico e funzionale. MECCANISMI FUORI PIANO monolitica doppia cortina 2 piani con cuneo trattenuta da tirante 2 piani con tiranti I macroelementi interagiscono tra loro evidenziando lesioni in corrispondenza della zona di contatto (fascia d influenza). Le fasce d influenza sono individuate da connessioni carenti o mancanti o da effetti di danneggiamento (lesioni) Strisce verticali: cordolo cordolo ortogonale 3 piani 3 piani con tiranti Ribaltamento globale Rottura ultimo piano Strisce orizzontali: MECCANISMI NEL PIANO VERIFICHE DI SICUREZZA Le verifiche possono essere svolte tramite l analisi limite dell equilibrio, secondo l approccio cinematico (teorema dei lavori virtuali), che si basa: 1.sulla scelta del meccanismo di collasso, nel piano o fuori dal piano 2.sulla successiva valutazione dell azione orizzontale che attiva tale cinematismo, 3.sulla determinazione dell andamento dell azione orizzontale che la struttura è progressivamente in grado di sopportare all evolversi del meccanismo, fino al suo annullamento (cioè fino a che la struttura non è più in grado di sopportare azioni orizzontali). Ms = Mr P x a/2 = αp x a/2 α = 1 Ms = Mr P x (a/2-dk ) = α P x (a/2+dk ) α = (a/2-dk ) / (a/2+dk ) < α Ms = Mr P x 0 = 0 = αp x (2^0.5 ) x a αfin = 0 Tale andamento è rappresentato da un moltiplicatore α, rapporto tra le forze orizzontali e una quantità dipendente dai corrispondenti pesi delle masse presenti, in funzione dello spostamento d k di un punto di riferimento del sistema. La curva deve essere determinata fino all annullamento di ogni capacità (α=0). α=α0(1-dk/dk,0) Curva di capacità A questo punto, si trasforma il sistema in un sistema equivalente ad un grado di libertà, e si determina la curva di capacità dell oscillatore equivalente: a*=a*0(1-d*/d*0) PROCEDURE DI ANALISI CINEMATICHE SECONDO NTC 2008 e si possono svolgere le verifiche di sicurezza richieste allo SLD e allo SLV: Stato limite di danno - SLD La verifica di sicurezza nei confronti dello Stato limite di danno è soddisfatta qualora l accelerazione spettrale di attivazione del meccanismo sia superiore all'accelerazione di picco della domanda sismica. L accelerazione di attivazione del meccanismo viene confrontata con l accelerazione al suolo, ovvero lo spettro elastico definito nel 3.2.6, valutato per T=0:, opportunamente amplificato per considerare la quota della porzione di edificio interessata dal cinematismo: - a g è funzione della probabilità di superamento dello stato limite scelto e della vita di riferimento come definiti al 3.2 delle NTC; - S è definito al delle NTC. 4

5 a*0 a*s d*s d*u PROCEDURE DI ANALISI CINEMATICHE SECONDO NTC 2008 PROGETTO DELL INTERVENTO DI CONSOLIDAMENTO Stato limite salvaguardia della vita - SLV Verifica semplificata con fattore di struttura q (analisi cinematica lineare) La verifica è soddisfatta, assumendo il fattore di struttura q pari a 2, se: 1. CONOSCENZA DELLE CARATTERISTICHE DELLA MURATURA: TIPOLOGICHE MORFOLOGICHE COMPOSITIVE 2. INDIVIDUAZIONE DEL PROBLEMA STRUTTURALE SPECIFICO Verifica mediante spettro di capacità (analisi cinematica non lineare) La verifica di sicurezza dei meccanismi locali nei confronti dello Stato limite di salvaguardia della vita consiste nel confronto tra la capacità di spostamento ultimo d u * del meccanismo locale e la domanda di spostamento ottenuta dallo spettro di spostamento in corrispondenza del periodo secante T s. Definito lo spostamento d s * = 0.4 d u * ed individuata sulla curva di capacità (vedi paragrafo Analisi cinematica non lineare ) l'accelerazione a s *, corrispondente allo spostamento ds*, il a* Curva di capacità P TS Curva di domanda d d * u 3. SCELTA DELL INTERVENTO PIU APPROPRIATO: SCELTA DELLA TECNICA DI INTERVENTO SCELTA DEL MATERIALE DI APPORTO LEGATO ALLA TECNICA DI CONSOLIDAMENTO periodo secante è calcolato come d(ts) d*0 d* NDT Circolare n /02/2009 C8A.5 - Criteri per gli interventi di consolidamento di edifici in muratura Interventi Interventi volti volti a a ridurre ridurre le le carenze carenze dei dei collegamenti collegamenti Interventi Interventi sugli sugli archi archi e e sulle sulle volte volte Interventi Interventi volti volti a a ridurre ridurre l eccessiva l eccessiva deformabilità deformabilitàdei dei solai solai Interventi Interventi in in copertura copertura Interventi Interventi che che modificano modificano la la distribuzione distribuzione degli degli elementi elementi verticali verticali resistenti resistenti Interventi Interventi volti volti ad ad incrementare incrementare la la resistenza resistenza nei nei maschi maschi murari murari Pilastri Pilastri su su pilastri pilastri e e colonne colonne Interventi Interventi volti volti a a rinforzare rinforzare le le pareti pareti intorno intorno alle alle aperture aperture Interventi Interventi alle alle scale scale Interventi Interventi volti volti ad ad assicurare assicurare i i collegamenti collegamenti degli degli elementi elementi non nonstrutturali Interventi Interventi in in fondazione fondazione Realizzazione Realizzazione di di giunti giunti sismici sismici Linee Guida per la Valutazione e Riduzione del Rischio Sismico del Patrimonio Culturale CAP. 1: OGGETTO DELLE LINEE GUIDA CAP. 2: REQUISITI DI SICUREZZA E CONSERVAZIONE CAP. 3: AZIONE SISMICA LINEE GUIDA PER I BENI CULTURALI CAP. 4: CONOSCENZA DEL MANUFATTO CAP. 5: MODELLI PER LA VALUTAZIONE DELLA SICUREZZA SISMICA CAP. 6: CRITERI PER IL MIGLIORAMENTO SISMICO E TECNICHE DI INTERVENTO CAP. 7: QUADRO RIASSUNTIVO DEL PERCORSO Download Linee Guida: Sequenza del collasso della volta della Basilica di Assisi durante il terremoto del

6 CRITERI PER GLI INTERVENTI LINEE GUIDA Nella scelta degli interventi deve essere posta particolare attenzione ai principi della conservazione. Inoltre, la valutazione della sicurezza e una chiara comprensione della struttura devono essere alla base delle decisioni e delle scelte degli interventi. Pertanto, l intervento non deve essere finalizzato solo al raggiungimento di un appropriato livello di sicurezza della costruzione, ma deve garantire anche (miglioramento controllato): Compabilità e durabilità Integrazione e non trasformazione della struttura Rispetto di concezione e tecniche originarie della struttura Bassa invasività, Se possibile, reversibilità o rimovibilità Minimizzazione dell intervento CRITERI PER IL MIGLIORAMENTO SISMICO E TECNICHE DI INTERVENTO Tomaževič, ZRMK, Ljubljana, Slovenia INDIVIDUAZIONE DEI DANNI AD EDIFICI CONSOLIDATI: REVISIONE DEI CRITERI DI INTERVENTO a) E emersa la riconsiderazione di TECNICHE TRADIZIONALI DI INTERVENTO, l utilità della VALUTAZIONE ACCURATA dell intervento, della sua APPLICAZIONE IN MODO REGOLARE ED UNIFORME, del CONTROLLO IN FASE ESECUTIVA. Gli interventi sono in particolare mirati a: b) RENDERE EFFICACI I COLLEGAMENTI mediante inserimento di tiranti, cerchiature esterne, idonea ammorsatura fra pareti confluenti in martelli murari ed angolate, cordoli in sommità, connessione dei colai di piano e delle coperture alle murature, etc. c) MIGLIORARE LA CONFIGURAZIONE STRUTTURALE con l introduzione di nuovi elementi resistenti, la riduzione di spinte di volte e coperture, l eliminazione o l ampliamento di giunti tra corpi di fabbrica, l eliminazione di piani deboli e di elementi vulnerabili, etc. d) MIGLIORARE LA QUALITA DELLE MURATURE mediante consolidamento e, se necessario, sostituzione Umbria-Marche, 1997 Neftegorsk, 1995 (foto di G.Koff, da M. Tomazevic) Umbria-Marche, 1997 METODOLOGIE D INTERVENTO D PER TIPOLOGIA MIGLIORAMENTO COLLEGAMENTI Interventi di collegamento locali con ammorsamento tra pareti attraverso scuci-cuci o collegamenti puntuali Limitazione dell uso di perforazioni armate, con attenzione anche nei confronti di durabilità e compatibilità Nella Circolare 617 del 02/02/2009 con le istruzioni per l applicazione delle NTC 2008 sono fornite alcune tecniche di intervento di utilizzo corrente; il progettista è comunque libero di utilizzare eventuali tecniche di intervento non citate, metodologie innovative o soluzioni particolari che vengano individuate come adeguate per il caso specifico. Interventi Interventi volti volti a a ridurre ridurre le le carenze carenze dei dei collegamenti collegamenti Interventi Interventi volti volti a a ridurre ridurre le le spinte spinte di di archi archi e e volte volte Interventi Interventi volti volti a a ridurre ridurre l eccessiva l eccessiva deformabilità deformabilitàdei dei solai solai Interventi Interventi in in copertura copertura Padova, Torre dell Orologio Realizzazione di efficaci collegamenti dei solai alle pareti ed eliminazione spinte non contrastate di volte o tetti. Evitare l inserimento di cordoli nello spessore della muratura ai livelli intermedi, possono risultare utili, in alternativa, cordoli in acciaio Interventi Interventi volti volti ad ad incrementare incrementare la la resistenza resistenza nei nei maschi maschi murari murari 6

7 MIGLIORAMENTO COLLEGAMENTI: TIRANTI Disposti nelle due direzioni principali del fabbricato, a livello dei solai ed in corrispondenza delle pareti portanti, ancorati alle murature mediante capochiave (a paletto o a piastra), possono favorire il comportamento d assieme del fabbricato. Migliora il comportamento nel piano di pareti forate. Per i capochiave sono consigliati paletti semplici, è in genere necessario un consolidamento locale della muratura, nella zona di ancoraggio. Trento Tomazevic Padova 7