Il Centro Servizi Comunali di Sulmona:

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1 COSTRUIRE IN LATERIZIO CON ISOLAMENTO SISMICO SICUREZZA ED EFFICIENZA ENERGETICA PER UNO SVILUPPO SOSTENIBILE Il Centro Servizi Comunali di Sulmona: Metodica applicativa per una struttura muraria in zona sismica Roma 8 maggio 2012 Ing. Leopoldo Rossini Studio SIR Engineering srl Studio Rossini PESCARA

2 OBIETTIVO DELL INIZIATIVA MUTUABILITA DELL INIZIATIVA PER L UTILIZZO DELLA MURATURA PORTANTE ISOLATA SISMICAMENTE DEFINIRE UNA METODICA PROGETTUALE DI FACILE APPROCCIO CONCETTUALE CANTIERE SCUOLA PER L APPRENDIMENTO DELLE TECNICHE COSTRUTTIVE SIA MURARIE CHE DELL ISOLAMENTO SISMICO

3 OBIETTIVO DELL INIZIATIVA VANTAGGI LATERIZIO EDIFICI SICURI DAL PUNTO DI VISTA DEL DANNO GRAZIE ALL INTRODUZIONE DI ISOLATORI SISMICI COSTRUZIONE DI EDIFICI CON SCHEMI STATICI REGOLARI AFFIDABILI IN PRESENZA DI EVENTI SISMICI FACILITA DI RECUPERO STRUTTURALE IN CASO DI DANNEGGIAMENTO GARANZIA DI DURABILITA RIDUZIONE PONTI TERMICI POSA IN OPERA DI UN BLOCCO MURARIO CHE POSSIEDE OTTIME CAPACITA DI RESISTENZA TERMICA CONTENIMENTO DEI COSTI DI COSTRUZIONE

4 INTRODUZIONE UTILIZZO DEL LATERIZIO RIFERIMENTO NORMATIVO STRUTTURE D.M (N.T.C. Norme Tecniche per le Costruzioni Paragrafi 4.5/7.8/11.10) STRUTTURE IN MURATURA ORDINARIA ED ARMATA IN ZONA SISMICA RISPETTARE SEMPLICI PRESCRIZIONI PER MATERIALI E STRUTTURE PER COSTRUIRE EDIFICI IN MURATURA (ORDINARIA E/O ARMATA) IN ZONA SISMICA CRITERI PROGETTUALI indicazioni generali per una corretta concezione strutturale dell edificio in relazione al suo comportamento sismico REQUISITI GEOMETRICI E STRUTTURALI regole e prescrizioni di dettaglio

5 INTRODUZIONE UTILIZZO DEL LATERIZIO CRITERI PROGETTUALI In particolare: RENDERE MINIMA L ECCENTRICITÀ FRA CENTRO DELLE MASSE E CENTRO DELLE RIGIDEZZE DEGLI ISOLATORI

6 INTRODUZIONE UTILIZZO DEL LATERIZIO REQUISITI GEOMETRICI E STRUTTURALI Muratura ordinaria Muratura armata Costruzioni fino a 3 piani Costruzioni > 3 piani

7 SCELTE STRUTTURALI IDENTIFICAZIONE STRUTTURA BASE OBIETTIVO SCELTA STRUTTURA MODELLO RIPRODUCIBILE STRUTTURA IN MURATURA ORDINARIA ISOLATA SISMICAMENTE COSTRUZIONE DEFINITA COME SEMPLICE SCHEMA FABBRICATO PIANTA TIPO PROSPETTO CORPO SCALA

8 SCELTE STRUTTURALI IDENTIFICAZIONE STRUTTURA BASE COSTRUZIONE SEMPLICE PRESCRIZIONI NORMATIVE (N.T.C.) REGOLARITÀ IN ALTEZZA REGOLARITÀ IN PIANTA PRESCRIZIONI NORMATIVE PER TUTTI GLI EDIFICI IN MURATURA PARETI STRUTTURALI CONTINUE DA FONDAZIONE A COPERTURA INTERPIANO < 3,5 m NUMERO PIANI < 3 (muraura ordinaria) PLANIMETRIA INSCRIVIBILE IN UN RETTANGOLO CON RAPPORTO LATI 1/3 λ = h0 / t < 12 SOVRACCARICO < 3,00 kn/mq COEFFICIENTE PARZIALE DI SICUREZZA γm = 4.2 PER EDIFICI IN MURATURA IN ZONA SISMICA INTERASSE PARETI < 7 m PER MURATURA ORDINARIA TENSIONE MEDIA DI PIANO PER CARICI VERTICALI σ= N/A < 0,25 fk/ γm LUNGHEZZA SETTI RESISTENTI > 50% DIMENSIONE DELLA COSTRUZIONE NELLA DIREZIONE DEI SETTI CONDIZIONI SUL RAPPORTO TRA AREA DELLA SEZIONE RESISTENTE DELLE PARETI E SUPERFICIE LORDA DEL PIANO PRESCRIZIONI NORMATIVE INVARIANTI EVIDENZIATE

9 SCELTE STRUTTURALI IDENTIFICAZIONE STRUTTURA BASE VANTAGGI SEMPLIFICAZIONE CALCOLO STRUTTURALE ISOLAMENTO SISMICO MASSIMI BENEFICI PER COSTRUZIONI POCO DEFORMABILI LA DEFORMABILITA SI ATTRIBUISCE AGLI ISOLATORI LA STRUTTURA MURARIA E UNA STRUTTURA ANAELASTICA CHE SI ADATTA PERFETTAMENTE ALL ISOLAMENTO SISMICO PER GLI EFFETTI SISMICI LA DUTTILITA DI UNA STRUTTURA SISMICAMENTE ISOLATA HA MINORE SIGNIFICATO RISPETTO AD UNA NON ISOLATA

10 APPLICABILITA DEL MODELLO MODELLO STRUTTURALE SEMPLICE E RIPRODUCIBILE SISMICAMENTE ISOLATO dagli ALTI STANDARDS di EFFICIENZA ENERGETICA QUESTO EDIFICIO BASE SI PRESTA AD OSPITARE VARIE ATTIVITA ED I SUOI AMBIENTI SONO ADATTI PER DIVERSE DESTINAZIONI D USO

11 APPLICABILITA DEL MODELLO MODELLO STRUTTURALE SEMPLICE E RIPRODUCIBILE SISMICAMENTE ISOLATO dagli ALTI STANDARDS di EFFICIENZA ENERGETICA QUESTO EDIFICIO BASE SI PRESTA AD OSPITARE VARIE ATTIVITA ED I SUOI AMBIENTI SONO ADATTI PER DIVERSE DESTINAZIONI D USO A A' C B 9, ,30 D D A ISOLATORI SISMICI B' C' A'

12 APPLICABILITA DEL MODELLO MODELLO STRUTTURALE SEMPLICE E RIPRODUCIBILE SISMICAMENTE ISOLATO dagli ALTI STANDARDS di EFFICIENZA ENERGETICA QUESTO EDIFICIO BASE SI PRESTA AD OSPITARE VARIE ATTIVITA ED I SUOI AMBIENTI SONO ADATTI PER DIVERSE DESTINAZIONI D USO A' C B 9, ,30 D D A A ADEGUATE STRATIGRAFIE B' C' A'

13 NORMATIVA INVARIANTI NORMATIVE AL FINE DI OTTENERE UN MODELLO RIPRODUCIBILE IN MURATURA NON ARMATA SI DEFINISCONO DA NORMATIVA I SEGUENTI PUNTI INVARIANTI EDIFICI IN MURATURA IN ZONA SISMICA (N.T.C. Cap. 7.8) MATERIALI ELEMENTI IN LATERIZIO CON FORATURA φ < 45% SETTI PARALLELI AL PIANO DEL MURO CONTINUI E RETTILINEI (interruzioni ammesse solo in corrispondenza dei fori di presa o alloggiamento murature) BLOCCHI fbk < 5 MPa (parallelamente alla direzione portante) BLOCCHI f bk < 1,5 MPa (perpendicolarmente alla direzione portante) MALTA fm < 5 MPa

14 NORMATIVA EDIFICI IN MURATURA IN ZONA SISMICA (N.T.C. Cap. 7.8) LIMITI GEOMETRICI DISTANZ A MASSIMA TRA I SOLAI = 5,0 m MURATURA ORDINARIA t > 240 mm λ = h0 / t < 12 l / h = 0,4 (h0 = altezza libera d inflessione; h = altezza aperture adiacenti alla parete; l = lunghezza parete) STRUTTURE MISTE UTILIZZAZIONE METODI DI ANALISI NON LINEARE REGOLE DI DETTAGLIO CORDOLO CONTINUO AD OGNI PIANO ALL INTERSEZIONE TRA SOLAI E PARETI INCROCI TRA PARETI PERIMETRALI Lmuro > 1m COMPRESO SPESSORE PARETE ORTOGONALE APERTURE: ARCHITRAVE RESISTENTE A FLESSIONE AMMORSATO ALLA MURATURA EDIFICI IN MURATURA CON ISOLAMENTO SISMICO SOVRASTRUTTURA E SOTTOSTRUTTURA SI MANTENGONO SOSTANZIALMENTE IN CAMPO ELASTICO; PER I PARTICOLARI COSTRUTTIVI VALGONO LE PRESCRIZIONI PROGETTUALI PER STRUTTURE IN ZONA 4

15 ELABORAZIONE DEL MODELLO IL MODELLO STRUTTURALE E ADATTABILE ALLE DIVERSE ESIGENZE ARCHITETTONICHE E FUNZIONALI PUNTI FISSI PRINCIPI COSTRUTTIVI REGOLARITA PIANTA/ALTEZZA INVARIANTI NORMATIVE

16 9,26 6,30 APPLICAZIONE: Centro Servizi Comunali A PIANTA FONDAZIONI PIANTA IMPALCATO LIVELLO 0 A D C B D B' C' D C B 50x100 50x100 50x100 50x100 50x100 50x100 50x100 50x100 50x100 50x100 D C' B' A' 16 A'

17 APPLICAZIONE: Centro Servizi Comunali PIANTA IMPALCATO LIVELLO 0 A LIVELLO 0 CON TRAVI IN C.A. GLI APPOGGI PUNTUALI CORRISPONDONO AGLI ISOLATORI SISMICI VANTAGGI Semplice reticolo di travi realizzato sotto i muri portanti con impalcato tradizionale in laterizio D C B A' 50x100 50x100 50x100 50x100 50x100 50x100 50x100 50x100 50x100 50x100 D C' B'

18 APPLICAZIONE: Centro Servizi Comunali PIANTA IMPALCATO LIVELLO 1 PIANTA IMPALCATO LIVELLO 2 A A D D D D 40x60 40x60 C 40x30 40x30 C 40x30 40x30 B 40x60 Ø0,40 40x60 40x30 C' B 40x60 40x60 40x30 C' B' B' A' A'

19 APPLICAZIONE: Centro Servizi Comunali PIANTA IMPALCATO LIVELLO 2 A CONTENIMENTO DEGLI SPESSORI DELLA STRUTTURA PORTANTE ISOLATA > 30 cm D D 40x60 Per conferire alla struttura alti standards di efficienza energetica: C B 40x60 40x30 40x60 40x30 40x30 C' SPESSORE MURATURA s = 45cm B' A'

20 APPLICAZIONE: Centro Servizi Comunali B C D A' A SEZIONE B-B SEZIONE A-A A B B' C' D A' B'

21 APPLICAZIONE: Centro Servizi Comunali A LA STRUTTURA E LIBERA NELLE OSCILLAZIONI LATERALI A' B C D A SEZIONE B-B B' C' D A'

22 APPLICAZIONE: Centro Servizi Comunali B C D A' A SEZIONE C-C SEZIONE D-D A A B' C' D A' A'

23 APPLICAZIONE: Centro Servizi Comunali A' B C D A SEZIONE C-C A IL VANO SCALA/ASCENSORE SEGUE LE OSCILLAZIONI DELLA STRUTTURA B' C' D INDIPENDENZA DALL INTERA STRUTTURA DALLE FONDAZIONI A'

24 APPLICAZIONE: Centro Servizi Comunali A' B C D A SEZIONE C-C A L EDIFICIO E REALIZZATO SU FONDAZIONI A TRAVI ROVESCE B' C' D Libertà nella scelta del tipo di fondazioni in base alle caratteristiche del terreno A'

25 ANALISI STRUTTURALE MODELLAZIONE STRUTTURALE MODELLI DI CALCOLO F.E.M. (Finite Method Element) ANALISI DINAMICA ELASTICA LINEARE S.A.M. (Seismic Analysis of Masonry walls) ANALISI STATICA NON LINEARE A MACROELEMENTI SOFTWARE STRAUS7 SOFTWARE ANDILWall

26 ANALISI STRUTTURALE ANALISI F.E.M. ELEMENTI FINITI IMPIEGATI PANNELLI MURARI SOLAI TRAVI/PILASTRI/CORDOLI ELEMENTI PIANI - 4 NODI ISOTROPI ELEMENTI PIANI - 4 NODI ORTOTROPI ELEMENTI MONODIMENSIONALI TIPO BEAM L IMPIEGO DI ELEMENTI ORTOTROPI PER LA MODELLAZIONE DEI SOLAI CONSENTE DISTRIBUZIONE SULLE PARETI DEL CARICO VERTICALE TENENDO CONTO DEL COMPORTAMENTO NON PERFETTAMENTE MONODIREZIONALE DEL SOLAIO ESATTA VALUTAZIONE DELLA RIGIDEZZA DEI SOLAI NEL PIANO ASSIALE

27 ANALISI STRUTTURALE ANALISI F.E.M. CASI DI VINCOLAMENTO VINCOLI RIGIDI SI CONSIDERA LA STRUTTURA VINCOLATA RIGIDAMENTE E CON CONTINUITÀ ALLA BASE VINCOLI ELASTICI STRUTTURA VINCOLATA PUNTUALMENTE IN CORRISPONDENZA DEGLI ISOLATORI AVENTI PROPRIE CARATTERISTICHE ELASTICHE Ke = 1,81 kn/mm (rigidezza orizzontale equivalente) Kv = 1683 kn/mm (rigidezza verticale)

28 ANALISI STRUTTURALE ANALISI MODALE ANALISI F.E.M. ELABORAZIONI ANALISI DINAMICA CON SPETTRO DI RISPOSTA Coeff. strutt. q = 1 CARATTERISTICHE SISMICHE DEL SITO ag = 0,256 g F0 = 2,363 S = 1,338 TB = 0,172 s TC = 0,516 s TD = 2,623 s

29 ANALISI STRUTTURALE ANALISI F.E.M. RISULTATI DELL ANALISI MODALE ANALISI CON VINCOLI RIGIDI MP = 67,4% T= 0,12 s MP =1,6% T= 0,11 s MP =2,0% T= 0,10 s LA MASSA PARTECIPANTE PER I PRIMI TRE MODI E PARI AL 71% E DI CIRCA IL 72% PER I PRIMI 30 MODI

30 ANALISI STRUTTURALE ANALISI F.E.M. RISULTATI DELL ANALISI MODALE ANALISI CON VINCOLI ELASTICI MP = 32,6% T= 1,61 s MP =60,4% T= 1,55 s MP =7,0% T= 1,43 s LA MASSA PARTECIPANTE PER I PRIMI TRE MODI E PARI AL 100%

31 ANALISI STRUTTURALE ANALISI F.E.M. RISULTATI DELL ANALISI MODALE INSERIMENTO ISOLATORI SISMICI AUMENTO DEL PERIODO DI VIBRAZIONE DI OLTRE 10 VOLTE CONCENTRAZIONE DELLA MASSA PARTECIPANTE NEI PRIMI TRE MODI

32 ANALISI STRUTTURALE ANALISI F.E.M. RISULTATI DELL ANALISI DINAMICA CON SPETTRI DI RISPOSTA VENGONO RIPORTATI I RISULTATI RELATIVI ALLA SOLA ANALISI CON VINCOLI ELASTICI TENSIONI VERTICALI AL PRIMO LIVELLO GENERATE DAL SISMA IN DIREZIONE X Si nota una concentrazione di tensione sul vano ascensore che hanno comunque valori modesti TENSIONI VERTICALI AL PRIMO LIVELLO GENERATE DAL SISMA IN DIREZIONE X Escludendo il vano ascensore dalla rappresentazione viene messo in evidenza il massimo valore della tensione nella muratura

33 ANALISI STRUTTURALE ANALISI F.E.M. RISULTATI DELL ANALISI DINAMICA CON SPETTRI DI RISPOSTA VENGONO RIPORTATI I RISULTATI RELATIVI ALLA SOLA ANALISI CON VINCOLI ELASTICI TENSIONI TANGENZIALI AL PRIMO LIVELLO GENERATE DAL SISMA IN DIREZIONE X I valori massimi si concentrano sugli architravi e si nota comunque una distribuzione abbastanza uniforme fra le pareti

34 ANALISI STRUTTURALE ANALISI S.A.M. MACROELEMENTI MODELLAZIONE TRIDEMENSIONALE A MACROELEMENTI LA STRUTTURA E COSTITUITA DA ELEMENTI VERTICALI ED ELEMENTI ORIZZONTALI STRUTTURA SCHEMATIZZATA COME TELAIO EQUIVALETE COSTITUITO DA ELEMENTI AD ASSE VERTICALE Pannelli murari e pilastri in c.a. ELEMENTI AD ASSE ORIZZONTALE Cordoli in c.a. e fasce murarie GLI ELEMENTI VERTICALI LINEARI CHE MODELLANO I PANNELLI MURARI SONO COLLEGATI ALLE TRAVI DI ACCOPPIAMENTO (CORDOLI IN C.A. - FASCE MURARIE) ATTRAVERSO ELEMENTI RIGIDI

35 ANALISI STRUTTURALE ANALISI S.A.M. MACROELEMENTI IL MODELLO STRUTTURALE VIENE IMPLEMENTATO TRAMITE FILES IN FORMATO DXF NEI QUALI SONO DEFINITI MURATURE CORDOLI ELEMENTI DI SOLAIO

36 ANALISI STRUTTURALE ANALISI S.A.M. MACROELEMENTI RAPPRESENTAZIONE 3D DEL MODELLO LA COPERTURA DELL EDIFICIO NON VIENE RAPPRESENTATA COME ELEMENTO INFINITAMENTE RIGIDO NEL PIANO LE PARETI DELL ULTIMO PIANO HANNO ALTEZZA VARIABILE NEL MODELLO LE PARETI VENGONO INSERITE CON UN VALORE MEDIO DELL ALTEZZA

37 ANALISI STRUTTURALE ANALISI S.A.M. MACROELEMENTI RAPPRESENTAZIONE DEL TELAIO EQUIVALENTE LE PARETI SONO MODELLATE TRAMITE ELEMENTI LINEARI VERTICALI LE TRAVI DI ACCOPPIAMENTO CON ELEMENTI ORIZZONTALI AVENTI ZONE RIGIDEALL ESTREMITA

38 ANALISI STRUTTURALE ANALISI S.A.M. ELABORAZIONI SI ESEGUE UN ANALISI SISMICA DELLA STRUTTURA PER TENER CONTO DELLA PRESENZA DEGLI ISOLATORI SI RIDUCE L ENTITA DEL SISMA IN INGRESSO SI ADOTTANO I SEGUENTI PARAMETRI ag = 0,05g S = 1,25 TB = 0,15s TC = 0,50s TD = 2,0s

39 ANALISI STRUTTURALE ANALISI S.A.M. RISULTATI ANALISI PUSH OVER ELABORAZIONI SISMA DIREZIONE X

40 ANALISI STRUTTURALE ANALISI S.A.M. RISULTATI ANALISI PUSH OVER ELABORAZIONI SISMA DIREZIONE Y

41 CONFRONTO ANALISI ANALISI F.E.M. SISMA IN DIREZIONE X PRIMO PIANO TENSIONI VERTICALI NEL PANNELLO

42 CONFRONTO ANALISI ANALISI F.E.M. SISMA IN DIREZIONE X PRIMO PIANO TENSIONI VERTICALI NEL PANNELLO P5 QUESTA DISTRIBUZIONE DI TENSIONI CORRISPONDE AD UN MOMENTO PARI A CIRCA 880kNm

43 CONFRONTO ANALISI ANALISI ANDILWall SISMA IN DIREZIONE X PRIMO PIANO TENSIONI VERTICALI NEL PANNELLO P5 LA TABELLA RIPORTA LE SOLLECITAZIONI CALCOLATE A ROTTURA ELEMENTO P5 IL CONFRONTO ESEGUITO FRA I MOMENTI NEL PIANO (Mip) ALLA BASE DELL ELEMENTO P5 PORTA AI SEGUENTI RISULTATI F.E.M ANDILWall Mip = 880 knm Mip = 1512 knm

44 CONCLUSIONI Non possiamo non concludere dicendo che la storia del laterizio e UNA STORIA LUNGA QUASI QUANTO L UOMO L INDUSTRIA DEL LATERIZIO IN ITALIA E UNA REALTA TRA LE PIU AVANZATE NEL MONDO MAGGIORE UTILIZZO DELLE COSTRUZIONI IN MURATURA UNITAMENTE ALL IMPIEGO DELLE MODERNE TECNOLOGIE PER LA SICUREZZA DELLE STRUTTURE Si ringrazia per la collaborazione ed in particolare SIR Engineering srl Dott. Ing. Maurilio De Deo Dott. Ing. Antonella di Vera