Analisi sismica di edifici in muratura e misti

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1 Analisi sismica di edifici in muratura e misti Parte 1 1

2 8-11 Meccanismi di resistenza delle strutture in muratura ed il calcolo con 3Muri Analisi push-over, l esame critico dei risultati e le strategie di intervento Verifiche dei meccanismi locali, il calcolo delle cerchiature e le verifiche degli elementi secondari 2

3 OGGI 1.IL COMPORTAMENTO SISMICO DELLE MURATURE 2.IL MODELLO DI CALCOLO NON LINEARE 3.ESEMPIO DI CALCOLO PARTE 1 3

4 1 IL COMPORTAMENTO SISMICO DELLE MURATURE 4

5 L Aquila terremoto del 6 aprile 2008 Casentino 5

6 Comportamento sismico edifici muratura La resistenza dei muri a forze agenti nel piano del muro è molto maggiore rispetto a quella nel caso di forze agenti ortogonalmente al piano, e quindi è maggiore la loro efficacia come elementi di controventamento Concezione strutturale a sistema scatolare da Touliatos,

7 Comportamento sismico edifici muratura Concezione strutturale del sistema scatolare

8 Comportamento sismico edifici muratura Concezione strutturale del sistema scatolare 8

9 9

10 I meccanismi di danno 10

11 Comportamento sismico edifici muratura Concezione strutturale del sistema scatolare Requisito fondamentale è che muri portanti, muri di controvento e solai devono essere efficacemente collegati e ammorsati tra loro. Il buon ammorsamento tra i muri consente la ridistribuzione dei carichi verticali fra i muri ortogonali, anche nel caso di solai ad orditura in una sola direzione 11

12 1.a criticità: la muratura deve essere consistente 12

13 Comportamento sismico edifici muratura Meccanismi di modo I Analisi per cinematismi locali 13

14 L Aquila terremoto del 6 aprile 2009 Esempi di meccanismi di danno di I modo 14

15 Comportamento sismico edifici muratura Meccanismi di modo II Analisi globale 15

16 L Aquila terremoto del 6 aprile 2009 Poggio Picenze Esempi di meccanismi di danno di II modo Branconio-Farinosi Palace, L Aquila 16

17 Esempi di meccanismi di danno di II modo Osservazione del danno e risultati sperimentali hanno evidenziato come la Parete come insieme di macroelementi concentrazione del danno si realizzi in porzioni ben definite maschi fasce 17

18 Vulnerabilità degli edifici in muratura Elementi che aumentano la vulnerabilità: Dettagli costruttivi scadenti Scarsa qualità dei materiali Azioni spingenti fuori piano non adeguatamente contrastate Eccessiva snellezza delle pareti (problemi d instabilità fuori piano) Mancanza di connessione tra le pareti Mancanza di connessione tra le pareti e gli orizzontamenti Orizzontamenti che non assolvono alla funzione d irrigidimento e di trasferimento delle azioni Irregolarità (altimetrica planimetrica - distribuzione delle rigidezze) 18

19 Vulnerabilità degli edifici in muratura Elementi che riducono la vulnerabilità: Buona qualità dei singoli costituenti e della fattura (tessitura) dell apparecchio murario Attenzione ai dettagli costruttivi Limitata snellezza delle pareti Adeguati elementi strutturali atti a contenere le azioni fuori piano (catene, etc.) Buon ammorsamento tra le pareti Adeguata connessione tra le pareti e gli orizzontamenti Adeguata rigidezza degli orizzontamenti Regolarità strutturale e delle aperture 19

20 Comportamento non lineare dei materiali e delle strutture 20

21 Ipotesi di base del calcolo sismico Vecchie normative: verifica solo della resistenza NTC 08: oltre a resistenza controllo della duttilità slo sld slv slc Il controllo avviene esaminando lo spostamento 21

22 Ipotesi di base del calcolo sismico Duttilità = capacità di spostamento a forza costante F u d e = d u Rottura se F = Fu Modo fragile d e Rottura se d = du Duttilità = du /de d u 22

23 V [kn] Calcolo strutture in muratura e miste secondo NTC 08 Rigidezza, resistenza e duttilità d = du/dy RESISTENZA Fy RIGIDEZZA SPOSTAMENTO ULTIMO 20 0 K fess Dy U [mm] Du 23

24 Metodi per l analisi sismica delle strutture esistenti in muratura LINEARE Assume la duttilità della struttura indirettamente (q) NON LINEARE Valuta direttamente la duttilità della struttura STATICA DINAMICA STATICA DINAMICA Limitata a strutture regolari Molto cautelativa. Prende in conto strutture di sola muratura Di facile uso, esamina strutture miste (muratura, c.a., acciaio, legno.) Molto complessa 24

25 Ipotesi di base del calcolo sismico Riduzione azione sismica con fattore q F u q=du / dy F y q=fu / Fy dy du 25

26 Ipotesi di base del calcolo sismico Materiali diversi: comportamento non-lineare che tiene conto delle ridistribuzioni delle sollecitazioni nelle varie fasi F u acciaio c.a. muratura d 26

27 La normativa: NTC 08 e Cir n. 617 Punto Analisi statica non lineare Punto C le strutture in muratura risultano, in ogni caso, più significativamente rappresentate attraverso un analisi statica non lineare. Punto C L analisi statica non lineare è il metodo di calcolo più rappresentativo del loro comportamento ultimo e, quindi, della risposta sismica globale dell edificio. 27

28 La normativa: NTC 08 e Cir n. 617 Superamento delle restrizioni all uso dell analisi statica non lineare per le strutture in muratura Punto C il metodo risulta applicabile anche per T<TC e anche se ha una massa partecipante inferiore al 75%; Punto C : nel caso di edifici in muratura esistente, esso è applicabile indipendentemente dalla percentuale di massa attivata. 28

29 (Frame by Macro Elements) Autori del motore di calcolo: Prof. S. Lagomarsino - Università di Genova Ing. A. Penna, Ricercatore presso Eucentre - Pavia Ing. A. Galasco, Collaboratore Eucentre Pavia Ing. S. Cattari, Università di Genova 30

30 Il modello somma il contributo degli elementi strutturali Pareti Cordoli Catene Solai e volte Travi, pilastri, setti in c.a., acciaio, legno 31

31 Il contributo delle pareti 32

32 Meccanismi di collasso muratura: rottura localizzata - macroelementi Pressoflessione Scorrimento Taglio 33

33 Meccanismi di collasso: il comportamento delle pareti resistenti Osservazione di eventi sismici e risultati sperimentali hanno evidenziato come la concentrazione del danno si realizzi in porzioni ben definite (maschi, fasce, blocchi rigidi). BLOCCHI RIGIDI FASCE MASCHI 34

34 Il telaio equivalente : le pareti resistenti Parete come insieme di macroelementi: MESH elemento rigido elemento flessibile elemento fascia elemento maschio 35

35 Il macroelemento: riduzione di superfici ad elemento lineare equivalente deformabilità assiale deformabilità tangenziale 36

36 Il macroelemento: matrice di rigidezza 37

37 Il macroelemento: eccentricità 38

38 Elementi in c.a. Calcolo strutture in muratura e miste secondo NTC 08 39

39 La costruzione del telaio equivalente 40

40 La creazione della mesh 41

41 La creazione della mesh 42

42 La creazione della mesh: le pareti i maschi murari. L altezza del maschio sarà la media delle altezze delle aperture che lo contornano; sul bordo esterno si considererà, nella media, l altezza di interpiano le travi orizzontali in muratura (fasce) sono localizzate in corrispondenza delle sovrapposizione delle aperture i nodi, porzioni indeformabili (nodi rigidi). Vi si collegano gli elementi sino a formare un telaio. 43

43 Calcolo strutture in muratura e miste secondo NTC 08 Il telaio equivalente : le pareti resistenti 44

44 Le pareti resistenti irregolarità aperture 45

45 Strutture non regolari 46

46 Creazione automatica del telaio equivalente 47

47 Creazione automatica del telaio equivalente per una parete complessa 48

48 Gli oggetti strutturali disponibili in 3Muri 49

49 Modello 3D oggetti strutturali pannello semplice 50

50 Modello 3D oggetti strutturali pannelli con apertura 51

51 Modello 3D oggetti strutturali cerchiature di porte e finestre 52

52 Modello 3D oggetti strutturali pilastri isolati 53

53 Modello 3D oggetti strutturali pannelli con cordolo in c.a. / acciaio 54

54 Modello 3D oggetti strutturali pannelli con cordolo in legno - catena 55

55 Modello 3D oggetti strutturali pannello con balcone 56

56 Modello 3D oggetti strutturali pannelli con cordoli e pilastri 57

57 Modello 3D oggetti strutturali parete mista 58

58 Modello 3D oggetti strutturali parete rinforzata con nuova muratura 59

59 Modello 3D oggetti strutturali parete rinforzata con setto in c.a. 60

60 Modello 3D oggetti strutturali parete rinforzata con elementi in accaio 61

61 Modello 3D oggetti strutturali muratura armata - sistema CAM 62

62 Modello 3D oggetti strutturali parete rinforzata con frp 63

63 Il contributo dei cordoli 65

64 Interazione dei cordoli con le pareti sollecitate ortogonalmente al piano Parte di queste funzioni sono svolte dalle catene con capochiave, parallele ed adiacenti ai muri perimetrali. 66

65 Interazione dei cordoli con le pareti sollecitate nel piano I cordoli continui in c.a. collegano muri complanari, ridistribuendo le azioni orizzontali fra di essi, conferendo maggiore iperstaticità e stabilità al sistema resistente. 67

66 Interazione dei cordoli con pareti sollecitate nel piano a) modello a mensole b) modello POR 3 m 3 m 3 m 3 m 3 m 3 m 1 m 1 m 2 m 1 m 1 m 1 m 1 m 2 m 1 m 1 m c) il grado di accoppiamento influenza notevolmente l entità dei momenti flettenti nei maschi murari 68

67 Il contributo delle catene 69

68 Senza catene: meccanismo di modo I Con catene: meccanismo di modo II 70

69 Meccanismi di collasso: Il comportamento delle pareti resistenti Funzione delle catene per la risposta ad azioni nel piano della parete 71

70 Il contributo dei solai e delle volte 72

71 Modello 3D Solai: sostegno per carichi verticali 73

72 Modello 3D Solai: distribuzione delle masse e collegamento delle pareti 74

73 Modello 3D Solai: irrigidimento di piano e trasporto delle azioni sismiche orizzontali alle pareti Solaio flessibile Solaio rigido 75

74 Ipotesi solai rigidi flessibili a) b) 76

75 Sostituzione di solai in legno con solai in c.a. 77

76 Definizione delle oggetti strutturali Solai e volte parametrici 78

77 Ipotesi di solaio flessibile in 3Muri Modellazione dei solai come membrane ortotrope collegate alle pareti Ggioo y k i j x y i l j k i l = ½ + j k i l j k x 79

78 Definizione delle oggetti strutturali Solai e volte parametrici 80

79 Definizione rigidezze equivalenti solai Rif. Allegato 2.1-UR02-1 Progetto RELUIS- Interazione di solai lignei con gli elementi portanti in muratura di edifici esistenti M.Piazza- C.Baldessari 81

80 Definizione rigidezze equivalenti solai Solai Lignei influenza delle connessioni Δ Documenti FEMA - Normativa Nuova Zelanda - Brignola et 3 al L/2 Δ 3 Single e n straight Sheathing b b Panels sheathing Δ 3 s e n L/2 s G d 2 s k 2 l b nail ( only the contribution of nails is considered) G l d e n e n 1 Gt P Panel contribution l 4sm 1 a L k n Nails contribution 1 82

81 Definizione rigidezze equivalenti volte Configurazione per lo studio della rigidezza equivalente assiale: Configurazione per lo studio della rigidezza equivalente tangenziale: Cattari et al

82 Gv/G Calcolo strutture in muratura e miste secondo NTC 08 Definizione rigidezze equivalenti volte 1 Rigidezza Equivalente Tangenziale Freccia/Luce Cattari et al

83 Sequenza di calcolo 85

84 2 DEL LA CREAZIONE MODELLO 86

85 Sequenza di calcolo 87

86 Modello 3D Insieme di pareti piane - Solai ortotropi deformabili Nodi 3D a 5 gdl per il collegamento delle pareti Elementi lineari (travi, pilastri, catene) 90

87 Modello 3D Sequenza di Calcolo Definizione delle pareti disegno diretto o da DXF 91

90 Modello 3D Calcolo strutture in muratura e miste secondo NTC 08 Assemblaggio tridimensionale di pareti piane con creazione mesh (maschi, fasce, elementi rigidi) 98

91 Modello 3D La modellazione Nodo 2D Nodo 3D Nodi 3D: 5 g.d.l derivano dall assemblaggio di nodi 2D Nodo 3D Nodi 3D:nodi d incidenza dei solai 1 nodo 2D 2 nodo 3D 3 nodo 2D

92 Modello 3d: nodi di collegamento tra le pareti 100

93 Modello 3D Assemblaggio tridimensionale con inserimento diaframmi (analisi rigidezza effettiva). 101

94 ESEMPIO DI CALCOLO 102

95 FINE 103