Modelli numerici avanzati per l analisi di strutture storiche e monumentali

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1 INGEGNERIA ED ARCHITETTURA A SERVIZIO DELLE COMUNITÀ: RICOSTRUIRE DOPO IL SISMA Aula Magna Facoltà di Ingegneria Ancona Modelli numerici avanzati per l analisi di strutture storiche e monumentali Ing. Clementi Francesco Dipartimento di Ingegneria Civile, Edile ed Architettura (DICEA) Università Politecnica delle Marche, Ancona [email protected] 11 Maggio 2017

2 CONTENUTI La muratura I tipi di modellazione a disposizione Dalla ricerca alla pratica Conclusioni Ing. Francesco Clementi DICEA Università Politecnica delle Marche 2

3 LA MURATURA La muratura è costituita da un aggregato di elementi resistenti artificiali o naturali (mattoni o pietre) sovrapposti in opera e legati dalla malta. La resistenza della muratura è funzione delle resistenze dei suoi elementi costituenti, mattoni e malta. La valutazione della resistenza massima delle pareti murarie è un aspetto progettuale fondamentale e allo stesso tempo difficile da stimare, a causa: dell anisotropia del materiale, e del suo comportamento fragile. Ing. Francesco Clementi DICEA Università Politecnica delle Marche 3

4 LA MURATURA In regime uniassiale, il legame costitutivo assume la forma riportata in Figura (Lourenco, 1998): la resistenza a trazione è molto inferiore di quella a compressione. Legami costitutivi uniassiale tipici della malta (pedice M) e di mattoni in laterizio (pedice L) Legame costitutivo uniassiale della muratura (compressione positiva) Ing. Francesco Clementi DICEA Università Politecnica delle Marche 4

5 LA MURATURA A livello normativo, la resistenza dei pannelli murari è definita rispetto a tre diversi meccanismi di collasso: 1. Flessione 2. Taglio-trazione 3. Taglio-scorrimento Ing. Francesco Clementi DICEA Università Politecnica delle Marche 5

7 I TIPI DI MODELLAZIONE A DISPOSIZIONE F Ing. Francesco Clementi DICEA Università Politecnica delle Marche 7

9 MONASTERO DI SANT AGOSTINO - OFFIDA Ubicato in pieno centro storico nelle immediate vicinanze della piazza centrale, Piazza del Popolo; Il complesso è composto da più parti: la Chiesa di Sant Agostino, un Aggregato della chiesa, ed il chiostro dove tutti i locali presenti sono stati adibiti ad aule scolastiche, sede centrale dell Istituto Comprensivo di Offida, Scuola. Piazza del Popolo Complesso Ing. Francesco Clementi DICEA Università Politecnica delle Marche 9

10 MONASTERO DI SANT AGOSTINO - OFFIDA PROSPETTO OVEST PROSPETTO NORD PROSPETTO SUD PROSPETTO EST Ing. Francesco Clementi DICEA Università Politecnica delle Marche 10

11 MONASTERO DI SANT AGOSTINO - OFFIDA Z Y X Ing. Francesco Clementi DICEA Università Politecnica delle Marche 11

12 Taglio alla Base [kn] Taglio alla Base [kn] MONASTERO DI SANT AGOSTINO - OFFIDA Punto di Controllo Z Y X DIREZIONE X DIREZIONE Y I R < 0,183 < 0, kn kn kn kn kn kn kn kn kn kn kn kn 0 kn kn kn kn kn kn kn kn kn kn kn kn kn 0 kn DIREZIONE X Spostamento [m] DIREZIONE Y Spostamento [m] Ing. Francesco Clementi DICEA Università Politecnica delle Marche 12

13 MONASTERO DI SANT AGOSTINO - OFFIDA Facciata della Chiesa \ Spinta in direzione X Ing. Francesco Clementi DICEA Università Politecnica delle Marche 13

14 SAN FRANCESCO SCUOLA F.M. TOCCI - CAGLI Il convento di San Francesco fu il primo monastero francescano costruito nella Regione Marche (Italia) tra il 1234 ed il 1240, insieme con l omonima chiesa di San Francesco e la torre campanaria. Nel 1866 l edificio perse la sua funzione religiosa divenendo una proprietà municipale adibita ad attività scolastiche. Dopo il terremoto Umbria-Marche del 1997, l ex monastero fu oggetto di alcuni interventi quali l aggiunta di una soletta rigida agli impalcati della scuola, la chiusura delle lesioni generate dal terremoto e l inserimento di catene sulla facciata per prevenire l innesco di meccanismi locali. Ing. Francesco Clementi DICEA Università Politecnica delle Marche 14

15 SAN FRANCESCO SCUOLA F.M. TOCCI - CAGLI Ing. Francesco Clementi DICEA Università Politecnica delle Marche 15

20 MONITORAGGIO DINAMICO Consente di acquisire informazioni riguardo le caratteristiche dinamiche della costruzione: Modi propri di vibrare Frequenze proprie Smorzamenti Il modello strutturale può essere calibrato sulla base delle informazioni acquisite per essere più rispondente alla realtà. Informazioni real-time sullo stato di danneggiamento a seguito di un terremoto (evacuazione ecc.) Ing. Francesco Clementi DICEA Università Politecnica delle Marche 20

21 IDENTIFICAZIONE E CALIBRAZIONE L oggetto di studio è il Palazzo del Podestà e la Torre Civica a Montelupone. È ubicato in pieno centro storico, nella piazza principale del Borgo. Il complesso studiato è costituito dal Palazzo del Podestà, dalla Torre Civica e dalla Chiesa della Pietà. Ing. Francesco Clementi DICEA Università Politecnica delle Marche 21

22 IDENTIFICAZIONE E CALIBRAZIONE Ing. Francesco Clementi DICEA Università Politecnica delle Marche 22

23 IDENTIFICAZIONE E CALIBRAZIONE Monitoraggio dinamico: 6 acquisizioni; 8 accelerometri sismici, frequenza di campionamento 1000Hz. Piano P2 quota 23.5 m Piano P1 quota 17.5 m Piano P0 palazzo quota 4.1 m Ing. Francesco Clementi DICEA Università Politecnica delle Marche 23

24 IDENTIFICAZIONE E CALIBRAZIONE Modello numerico: elementi solidi Ing. Francesco Clementi DICEA Università Politecnica delle Marche 24

25 IDENTIFICAZIONE E CALIBRAZIONE Modo 1 Modo 2 Modo 3 Modo 4 Modo 5 Modo 6 Modi Frequenza Periodo Massa partecipante X Massa partecipante Y % 13.20% % 16.45% % 13.87% % 0.12% % 1.34% % 8.28% Ing. Francesco Clementi DICEA Università Politecnica delle Marche 25

26 IDENTIFICAZIONE E CALIBRAZIONE Modo 1 Modo 2 Modo 3 Modo 5 Monitoraggio frequenza [Hz] Modello FEM frequenza [Hz] Differenza frequenze f [%] massa X modello FEM [%] massa Y modello FEM [%] Ing. Francesco Clementi DICEA Università Politecnica delle Marche 26

27 COMPLESSO DI SAN CIRIACO - ANCONA Ing. Francesco Clementi DICEA Università Politecnica delle Marche 27

28 COMPLESSO DI SAN CIRIACO - ANCONA Senza interventi ELEMENTI: NODI: GDL: Con interventi ELEMENTI: NODI: GDL: Ing. Francesco Clementi DICEA Università Politecnica delle Marche 28

29 COMPLESSO DI SAN CIRIACO - ANCONA Probabilmente la torre sorse su un avamposto militare del VI secolo Il primo documento che attesti la presenza della Torre Campanaria risale al maggio del /1965 consolidamento di tutta la costruzione, riapertura delle otto monofore e della finestra sul prospetto principale. Ing. Francesco Clementi DICEA Università Politecnica delle Marche 29

30 COMPLESSO DI SAN CIRIACO - ANCONA Rafforzamento delle murature con INIEZIONI a pressione di boiacca cementizia fluida e CUCITURE ARMATE cementate Φ18. ELIMINAZIONE DEL SOLAIO a quota intermedia Sostituzione del solaio ligneo della cella campanaria con una PIASTRA IN CEMENTO ARMATO con due travi in ca 0.2x0.4 m disposte a croce. Ing. Francesco Clementi DICEA Università Politecnica delle Marche 30

31 COMPLESSO DI SAN CIRIACO - ANCONA E stata eseguita un analisi statica nonlineare. ELEMENTI: NODI: GDL: Le zone più sensibili sono quelle in corrispondenza dei solai di piano e la cella campanaria Ing. Francesco Clementi DICEA Università Politecnica delle Marche 31

32 COMPLESSO DI SAN CIRIACO - ANCONA Ing. Francesco Clementi DICEA Università Politecnica delle Marche 32

34 CONCLUSIONI L utilizzo di tali modellazioni, anche se onerose da un punto di vista computazionale, permettono di avere una rappresentazione esatta della struttura e del possibile danno indotto da carichi sia statici che dinamici. E certamente possibile progettare un intervento di miglioramento o adeguamento sismico su misura viste le informazioni di dettaglio fornite in output. Come visto, gli interventi di miglioramento o di adeguamento sismico possono essere modellati con altrettanta cura e precisione partendo dal modello «ante-operam». Ing. Francesco Clementi DICEA Università Politecnica delle Marche 34