EDIFICI ESISTENTI IN MURATURA

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1 Ordine degli Ingegneri della Provincia di Potenza Corso di aggiornamento professionale sulla Normativa Sismica di cui all Ordinanza del PCM 3274 del 20 marzo 2003 Potenza, 8 giugno 2004 EDIFICI ESISTENTI IN MURATURA Domenico Liberatore Professore Straordinario di Progetto di Strutture Università degli Studi della Basilicata

2 Edifici esistenti in muratura Considerazioni generali Le principali innovazioni dell OPCM 3274 sono: la chiara definizione del livello di conoscenza, con riferimento alle indagini conoscitive; la presa in conto del livello di conoscenza nella valutazione (assessment); la definizione delle possibili indagini (distruttive e non); in alternativa all adeguamento, si prevede un miglioramento controllato, con livelli di azioni sismiche ridotti, decisi dalle Regioni.

3 Dati necessari e identificazione del livello di conoscenza Geometria Rilievo sommario Rilievo, piano per piano, di: principali elementi strutturali resistenti a taglio volte in muratura stima a campione dell andamento e della rigidezza dei solai Rilievo completo Rilievo completo, piano per piano, di: tutti gli elementi in muratura volte e loro tipologia andamento di tutti i solai e valutazione accurata della loro rigidezza valutazione dei carichi gravanti su ogni elemento di parete

4 ettagli costruttivi ) qualità del collegamento tra pareti ortogonali.

5 ettagli costruttivi ) qualità del collegamento tra solai e pareti ed eventuale presenza di cordoli di piano

6 ettagli costruttivi ) esistenza di architravi dotate di resistenza flessionale al di sopra delle aperture

7 ettagli costruttivi ) presenza di elementi strutturali spingenti e di eventuali elementi atti ad eliminare la spinta

8 ettagli costruttivi ) presenza di elementi, anche non strutturali, ad elevata vulnerabilità

9 ettagli costruttivi ) tipologia e qualità della muratura (a un paramento, a due o più paramenti, con o senza collegamenti trasversali), eseguita in mattoni o in pietra (regolare, irregolare)

10 ettagli costruttivi ) presenza e rappresentazione dell eventuale quadro fessurativo

11 ettagli costruttivi arebbe opportuno un ilievo accurato di canne umarie, nicchie, e iscontinuità murarie in enere

12 ettagli costruttivi Verifiche in situ limitate Sono basate unicamente su rilievi di tipo visivo e possono essere effettuate per campione.

13 Verifiche in situ estese e adeguate Rilievi di tipo visivo, ricorrendo a scrostature di intonaco, messa a nudo delle caratteristiche di ammorsamento tra muri ortogonali e solai nelle pareti. Si possono esaminare a campione: qualità del collegamento tra pareti ortogonali qualità del collegamento tra solai e pareti tipologia e qualità della muratura Si devono esaminare in modo sistematico all intero edificio: esistenza di architravi presenza di elementi strutturali spingenti presenza di elementi ad elevata vulnerabilità quadro fessurativo L efficacia di eventuali elementi atti a eliminare la spinta (catene) deve essere verificata sperimentalmente. Misura della frequenza di vibrazione della catena soggetta a una forzante impulsiva.

14 Proprietà dei materiali La qualità della muratura deve essere verificata: a) in situ, mediante il rilievo della tessitura muraria in superficie e in sezione b) in laboratorio, mediante la caratterizzazione di malte, pietre e/o mattoni prelevati in situ

15 Prova con doppio martinetto piatto σ σ Sforzi [N/mm2] Sforzi [N/mm2] ε l ε v ε l ε v

16 Prova di compressione diagonale su pannello Schema della prova di compressione diagonale

17 Prova di compressione verticale e taglio Schema della prova di taglio-compressione Apparato di prova

18 Prove non distruttive oscilloscopio ingresso trigger ingresso impulsi filtraggio Indagini soniche sensore (accelerometro) martello eccitatore amplificazione

19 Prove non distruttive Georadar 20 ns 8 w 150 cm 8 w t t t t t 290 cm

20 Prove non distruttive Le prove non distruttive (prova sonica, radar) possono impiegate in combinazione ma non in sostituzione delle prove distruttive

21 Oltre alle prove classiche : Prova penetrometrica per la valutazione della tensione verticale e/o del coefficiente d attrito della malta (Liberatore e Spera, 2001) 400 Perforazione Colpi Infissione (mm) SPU (mm -1) Forza (N) ,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 SPU (mm -1 ) Parametri a dispersione Intecetta per L'origine Retta di regressione

22 Proprietà dei materiali Verifiche in situ limitate Esami visivi della tessitura della muratura e degli elementi (blocchi e malta) di cui è costituita Almeno un esame per ogni tipo di muratura presente e per ogni piano dell edificio Non sono richieste prove sperimentali

23 Proprietà dei materiali Verifiche in situ estese Almeno una prova su ciascun tipo di muratura presente, in aggiunta alle verifiche visive Verifiche in situ esaustive Almeno tre prove su ciascun tipo di muratura presente, in aggiunta alle verifiche visive

24 Livelli di conoscenza e coefficienti parziali di sicurezza Rilievo e verifiche Livello di conoscenza Coefficiente Tutti i casi che non ricadono nei successivi LC1 1.5 γ m Rilievo completo e verifiche in situ estese LC2 γ m Rilievo completo e verifiche in situ adeguate ed esaustive LC γ m

25 INTERVENTI Gerarchia delle modalità di collasso 1. Disgregazione della tessitura muraria 2. Collasso della parete al di fuori del piano 3. Collasso della parete nel piano

26 Disgregazione della tessitura muraria INTERVENTI Iniezioni di miscele leganti Paretine in c.a. Diatoni armati CAM

27 Diatoni armati

28 CAM Cucitura Attiva della Muratura Dolce e Marnetto, 2000

29 Collasso della parete al di fuori del piano 1 modo di deformazione della cella muraria: estensione

30 Collasso della parete al di fuori del piano 1 modo di deformazione della cella muraria: estensione Inserimento di catene

31 Collasso della parete al di fuori del piano 2 modo di deformazione della cella muraria: flessione

32 Collasso della parete al di fuori del piano 3 modo di deformazione della cella muraria: scorrimento

33 Collasso della parete al di fuori del piano 3 modo di deformazione della cella muraria: scorrimento Vantaggio del modo di scorrimento rispetto alla soluzione a solaio rigido : Rimane inalterata la ripartizione delle forze sismiche tra le diverse pareti; in particolare, non si creano effetti torsionali globali. DIRETTIVE TECNICHE Regioni Basilicata, Calabria e Campania, sisma del 9/9/1998 In ogni caso si dovrà garantire che gli interventi progettati non aggravino la situazione degli edifici adiacenti né quella delle porzioni di edificio nelle quali non si eseguono interventi strutturali.

34 Nel caso di muratura a doppio paramento (con o senza riempimento a sacco) l eventuale esecuzione di cordoli in breccia dovrà essere oggetto di attenta valutazione, al fine di evitare l ulteriore separazione dei due paramenti e l applicazione di sovraccarichi concentrati su uno solo di essi. Qualora non fosse possibile adottare altre forme di collegamento (p. es. cordoli esterni alla muratura con ancoraggio dei travetti e delle caldane alla muratura) si dovrà provvedere ad adottare procedimenti costruttivi che disturbino il meno possibile il regime statico preesistente e migliorino il collegamento fra i paramenti. Collasso della parete al di fuori del piano 3 modo di deformazione della cella muraria: scorrimento DIRETTIVE TECNICHE Regioni Basilicata, Calabria e Campania, sisma del 9/9/1998 [ ] Cordoli in c.a.: verificare preliminarmente la fattibilità e l'efficenza di interventi meno invasivi rispetto ai cordoli in breccia (p.es. cordoli esterni in c.a. o profili in acciaio collegati al solaio ed alle murature e resi continui agli angoli), [ ]

35 Collasso della parete al di fuori del piano 3 modo di deformazione della cella muraria: scorrimento DIRETTIVE TECNICHE Regioni Basilicata, Calabria e Campania, sisma del 9/9/1998 [ ] Interventi volti a ridurre l'eccessiva deformabilità dei solai: - verificare preliminarmente la fattibilità e l efficienza di interventi meno invasivi rispetto alla solettina in c.a., [ ]; - in caso di scelta della soletta, limitarne gli spessori al minimo necessario curando il collegamento con connettori ai travetti sottostanti e verificando l'eventuale variazione di ripartizione delle azioni orizzontali in conseguenza dell'irrigidimento dei diaframmi; - curare efficaci collegamenti con il cordolo o con altri elementi di ripartizione sulla muratura.

36 Collasso della parete al di fuori del piano 3 modo di deformazione della cella muraria: scorrimento OPCM La trasformazione di solai flessibili in solai rigidi comporta una diversa distribuzione delle azioni agenti sulle pareti, che può rivelarsi favorevole o sfavorevole in funzione della geometria della struttura.

37 Collasso della parete al di fuori del piano 3 modo di deformazione della cella muraria: scorrimento Intervento: inserimento di travi reticolari in spessore di solaio

38 Collasso della parete al di fuori del piano 3 modo di deformazione della cella muraria: scorrimento Sistema di tirantatura Capochiave d'ancoraggio Nodo d'angolo (B) Intervento: inserimento di cavi in acciaio Profilato in acciaio Cavo Nodo d'angolo Nodo di (A) ritegno Capochiave di ritegno Barra di collegamento Azione sismica

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41 Collasso della parete al di fuori del piano 3 modo di deformazione della cella muraria: scorrimento Sperimentazione sul sitema cavi-redance-tenditori t2a-f25 forza [KN] Valore atteso 28t2a-f250 28t2a-f2_5 28t2a-f t2a-f t2a-f25-100r 29t2a-f t2a-f t2a-f2_ t2a-f25-100r 30t2a-f t2a-f t2a-f r tipo cavo TREFOLO CON ANIMA METALLICA diametro 12mm configurazione cavo con redance e morsetti spostamento [mm]

42 Letto Matrimoniale 9,80 mq Bagno 2,60 mq Soggiorno/pranzo 9,54 mq Angolo cottura 4,85 mq 1.93 Cucina mq 11, Bagno 3,85 mq Rip. 2,65 mq Bagno mq 3,51 mq 1.45 Soggiorno - Pranzo mq 24,40 Letto mq 9, Soggiorno - Pranzo mq 21, mq 2,21 Cucina mq 15,95 Letto Matrimoniale mq 8,46 Letto Matrimoniale mq 11, Bagno mq 2,85 Bagno mq 2, Collasso della parete al di fuori del piano 3 modo di deformazione della cella muraria: scorrimento Caso studio: Ortigia, Quartiere della Giudecca ch i es a vico II alla Giudecca (T)-Testata sx-vic II 3 quota cavi = 500 cm quota cavi = 455 cm (L)-Testata sx-vic II 1 (I)-Testata sx-vic II quota cavi = 445 cm (ESTRADOSSATI) (H)-Parete quota cavi = 400 cm (G)-Parete 3 quota cavi = 350 cm (ESTRAD.) (F)-Parete (E)-Parete (D)_Testata dx-vic II 2 quota cavi = 330 cm 64.8 (C)-Testata dx-vic II quota cavi = 660 cm (U)-Testata sx-vic III 3 quota cavi = 480 cm PIANTA PIANO TERRA 67.9 (M)-Testata sx-vic III quota cavi = 445 cm (N)-Parete quota cavi = 400 cm (ESTRADOSSATI) (O)-Parete 3 vico III alla Giudecca 64.2 (P)-Parete (Q)-Parete (R)-Testata dx-vic III quota 2 cavi = 350 cm (S)-Testata dx-vic III (A)-Testata dx-parete sx (B)-Testata dx-parete centrale via Alagona

43 Collasso della parete nel piano Collasso per taglio

44 Collasso della parete nel piano Collasso per flessione

45 OPCM 3274 Criteri per la scelta dell intervento Interventi per eliminare inadeguatezze evidenziate nella fase di rilievo; in particolare vanno eliminati: - spinte orizzontali - architravi non resistenti a flessione - collegamenti inadeguati tra solai e pareti - elementi a forte vulnerabilità Correzione di situazioni di forte irregolarità (in termini di rigidezza e/o resistenza) tramite il rinforzo di un numero ridotto di elementi o l inserimento di elementi aggiuntivi. La trasformazione di solai flessibili in solai rigidi comporta una diversa distribuzione delle azioni agenti sulle pareti, che può rivelarsi favorevole o sfavorevole. L aumento della capacità deformativa degli elementi è sempre favorevole. Nel caso di introduzione di rinforzi locali occorre verificare

46 Rinforzo, sostituzione o ricostruzione di parte degli elementi Iniezioni di malta

47 Rinforzo, sostituzione o ricostruzione di parte degli elementi Lastre cementizie

48 Rinforzo, sostituzione o ricostruzione di parte degli elementi Cuci-scuci

49 Modifica dell organismo strutturale con aggiunta di nuovi elementi strutturali Pareti di controvento in acciaio

50 Modifica dell organismo strutturale con aggiunta di nuovi elementi strutturali Cordoli e pilastrini in c.a

51 Modifica dell organismo strutturale con aggiunta di nuovi elementi strutturali Incatenamenti di volte o di strutture spingenti

52 Modifica dell organismo strutturale Realizzazione e/o ampliamento di giunti tra corpi di fabbrica Martellamento tra corpi di fabbrica contigui

53 Modifica dell organismo strutturale Realizzazione e/o ampliamento di giunti tra corpi di fabbrica Correzione di irregolarità planimetriche

54 Modifica dell organismo strutturale Eliminazione di eventuali elementi e/o piani deboli

55 Modifica dell organismo strutturale Riquadratura aperture

56 Modifica dell organismo strutturale Irrigidimento dei solai

57 Modifica dell organismo strutturale Introduzione di un sistema strutturale aggiuntivo in grado di resistere per intero all azione sismica di progetto Trasformazione di elementi non strutturali in elementi strutturali

58 Introduzione di una protezione passiva Controventi dissipativi Isolamento alla base CONTROVENTI CON LAMELLE IN ACCIAIO UNITA DISSIPATIVA diaframma dissipatori rigido cordolo in c.a. m1, k1 CONTROVENTI CON LEGHE A MEMORIA DI FORMA m 2, k 2 L 1 L 2 dissipatori direzione del terremoto

59 Limitazione o cambiamento della destinazione d uso Demolizione parziale o totale

60 Modelli di capacità per la valutazione Pareti murarie ressoflessione nel piano M u = l 2 1 σ 0. 85f 1 2 tσ 0 0 postamento ultimo:.8% dell altezza del pannello d Taglio V t = l tf vk / γ m Spostamento ultimo: 0.4% dell altezza del pannello Si può assumere lo spostamento ultimo in pressoflessione solo se la resistenza a taglio è superiore di almeno il 30% rispetto a quella per pressoflessione.

61 Solai Valutazione di rigidezza e resistenza dei solai in ciascuna delle due direzioni. I solai possono essere considerati infinitamente rigidi solo se: in grado di resistere alle forze ottenute dall analisi, incrementate del 30% ( ) e le aperture non ne riducono significativamente la rigidezza, se realizzati in c.a., oppure con soletta in c.a. di almeno 50 mm di spessore collegata da connettori a taglio ( ).

62 Modelli di capacità per il rinforzo I coefficienti parziali di sicurezza devono corrispondere al livello di conoscenza. Valutazioni dell efficacia del rinforzo effettuate sulla sola base di dati di letteratura, senza ricorrere a verifiche sperimentali, comporta l utilizzo di coefficienti di sicurezza parziali corrispondenti al livello di conoscenza LC1.

63 Edifici semplici E consentito applicare le norme semplificate per gli edifici semplici di nuova costruzione quando, oltre alle condizioni prescritte al punto 8.1.9, dopo l intervento di adeguamento, risulta verificato quanto segue. a) Le pareti ortogonali sono tra loro ben collegate b) I solai sono ben collegati alle pareti, per mezzo di tasselli e/o di cordoli di piano c) Tutte le aperture sono dotate di architravi dotate di resistenza flessionale d) Tutti gli elementi spingenti eventualmente presenti sono dotati di accorgimenti atti ad eliminare o equilibrare le spinte orizzontali e) Tutti gli elementi, anche non strutturali, ad elevata vulnerabilità sono stati eliminati f) Tutti i solai possano essere considerati infinitamente rigidi e resistenti g) Le murature non sono a sacco o a doppio paramento, e in generale di cattiva qualità e scarsa resistenza (ad es. muratura in foratoni o con

64 Edifici di speciale importanza artistica Per gli edifici di speciale importanza artistica, di cui all art. 16 della legge 2 febbraio 1974, n. 64, è consentito derogare da quanto prescritto nelle presenti norme, nei casi in cui ciò comporti l esecuzione di interventi incompatibili con le esigenze di tutela e di conservazione del bene culturale. In tal caso peraltro, è richiesto di calcolare i livelli di accelerazione del suolo corrispondenti al raggiungimento di ciascuno stato limite previsto per la tipologia strutturale dell edificio, nella situazione precedente e nella situazione successiva all eventuale intervento.

65 Considerazioni critiche su alcuni tipi di intervento

66 Inserimento di un nuovo solaio latero-cementizio

67 Intonaco cementizio armato

68 Iniezioni

69 Sebbene si tenga conto della possibilità che la trasformazione dei solai da flessibili a rigidi possa essere sfavorevole, l Ordinanza appare ancora sbilanciata in favore dei secondi, come risulta ad es. dalla definizione di edificio semplice. Considerazioni conclusive L OPCM 3274 appare sbilanciata verso la considerazione di meccanismi di tipo globale, e non considera in modo sufficientemente approfondito il collasso per disgregazione della tessitura e il collasso al di fuori del piano. Non risulta dall Ordinanza il concetto della gerarchia delle modalità di collasso, sul quale oggi si è aggregato il consenso dal parte della comunità scientifica. Riguardo alla modalità di collasso al di fuori del piano, sarebbe opportuno introdurre nella norma il metodo dei meccanismi, che oggi è ben consolidato per l edilizia storica e monumentale e che gode di un ampio consenso in ambito scientifico.