Dalla teoria alla pratica: Analisi delle problematiche strutturali e interventi di consolidamento a seguito del sisma dell Emilia Romagna Ing. Marcello Giovagnoni Ing. Serena Mengoli CONOSCENZA DEL MANUFATTO Linee Guida per la valutazione e riduzione del rischio sismico del patrimonio culturale allineamento alle nuove Norme tecniche per le costruzioni Percorso di conoscenza della costruzione storica ai fini del consolidamento strutturale RILIEVO GEOMETRICO DELLA COSTRUZIONE -individuazione degli organismi resistenti, dei solai e delle volte e delle strutture di fondazione; - valutazione dello stato di conservazione dei materiali; - identificazione di corpi di fabbrica realizzati in epoche differenti; - individuazione di vulnerabilità strutturali e non strutturali; - valutazione dell interferenza con edifici in adiacenza; - restituzione del rilievo geometrico in piante, prospetti e sezioni. 1
CONOSCENZA DEL MANUFATTO Linee Guida per la valutazione e riduzione del rischio sismico del patrimonio culturale allineamento alle nuove Norme tecniche per le costruzioni Percorso di conoscenza della costruzione storica ai fini del consolidamento strutturale RILIEVO DEL QUADRO FESSURATIVO E DEL DANNO - distinzione delle lesioni in base alla tipologia e alla gravità: lievi, medie, gravi; - accurata relazione fotografica di correlazione tra il rilievo delle lesioni e la restituzione grafica del quadro fessurativo; - rilievo delle deformazioni (fuori piombo, rigonfiamenti, ecc ); - studio ed individuazione dei meccanismi di danno e dei cinematismi possibili, distinguendo quelli in atto e quelli pregressi; ANALISI STORICO - CRITICA Esempio di successione storica: Palazzo Pepoli (Museo della Città di Bologna) 2
RILIEVO GEOMETRICO CHIESA DI S. MARIA MADDALENA a Santa Maria Codifiume (FE) Rilievo Laser scanner - Pianta RILIEVO GEOMETRICO CHIESA DI S. MARIA MADDALENA a Santa Maria Codifiume (FE) Rilievo Laser scanner - Sezione longitudinale 3
RILIEVO GEOMETRICO CHIESA DI S. MARIA MADDALENA a Santa Maria Codifiume (FE) Rilievo Laser scanner - Prospetto Nord QUADRO FESSURATIVO CHIESA DI S. SEBASTIANO di Renazzo (FE) Pianta 4
QUADRO FESSURATIVO CHIESA DI S. SEBASTIANO di Renazzo (FE) Prospetto Sud QUADRO FESSURATIVO CHIESA DI S. BARBAZIANO (BO) Non oggetto di intervento di consolidamento LEGENDA: Fessura capillare Fessura intermedia Fessura grave Fessura ristilata Degradi superficiali Sezione longitudinale 5
CARATTERISTICHE DEI MATERIALI Valutazione delle caratteristiche dei materiali RILIEVO VISIVO: per la valutazione qualitativa del grado di degrado e di conservazione dei materiali; PROVE NON DISTRUTTIVE O DEBOLMENTE DISTRUTTIVE: per la determinazione dei parametri meccanici e di deformabilità dei materiali. Negli edifici storici in muratura sono molto utilizzati: - Martinetti piatti doppi per determinare le caratteristiche meccaniche della muratura (debolmente distruttiva); - Prova Shave per resistenza a taglio (RILEM TC 127-MS) - Prove sclerometriche sui giunti di malta (non distruttiva). In assenza di valori sperimentali è possibile adottare i parametri meccanici forniti dalle NTC2008 e dalla Circolare n.617/2009 al C8A.2. tab. C8A.2.1., in riferimento alla tipologia di muratura che si presenta e adottando eventualmente i fattori correttivi riportati in tab. C8A.2.2. ASPETTI GEOTECNICI Accertamento del tipo e della consistenza del sistema di fondazione: - Caratterizzazione geotecnica del terreno di fondazione per determinare le caratteristiche fisico-meccaniche dei terreni; - Caratterizzazione sismica del terreno mediante prove non distruttive (prove geofisiche tipo MASW); - Analisi di Risposta Sismica Locale per valutare accuratamente l azione sismica di progetto; - Analisi dell interazione terreno-struttura per edifici particolari (es. campanili); 6
ASPETTI GEOTECNICI Massimino M., Maugeri M., Perretti A. (2004) Analisi non lineare dell interazione terrenofondazione-sovrastruttura per la Cattedrale di S. Niccolò a Noto LIVELLI DI SICUREZZA SISMICA Per i beni storici, di interesse culturale, è possibile limitarsi ad interventi rafforzamento locale con miglioramento sismico, derogando l obbligo di adeguamento sismico. E comunque necessario definire un LIVELLO DI SICUREZZA SISMICO DI RIFERIMENTO definendo: - V N : vita nominale del bene (solitamente 50 anni) a cui riferire la valutazione di sicurezza; - C U : classe d uso del bene storico, dipendente dalla classe di frequenza di utilizzo riportata nell Allegato A delle Linee Giuda classe I: uso saltuario o non utilizzato classe II: uso frequente con normali affollamenti classe III: uso molto frequente e/o con affollamenti significativi classe IV: edificio strategico (non compatibile con la necessità di conservazione del bene). Le azioni sismiche di progetto vengono quindi valutate in relazione ad un periodo di riferimento V R = V N x C U 7
MODELLI DI VALUTAZIONE DELLA SICUREZZA SISMICA La più frequente fonte di collasso degli edifici in muratura è legata all innescarsi di meccanismi locali quali: Meccanismi Fuori dal Piano: Dovuti alle forze sismiche che agiscono ortogonalmente al piano medio della parete. Meccanismi Nel Piano: Dovuti alle forze sismiche che parallelamente al piano medio della parete. MODELLI DI VALUTAZIONE DELLA SICUREZZA SISMICA ANALISI DEI MECCANISMI LOCALI DI COLLASSO Linee Guida/Riferimenti Per edifici in muratura: Schede illustrative dei principali meccanismi di collasso locali negli edifici esistenti in muratura e dei relativi modelli cinematici di analisi, a cura di: L. Milano, A. Mannella, C. Morisi, A. Martinelli 8
MECCANISMI DI COLLASSO RIBALTAMENTO SEMPLICE DI PARETE RIBALTAMENTO COMPOSTO DI PARETE RIBALTAMENTO DEL CANTONALE MECCANISMI DI COLLASSO FLESSIONE VERTICALE DI PARETE FLESSIONE ORIZZONTALE DI PARETE SFONDAMENTO DELLA PARETE DEL TIMPANO 9
MODELLI DI VALUTAZIONE DELLA SICUREZZA SISMICA ANALISI DEI MECCANISMI LOCALI DI COLLASSO Linee Guida/Riferimenti Per chiese: Linee Guida per la valutazione e riduzione del rischio sismico del patrimonio culturale allineamento alle nuove Norme tecniche per le costruzioni 10
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VALUTAZIONE DELLA SICUREZZA SISMICA In accordo con le Linee Guida per la valutazione e riduzione del rischio sismico del patrimonio culturale allineamento alle nuove Norme tecniche per le costruzioni. - Livello di valutazione LV1: analisi qualitativa e valutazione con modelli meccanici semplificati (sicurezza simica complessiva del manufatto); - Livello di valutazione LV2: valutazione su singoli macroelementi (meccanismi locali di collasso, analisi limite, modelli NL ad elementi finiti applicati a singole parti di manufatto su cui si interviene); - Livello di sicurezza LV3: valutazione complessiva della risposta sismica del manufatto (metodi come per LV2 applicati ad ogni elemento dell edificio). 17
VALUTAZIONE DELLA SICUREZZA SISMICA LIVELLO LV1 - Analisi effettuata a livello del singolo macroelemento, con lo scopo di controllare l efficacia dell intervento, operando un confronto tra sicurezza prima e dopo. - Si determina l accelerazione massima al suolo corrispondente ai diversi stati limite, correlata ad un indicatore di vulnerabilità iv, ottenuto attraverso un opportuna combinazione di punteggi assegnati ai vari elementi di vulnerabilità e di presidio antisismico presenti. Valore da 0 a 1 VALUTAZIONE DELLA SICUREZZA SISMICA LIVELLO LV1 STEP 1 CALCOLO INDICE DI VULNERABILITA vki = punteggio indicatori vulnerabilità (tab.5.1) vkp = punteggio presidi sismici presenti (tab.5.1) ρk = peso attribuito al meccanismo: vale 0 per meccanismi che non si possono attivare e tra 0.5 e 1 per altri casi descritti nell Allegato C Tab. 5.1: in base al numero di vulnerabilità o presidi antisismici presenti o introdotti si stima la pericolosità delle vulnerabilità e l efficacia dei presidi, con un valore da 0 a 3. Questo porta alla stima rispettivamente di vki e vkp, entrando in tabella una volta per le vulnerabilità e una volta per i presidi. 18
VALUTAZIONE DELLA SICUREZZA SISMICA LIVELLO LV1 STEP 1 CALCOLO INDICE DI VULNERABILITA Calcolo vki e vkp stato di fatto Calcolo vkp intervento Suggerimenti Allegato C VALUTAZIONE DELLA SICUREZZA SISMICA LIVELLO LV1 STEP 1 CALCOLO INDICE DI VULNERABILITA Tabella completa dei 28 meccanismi dello stato di fatto. Calcolo dell indice di vulnerabilità: = 0.86 (SDF Palata Pepoli) = 0.42 (SDP Palata Pepoli) E stato calcolato anche il livello di danno dk (da 0 a 5) associato ad ogni meccanismo innescato per una valutazione dell INDICE DI DANNO id (variabile da 0 a 1) che rappresenta la media normalizzata dei danni locali. = 0.76 (SDF Palata Pepoli) 19
VALUTAZIONE DELLA SICUREZZA SISMICA LIVELLO LV1 STEP 2 CALCOLO ACCELERAZIONI AL SUOLO (CAPACITA ) Calcolo delle acc.ni al suolo corrispondenti agli stati limite SLD e SLV, per lo stato di fatto e per lo stato di progetto, da confrontare con le acc.ni di progetto da normativa. Per la chiesa di Palata Pepoli: STATO DI FATTO STATO DI PROGETTO iv = 0.86 iv = 0.42 aslds = 0.0223 FS = 0.0223/0.14 = 0.16 aslds = 0.0535 FS = 0.0535/0.14 = 0.38 aslvs= 0.0888 FS = 0.0888/0.35 = 0.25 aslvs= 0.2128 FS = 0.2128/0.35 = 0. 61 VITA NOMINALE RESIDUA Dalle analisi strutturali è possibile determinare la vita nominale residua del bene culturale: nota l accelerazione spettrale (capacità della struttura) si determina il tempo di ritorno di uno spettro che ha per ordinata tale accelerazione associata al periodo proprio della struttura. Dal tempo di ritorno si ricava poi la vita di riferimento e, in funzione della classe d uso (C u ), la vita nominale residua (V n,residua =V R /C u ). Linee Guida Patrimonio Culturale 2.4, formula 2.4 20
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