AT1 Strumenti per la valutazione e la gestione del rischio del patrimonio costruito Linea 1 - Nuovi aspetti nella valutazione delle strutture esistenti e degli interventi di adeguamento e valutazione del rischio sismico del patrimonio costruito a scala regionale Task 1 - VALUTAZIONE DELLA VULNERABILITA’ DI EDIFICI IN MURATURA, CENTRI STORICI E BENI CULTURALI Coordinatori: Sergio Lagomarsino, Guido Magenes, Claudio Modena Subtask 1a - Analisi e verifica di costruzioni in muratura Coordinatore: Sergio Lagomarsino Subtask 1b - Strutture in muratura: sperimentazione, valutazione dell’efficacia degli interventi Coordinatore: Claudio Modena AT1-1 – Valutazione strutture esistenti e interventi di adeguamento Task 1 – Vulnerabilità di edifici in muratura, centri storici, beni culturali Unità di Ricerca UR 1. POLIMI-a 2. POLIMI-b 3. ROMA1-a 4. ROMA1-b 5. ROMA2 6. ROMA3 7. UNIBG 8. UNIBS 9. UNICT 10. UNIFE 11. UNIFI 12. UNIGE-a 13. UNIGE-b 14. UNINA-a 15. UNINA-b 16. UNINA-c 17. UNINA-d 18. UNINA-e Ateneo Poli Milano Poli Milano Roma Sapienza Roma Sapienza Roma T. Vergata Roma Tre Bergamo Brescia Catania Ferrara Firenze Genova Genova Napoli Napoli Napoli Napoli Napoli Responsabile UR Giuliana Cardani Maria Adelaide Parisi Luis Decanini, Domenico Liberatore Giorgio Monti Ugo Ianniruberto Gianmarco De Felice Giulio Mirabella Roberti Ezio Giuriani Ivo Caliò Antonio Tralli Andrea Vignoli Sergio Lagomarsino Stefano Podestà Nicola Augenti Bruno Calderoni Antonio Formisano Beatrice Faggiano Claudia Casapulla AT1-1 – Valutazione strutture esistenti e interventi di adeguamento Task 1 – Vulnerabilità di edifici in muratura, centri storici, beni culturali Unità di Ricerca UR 19. UNIPD-a 20. UNIPD-c 21. UNIPG 22. UNIPI 23. UNIPV-c 24. UNIRC 25. UNISR 26. UNITN 27. UNITS 28. IUAV Ateneo Padova Padova Perugia Pisa Pavia Reggio Calabria Siracusa Trento Trieste Venezia Responsabile UR Claudio Modena Maria Rosa Valluzzi Antonio Borri Mauro Sassu Guido Magenes Vittorio Ceradini Caterina Carocci Maurizio Piazza Natalino Gattesco Paolo Faccio Budget complessivo: 1.280.000 Euro UR partecipanti senza finanziamento 29. UNIBO 30. UNICAS 31. UNINA-f Bologna Cassino Napoli Marco Savoia Elio Sacco (Task 3.1 – Ascione, Prota) Antonello De Luca AT1-1 – Valutazione strutture esistenti e interventi di adeguamento Task 1 – Vulnerabilità di edifici in muratura, centri storici, beni culturali Subtask 1a - ANALISI E VERIFICA DI COSTRUZIONI IN MURATURA (coord. Sergio Lagomarsino) Il lavoro di ricerca è suddiviso in 3 macro-attività (WP), ciascuna delle quali è articolata in attività: WP1. Conoscenza della costruzione, delle vulnerabilità e individuazione degli schemi strutturali WP2. Analisi dei meccanismi locali e criteri di verifica WP3. Analisi del comportamento globale AT1-1 – Valutazione strutture esistenti e interventi di adeguamento Task 1 – Vulnerabilità di edifici in muratura, centri storici, beni culturali Subtask 1a – Analisi e verifica di costruzioni in muuratura WP1. Conoscenza della costruzione, delle vulnerabilità e individuazione degli schemi strutturali • Identificazione delle unità strutturali nell'aggregato. Lettura dei danni e identificazione dei possibili meccanismi. Rilievo costruttivo. (UNISR – Carocci) • Criteri metodologici e procedure per la valutazione di vulnerabilità sismica di aggregati edilizi (IUAV – Faccio) • Aspetti critici della modellazione di costruzioni in muratura (UNIFE – Tralli) UNISR – Caterina Carocci Identificazione delle unità strutturali nell'aggregato. Lettura dei danni e possibili meccanismi. Rilievo costruttivo Tematismi: tipologie e localizzazione dei presidi antisismici storici ricalco UNISR – Caterina Carocci Identificazione delle unità strutturali nell'aggregato. Lettura dei danni e possibili meccanismi. Rilievo costruttivo UNISR – Caterina Carocci Identificazione delle unità strutturali nell'aggregato. Lettura dei danni e possibili meccanismi. Rilievo costruttivo LETTURA DEI DANNI Centri storici/edifici in aggregato – rilievo dei quadri fessurativi UNISR – Caterina Carocci Identificazione delle unità strutturali nell'aggregato. Lettura dei danni e possibili meccanismi. Rilievo costruttivo Centri storici/edifici in aggregato – identificazione dei meccanismi attivati o attivabili IUAV – Paolo Faccio VALUTAZIONE DI VULNERABILITÀ SISMICA DI AGGREGATI EDILIZI PERCORSO METODOLOGICO Inquadramento territoriale dell’aggregato Scelta dell’azione sismica di riferimento Conoscenza dell’aggregato e.g. restituzione delle trasformazioni costruttive – fasi – mediante l’uso di analisi urbane e stratigrafiche speditive Modelli e metodi d’analisi Verifiche sismiche LV2 LV3 Individuazione degli elementi maggiormente concorrenti alla definizione dei criteri speditivi IUAV – Paolo Faccio VALUTAZIONE DI VULNERABILITÀ SISMICA DI AGGREGATI EDILIZI CASO STUDIO: CANALE DI TENNO (TN) CONOSCENZA: Evoluzione dell’aggregato: analisi cartografica e per rapporti macrostratigrafici per la definizione mediante la conoscenza dell’aggregato dei possibili meccanismi di collasso Configurazione attuale CONOSCENZA AGGREGATO • Identificazione aggregato • Evoluzione dell’aggregato • Rilievo geometrico • Rilievo critico • Caratterizzazione dei materiali UNIFE – Antonio Tralli ASPETTI CRITICI DELLA MODELLAZIONE DI STRUTTURE IN MURATURA Collasso fuori dal piano di pareti e volte in muratura in presenza anche di non linearità geometriche (G. Milani Polimi, A. Tralli Unife) Meccanismo di collasso e deformata di pareti in muratura caricate fuori dal piano. Curva carico spostamento e deformata di una volta emisferica in muratura UNIFE – Antonio Tralli ASPETTI CRITICI DELLA MODELLAZIONE DI STRUTTURE IN MURATURA Comportamento viscoelastico di strutture in muratura A. Cecchi IUAV, A. Tralli Unife Incremento delle deformazioni in una colonna per effetto della viscoelasticità della malta per piccole eccentricità e diminuzione del carico sostenibile in presenza di grandi eccentricità AT1-1 – Valutazione strutture esistenti e interventi di adeguamento Task 1 – Vulnerabilità di edifici in muratura, centri storici, beni culturali Subtask 1a – Analisi e verifica di costruzioni in muuratura WP2. Analisi dei meccanismi locali e criteri di verifica • Validazione dei diversi metodi di analisi (anche con riferimento a dati sperimentali) (UNIGE-a – Lagomarsino) • Influenza della qualità muraria e incertezze di modello (ROMA3 – De Felice) • Capacità deformativa e dissipazione (ROMA1-a – Decanini, Liberatore) • Comportamento dinamico (UNINA-e – Casapulla) UNIGE-a – Sergio Lagomarsino VALIDAZIONE DEI DIVERSI METODI DI ANALISI Modello in scala di un sistema arco-piedritto Conci in plastica Scala: 1:10 Aggiunta di pesi (copertura) Piano inclinabile Inserimento di catena UNIGE-a – Sergio Lagomarsino VALIDAZIONE DEI DIVERSI METODI DI ANALISI Meccanismi di collasso UNIGE-a – Sergio Lagomarsino VALIDAZIONE DEI DIVERSI METODI DI ANALISI Mecc. 4cern. Mecc. 4cern. reale Moltiplicatore meccanismo a 5 cerniere in corrisp. rotazione piedritto destro al collasso Mecc. 5 cern. cat. rigida Rotazione piedritto destro al collasso. UNIGE-a – Sergio Lagomarsino VALIDAZIONE DEI DIVERSI METODI DI ANALISI Prove su tavola vibrante presso ENEA Casaccia (www.perpetuate.eu) UNIGE-a – Sergio Lagomarsino VALIDAZIONE DEI DIVERSI METODI DI ANALISI Acceleration response spectrum Horizontal disp. (top piers, keystone) Displacement response spectrum ADRS Capacity curve Opening joint • • Maximum horizontal displacement (mm) Il massimo spostamento nella curva di capacità è circa 100 mm. La massima domanda spettrale di spostamento (ξ=5%) è 53 mm, mentre il massimo spostamento registrato in sommità è di 61 mm. ROMA3 – Gianmarco De Felice Influenza della qualità muraria e incertezze di modello Accelerazione (ag/g) 1. Valutazione della capacità sismica in funzione della qualità muraria blocco rigido sezioni reali Spostamento (δ/δ0) Sezioni murarie Meccanismi di collasso ROMA3 – Gianmarco De Felice Influenza della qualità muraria e incertezze di modello Valutazione della domanda sismica risultati preliminari della sperimentazione su tavola vibrante e della simulazione numerica Simulazione numerica 5 4 3 2 Analitico Fattore di struttura (q) . 50% 60% Normativa Series2 sperimentale 70% 80% 90% 100% Percentuale di casi conservativi numerico ROMA1-a – Luis Decanini, Domenico Liberatore DISSIPAZIONE DELL’ENERGIA IN MECCANISMI DI COLLASSO Oscillazioni bilaterali Il coefficiente di restituzione sperimentale è più basso di quello analitico. Tener conto di tale riduzione porta a una stima più accurata della risposta, che diviene meno severa e più regolare. 2s, tuff, H 800, TH 10 1.0 experimental Housner, ean, 2s e = 0.945e an, 2s θ / α in d 0.5 0.0 -0.5 -1.0 0 5 10 t (s) 15 20 ROMA1-a – Luis Decanini, Domenico Liberatore DISSIPAZIONE DELL’ENERGIA IN MECCANISMI DI COLLASSO Oscillazioni monolaterali È stata proposta una formulazione analitica, che si è dimostrata in grado di cogliere il comportamento sperimentale sia in termini qualitativi (rimbalzi) sia quantitativi. Stime basate su urti anelastici si sono dimostrate a sfavore di sicurezza. ROMA3 e ROMA1-a COMPORTAMENTO DINAMICO FUORI PIANO DI PARETI MURARIE CON VINCOLO MONOLATERO Sperimentazione su tavola vibrante e Modellazione Le prove hanno confermato l’esistenza di una significativa riserva di stabilità. Sono state proposte due strategie di modellazione. Le procedure di normativa sono state messe a confronto con i risultati di sperimentazione fisica e analisi numeriche. La verifica lineare (q = 2) è conservativa nel 99% dei casi. La verifica non lineare è conservativa nell’82% dei casi. UNINA-e – Claudia Casapulla VALUTAZIONE DELLA CAPACITÀ SISMICA DI MECCANISMI LOCALI 1) Valutazione dell’azione sismica che attiva il meccanismo locale di danno. Si utilizza una procedura semplificata, già proposta nel triennio precedente, basata sull’approccio cinematico in analisi limite con leggi di scorrimento di tipo non-associato. a) Influenza dell’orditura di diaframmi orizzontali sull’azione sismica di riferimento per l’attivazione di classi di meccanismi fuori dal piano. b) Massima altezza di scavo e di parete libera consolidata per le pareti murarie di una fortezza islamica (scavi archeologici sito UNESCO Al Balid – Sultanato dell’Oman) (in collaborazione con UR UNIPI) L1 ξ ζ a) b) α θ sinα X1 θ z θ cosα L bζ X UNINA-e – Claudia Casapulla VALUTAZIONE DELLA CAPACITÀ SISMICA DI MECCANISMI LOCALI 2) Valutazione della capacità sismica dei meccanismi locali in condizioni dinamiche. Fase 1. Costruzione di accelerogrammi artificiali come combinazione più sfavorevole di impulsi elementari. Risposte in risonanza. Fase 2. Primi risultati: a) Confronto della risposta in risonanza del blocco con quella dell’oscillatore elementare elastico soggetto a input analogo. b) Criteri di riduzione della risposta in risonanza. c) Confronto dei risultati con quelli della NTC08 per i meccanismi locali (analisi cinematica non lineare). AT1-1 – Valutazione strutture esistenti e interventi di adeguamento Task 1 – Vulnerabilità di edifici in muratura, centri storici, beni culturali Subtask 1a – Analisi e verifica di costruzioni in muuratura WP3. Analisi del comportamento globale • Simulazione delle prove dinamiche effettuate presso Eucentre/ENEA (UNIPV – Magenes) • Il ruolo delle fasce di piano ed i relativi criteri di resistenza (UNINA-b - Calderoni) • Il ruolo degli orizzontamenti ed i relativi criteri di modellazione (ROMA2 - Ianniruberto) • Sviluppo di modelli e criteri di verifica per edifici consolidati (UNIGE-a - Lagomarsino) • Modelli e codici di calcolo strutturale per interventi di adeguamento sismico (UNICAS - Sacco) • Criteri per la modellazione e verifica di unità edilizie negli aggregati di centri storici (ROMA1-b - Monti) • Analisi non lineare degli aggregati edilizi nei centri storici (UNINA-c - Formisano) • Metodi e procedure di analisi di strutture monumentali (UNINA-f - De Luca) UNIPV – Guido Magenes Simulazione delle prove dinamiche effettuate presso Eucentre Wood to masonry connections UNIPV – Guido Magenes Simulazione delle prove dinamiche effettuate presso Eucentre Strumentazione e sistema di acquisizione |43 accelerometri |8 trasduttori di spostamento |4 strain gauges sulle catene |acquisizione ottica degli spostamenti assoluti (HD cameras) 2 4 7 1 8 6 3 9 10 5 UNIPV – Guido Magenes Simulazione delle prove dinamiche effettuate presso Eucentre Quadro del danno e meccanismi attivati a 0.40 g di PGA nominale UNIPV – Guido Magenes Simulazione delle prove dinamiche effettuate presso Eucentre Risposta a 0.40 g di PGA nominale dell’edificio danneggiato e rinforzato con il semplice inserimento di catene UNIPV – Guido Magenes Simulazione delle prove dinamiche effettuate presso Eucentre Mattone Edificio N°2 – solaio con doppio tavolato, collegato alla muratura con angolare in acciaio cordolo sommitale in muratura traliccio MurFor Φ5 P1-P2 (2 Φ16) Malta M1 Scaglie muratura in pietra Cordolo laterale UNINA-b – Bruno Calderoni Il ruolo delle fasce di piano ed i relativi criteri di resistenza Fascia “debole” Edifici antichi Fascia “con catena” DANNI RILEVATI A L’AQUILA Fascia “trave” Edifici moderni L’analisi dei danni e della vulnerabilità sismica delle pareti murarie deve essere filtrata dalla conoscenza della configurazione delle fasce di piano Differenze di: configurazioni morfologiche - tipologie strutturali - tipi di rottura UNINA-b – Bruno Calderoni Il ruolo delle fasce di piano ed i relativi criteri di resistenza ANALISI TEORICO-NUMERICHE - Estensione zona reagente - Eccentricità delle azioni di bordo - Inclinazione del puntone L’ESTENSIONE DELLA ZONA REAGENTE NON VARIA AL CRESCERE DELLE SOLLECITAZIONI ESTERNE DEFINIZIONE DI UN MODELLO SEMPLIFICATO: SEMPLIFICATO “PUNTONE AD ARCO” 2e α f H α L RESISTENZA A TAGLIO: min Un doppio arco rappresenta la diffusione degli sforzi di compressione nel puntone. La spinta dell’arco corrisponde alle azioni di estremità del pannello ed è correlata agli sforzi di trazione ortogonali all’asse del puntone Vtraz σ max ⋅ senα ⋅ 2 ⋅ t ⋅ L2 = 8 ⋅ f ⋅ cos 2 α (trazione) V p = N p ⋅ tgα = f h ⋅ t ⋅ c 2e L (compressione) UNINA-b – Bruno Calderoni Il ruolo delle fasce di piano ed i relativi criteri di resistenza ATTIVITA’ SPERIMENTALE NEW EQUIPMENT Si proveranno campioni di fascia comprendenti porzioni dei maschi e dei pannelli di nodo adiacenti, Effetti da valutare: - Deformabilità zone di nodo - Influenza della tessitura e interlocking - Compressione nei maschi Fasce di piano anche rinforzate e di tipologia più moderna ROMA2 – Ugo Ianniruberto Il ruolo degli orizzontamenti ed i relativi criteri di modellazione TENSIONI TANGENZIALI NEL PIANO DELLA PARETE Tensioni alla base Tensioni alla quota del solaio UNIGE-a – Sergio Lagomarsino Sviluppo di modelli e criteri di verifica per edifici in muratura irregolari, complessi o con solai flessibili Revisione critica delle indicazioni contenute nelle NTC 2008 e Circolare 2009 relativamente all’analisi statica non lineare |Scelta della distribuzione di forze per l’analisi pushover |Scelta del nodo di controllo z Edifici complessi (estesi, irregolari in pianta e in elevazione) z Solai flessibili |Definizione z Analisi multiscala |Valutazione z degli stati limite (SLV – SLC) probabilistica della sicurezza sismica Influenza delle incertezze e fattori di confidenza UNICAS – Elio Sacco Modelli e codici di calcolo per interventi di adeguamento sismico Area Tematica 2, Linea 3, Task 1 – Area Tematica 1, Linea 1, Task 1a Modellazione strutturale di costruzioni in muratura (rinforzate con materiali innovativi). Classificazione dei possibili modelli di calcolo non lineare: Micromeccanici, Macromeccanici, Multi scala, Macroelementi Valutazione del grado di sicurezza di costruzioni murarie (rinforzate e non) nei confronti delle azioni sismiche. Codici di calcolo per costruzioni in muratura rinforzate con materiali innovativi soggette ad azioni sismiche Sviluppo di un macroelemento (trave non lineare): no tension con rinforzo FRP UNICAS – Elio Sacco Modelli per il calcolo non lineare dei rinforzi F(v) -70000 Meccanismo arco non rinforzato -60000 F [N] -50000 -40000 -30000 -20000 Arco rinforzato con FRP -10000 0 -2 -4 0 -6 -8 -10 -12 -14 -16 -18 Arch I Arch II Feap 10 elements Feap 20 elements Feap 30 elements Feap 40 elements Feap 60 elements Feap 80 elements -20 -22 -24 -26 -28 -30 v [mm] Simulazione numerica dei risultati sperimentali attraverso il modello di trave non lineare UNINA-c – Antonio Formisano Analisi non lineare degli aggregati edilizi nei centri storici Insediamento a sviluppo lineare lungo un asse viario Insediamento di Culmine Tipico degli insediamenti di epoca medievale . Edificato di tipo aperto lineare, si sviluppa lungo un asse viario principale, le abitazioni sono costruite lungo questa linea sia sul lato destro che su quello sinistro. sviluppo urbanistico del tessuto urbano Comune di Poggio Picenze (AQ) Il comune si sviluppa in 2 fasi fondamentali, ben distindistinguibili, per connotazione degli aggregati urbani e per dislocazione degli stessi rispetto alla visione d’ d’insieme del paese. Presenta una viabilità principale formata da percorsi interni che seguono naturalmente l’orografia del terreno, delineandosi alle diverse quote altimetriche con andamento pressoché parallelo alle curve di livello. La struttura viaria secondaria invece, si realizza con percorsi ortogonali a quelli principali che permettono la risalita dalle quote più basse verso il fulcro o culmine dell’insediamento. L’acclività del terreno, unita alla disomogeneità del rilievo determina un tessuto edilizio variamente articolato con isolati di forma irregolare che si sviluppano ortogonalmente alla linea di massima pendenza del terreno. UNINA-c – Antonio Formisano Analisi non lineare degli aggregati edilizi nei centri storici Crollo volta piano primo Paramento di facciata - risulta danneggiato con meccanismi di secondo modo - lesioni da taglio rilevate: distacco di metà metà pannello con una lesione diagonale o ribaltamento della porzione porzione superiore. Il quadro fessurativo sotto riportato mostra come la parte sinistra della facciata abbia abbia ruotato intono allo spigolo compresso in basso con conseguente distacco di una porzione del pannello, separata con una lesione che si prolunga fino al bordo verticale opposto e relativo scorrimento in chiave degli elementi componenti l’ l’arco d’ d’ingresso. Inoltre, il meccanismo sopra descritto investe investe parte del pannello d’ d’angolo che si sviluppa lungo la facciata ad essa ortogonale ed ammorsata, con conseguente perdita della parte sommitale dell’ dell’intero cantonale. Muratura in pietra grezza appena sbozzata realizzata con pietre di media pezzatura alternate e ben rinzeppate con scapoli in pietra ed elementi in laterizio allettati su letti di malta poco spessi con regolarizzazione della superficie di posa ogni 40 cm circa. Crollo volta realizzata in foglio piano terra Archi inseriti in posizione ortogonale al paramento di facciata UNINA-f – Antonello De Luca Metodi e procedure di analisi di strutture monumentali Temi ed Attività di Ricerca Vulnerabilità sismica di edifici monumentali a pianta basilicale: • Analisi Lineare (L): individuazione delle caratteristiche dinamiche e ripartizione delle azioni sismiche • Analisi non Lineare (NL): valutazione della resistenza ultima dei macroelementi • Analisi Limite: determinazione della resistenza ultima dei macroelementi e controllo dei risultati delle analisi NL Il rispetto delle regole dell’arte ai fini della protezione sismica: • Efficacia delle catene negli interventi di miglioramento In relazione ai precedenti temi saranno effettuate: • Analisi della vulnerabilità sismica di un campione esteso di edifici ecclesiastici aquilani • Confronto dei risultati delle analisi con i danni subiti • Analisi sismica di edifici con e senza tiranti metallici (confronti) UNINA-f – Antonello De Luca Metodi e procedure di analisi di strutture monumentali 4 chiese a pianta basilicale danneggiate dal sisma del 2009: S. Maria di Collemaggio, S. Giusta, S. Pietro di Coppito, S. Silvestro • Analisi elastica (SAP2000): Comportamento per carichi verticali, Analisi Modale, Ripartizione azioni sismiche • Analisi NL (ABAQUS cae 6.7): Capacità ultima macroelementi • Analisi Limite: confronto con ANL • Confronto con i danni sismici rilevati UNINA-f – Antonello De Luca Metodi e procedure di analisi di strutture monumentali Importanza delle regole dell’arte Studio del comportamento sismico di Palazzo Centi Analisi elastica SAP2000: • Comportamento per soli carichi verticali (utile per verificare il rispetto delle regole dell’arte) • Individuazione dei modi di vibrare • Comportamento sismico senza tiranti metallici • Comportamento sismico con tiranti metallici
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