RETE DEI LABORATORI UNIVERSITARI
DI INGEGNERIA SISMICA
RELUIS
Report Scientifico - Anno 2008
Linea di Ricerca 2
“Valutazione e riduzione della vulnerabilità
degli edifici esistenti in c.a.”
Coordinatori
EDOARDO COSENZA e GIORGIO MONTI
RAPPORTO SULLE ATTIVITA’ DEL TERZO ANNO
1. INTRODUZIONE
La Linea di Ricerca 2, coordinata da E. Cosenza e G. Monti, si concentra sulle prestazioni sismiche degli
edifici esistenti in cemento armato, con l‟obiettivo aggiuntivo di fornire un approfondimento critico e
propositivo degli aspetti trattati nelle normative sismiche più recenti.
La Linea di Ricerca 2 è organizzata su 9 Task differenti e beneficia del contributo di 16 diverse Unità di
Ricerca (UR). L‟organizzazione della Linea di Ricerca è presentata nella Figura seguente, in cui si evidenzia
con chiarezza il contributo di ciascuna UR all‟interno di ciascun Task. Ogni Task è identificato da un
acronimo, il cui significato è spiegato nel paragrafo successivo. Anche le singole UR sono identificate da
acronimi, che sono spiegati nella Tavola seguente in cui sono evidenziati anche i relativi responsabili.
L‟organizzazione sotto rappresentata ha consentito un agevole scambio di informazioni e documenti fra i
diversi livelli di: Coordinatori di Linea, Responsabili di Task e Responsabili di UR. Si notino anche le
interazioni con le altre Linee di Ricerca.
1
Unità di Ricerca
Acronimo
Responsabile/i
Partecipazione al/ai Task
Napoli Federico II
UNINA
Cosenza, Manfredi, Ramasco
MND, FC, IRREG, MIX, SCALE, NODI, BIAX, PREFAB
2
Pavia
UNIPV
Pinho
TAMP
3
Basilicata
UNIBAS
Masi
MND, FC, NODI
4
Roma La Sapienza
UNIROMA1
Monti, Decanini
FC, IRREG, MIX, TAMP, BIAX
5
Milano
POLIMI
Toniolo
PREFAB
6
Udine
UNIUD
Russo
NODI
7
Venezia
IUAV
Foraboschi
MND, FC, IRREG
8
Bologna
UNIBO
Benedetti
IRREG, PREFAB
9
Firenze
UNIFI
De Stefano
IRREG
10
Chieti
UNICH
Spacone
IRREG, TAMP, BIAX
11
Molise
UNIMOL
Fabbrocino
MND, BIAX, PREFAB
12
Salerno
UNISA
Faella
IRREG, NODI
Unità di Ricerca
Acronimo
Responsabile/i
Partecipazione al/ai Task
Bari
POLIBA
Mezzina
MND
14
Catania
UNICT
Ghersi
IRREG, SCALE, BIAX
15
Palermo
UNIPA
Papia
TAMP
Spadea
MND
Nuti
TAMP
13
16
Calabria
UNICAL
17
Roma Tre
UNIROMA3
Nel corso del terzo anno del Progetto di Ricerca della Linea 2 i nove diversi Task in cui essa è articolata
hanno sviluppato una serie di attività e consegnato prodotti in accordo al programma preventivato.
Le attività e i risultati ottenuti sono stati oggetto di un Convegno Nazionale tenutosi a Roma il 29-30 maggio
2008, cui hanno partecipato più di 200 persone provenienti da 23 diverse Università italiane, dal mondo
professionale ed imprenditoriale, ed in cui sono state presentate in totale 82 memorie, ripartite in pari misura
fra metodologiche ed applicative.
Le memorie presentate al convegno sono ripartite fra i nove Task come rappresentato nella figura seguente.
Nel seguito, per ogni Task, identificato dall‟acronimo e con il nome del responsabile messo in evidenza, si
presenta un breve riassunto delle attività previste per il terzo anno.
1. MND: Metodologie non distruttive per la conoscenza delle strutture esistenti (Masi)
a. Messa a punto, attivazione ed esecuzione ed elaborazione di indagini diagnostiche su
strutture reali o su campioni appositamente realizzati
b. Al termine del terzo anno di attività il prodotto presentato dal Task consiste in un documento,
corredato da un foglio di calcolo, contenente una serie di applicazioni riguardanti la
determinazione delle proprietà del calcestruzzo esistente.
2. FC: Calibrazione dei fattori di confidenza (Monti)
a. Messa a punto di modelli bayesiani e calibrazione dei FC su materiali e strutture
b. Al termine del terzo anno di attività il prodotto presentato dal Task consiste in un documento
a carattere metodologico che descrive l‟applicazione delle tecniche bayesiane alla stima
delle proprietà meccaniche dei materiali esistenti sulla base delle conoscenze a priori e delle
successive indagini in situ.
3. IRREG: Valutazione del comportamento non lineare degli edifici con particolare riferimento a edifici
irregolari (Monti, Spacone)
a. Confronto e taratura relativa dei diversi metodi lineari e non lineari
b. Al termine del terzo anno di attività il prodotto presentato dal Task consiste in un documento
contenente la sintesi dei confronti effettuati tra il metodo statico lineare per la valutazione
della resistenza sismica degli edifici esistenti e metodi di livello superiore con riferimento alle
individuate tipologie di edifici rappresentative della realtà costruttiva italiana, e proposta di
miglioramento del metodo statico lineare.
4. MIX: Valutazione e rinforzo di edifici misti (Manfredi)
a. Analisi di comportamento e derivazione di regole semplificate
b. Al termine del terzo anno di attività il prodotto presentato dal Task consiste in un documento,
sviluppato congiuntamente con i Task NODI e BIAX, sullo stato dell‟arte dei modelli di
deformabilità e resistenza di elementi in c.a.. Il documento contiene anche indicazioni su
quei modelli che meglio si prestano a descrivere le tipologie costruttive più comunemente
adottate nel nostro Paese.
5. TAMP: Influenza della tamponatura sulla risposta strutturale (Papia)
a. Programma sperimentale su pannelli e riquadri di telaio
b. Al termine del terzo anno di attività il prodotto presentato dal Task consiste in un documento
che raccoglie i risultati delle prove effettuate su pannelli di tamponatura e sugli elementi
costituenti (mattoni, malte) e che fornisce modelli di tipo elasto-fragile associati ai
meccanismi di rottura per scorrimento orizzontale, trazione diagonale e schiacciamento agli
spigoli.
6. SCALE: Comportamento e rinforzo di scale in c.a. (Cosenza)
a. Sperimentazione su subassemblaggi
b. Al termine del terzo anno di attività saranno disponibili i risultati delle prove sperimentali e
delle analisi condotte.
7. NODI: Comportamento e rinforzo di nodi (Masi)
a. Sperimentazione su subassemblaggi
b. Al termine del terzo anno di attività il prodotto presentato dal Task consiste in un documento,
sviluppato congiuntamente con i Task MIX e BIAX, sullo stato dell‟arte dei modelli di
deformabilità e resistenza di elementi in c.a.. Il documento contiene anche indicazioni su
quei modelli che meglio si prestano a descrivere le tipologie costruttive più comunemente
adottate nel nostro Paese.
8. BIAX: Comportamento e rinforzo di pilastri con presso-flessione e taglio biassiale (Fabbrocino)
a. Sperimentazione su pilastri sotto azione ciclica biassiale
b. Al termine del terzo anno di attività il prodotto presentato dal Task consiste in un documento,
sviluppato congiuntamente con i Task MIX e NODI, sullo stato dell‟arte dei modelli di
deformabilità e resistenza di elementi in c.a.. Il documento contiene anche indicazioni su
quei modelli che meglio si prestano a descrivere le tipologie costruttive più comunemente
adottate nel nostro Paese.
9. PREFAB: Comportamento e rinforzo di strutture industriali prefabbricate (Toniolo)
a. Sperimentazione su collegamenti
b. Al termine del terzo anno di attività il prodotto presentato dal Task consiste in un database
tecnico per la raccolta dati delle strutture prefabbricate esistenti e di una serie di cataloghi e
schedari tecnici relativi ai collegamenti strutturali ed alle tipologie esistenti.
Nelle sezioni seguenti sono descritti i principali obiettivi perseguiti in ciascun Task, ponendo in evidenza
l‟apporto fornito da ogni Unità di Ricerca (RU).
1.1
Task 1 (MND): Metodologie non distruttive per la conoscenza delle strutture
esistenti (Masi)
Il principale obiettivo perseguito dalle UR operanti nel Task 1 è la stima delle proprietà dei materiali di
strutture esistenti in c.a., in particolare la resistenza in situ del calcestruzzo attraverso metodi distruttivi e
non distruttivi (MND). A tale scopo le diverse UR coinvolte nel Task hanno perseguito obiettivi specifici
sinteticamente riportati nel seguito.
UR UNIBAS: L‟attività dell‟UR UNIBAS è stata principalmente finalizzata alla stima della resistenza in situ del
calcestruzzo di strutture in c.a. esistenti mediante metodologie di indagine distruttive e non distruttive. A tale
scopo una vasta ed articolata campagna sperimentale su elementi in c.a., sia estratti da edifici esistenti che
appositamente realizzati in laboratorio, è stata progettata nel primo anno, avviata nel corso del secondo e
completata nel terzo anno.
UR UNISA: Nel corso dei tre anni l‟UR dell‟Università di Salerno ha condotto attività di ricerca nell‟ambito
delle metodologie non distruttive di indagine sulle strutture esistenti con particolare riferimento alle
correlazioni esistenti tra le diverse metodologie ed alla variabilità spaziale delle proprietà meccaniche del
calcestruzzo.
UR UNICAL: In questo terzo anno di attività, la ricerca è proseguita con una prima fase riguardante la
raccolta di ulteriori dati sperimentali di prove non distruttive e semi distruttive eseguite su strutture in c.a. e
una seconda fase in cui si è provveduto all‟elaborazione dei nuovi dati e alla raccolta sintetica ed alla
presentazione dei risultati ottenuti nei tre anni di ricerca.
UR POLIBA: L‟analisi della gestione delle incertezze nella determinazione delle caratteristiche dei materiali e
più in generale delle strutture esistenti nel loro complesso è stata ulteriormente approfondita. L‟approccio
“alternativo” basato sulle variabili fuzzy è stato inserito organicamente su di una base matematica
assiomatica completa recentemente sviluppata dal Prof. Liu. Il suo utilizzo permette di trattare tramite gli
stessi indici probabilistici (media, varianza, entropia, etc) variabili fuzzy, permettendo qundi di utilizzare
anche contemporaneamente informazioni statistiche e lessicali, che sono assai qualificate nella gestione
delle strutture esistenti come i giudizi esperti.
IUAV: Definizione del comportamento sismico degli edifici a telai uni-direzionali in C.A. e solai uni-direzionali
in latero-cemento (vani scale e ascensori non-strutturali), mediante prove in situ a marginale invasività.
Stima a-posteriori della resistenza alle forze orizzontali e della capacità dissipativa nella direzione dei solai.
1.2
Task 2 (FC): Calibrazione dei Fattori di Confidenza (Monti)
UNIROMA1: L‟obiettivo perseguito dall‟U.R. UNIROMA1 è stato quello di sviluppare una procedura
Bayesiana per la valutazione della delle proprietà meccaniche dei materiali, sulla base delle conoscenze a
priori e delle successive indagini in situ e per la calibrazione dei fattori di confidenza.
UNINA: L‟obbiettivo del lavoro svolto dall‟unità di ricerca è quello di confrontare la valutazione di una
struttura secondo l‟approccio dei fattori di confidenza, con l‟analisi di affidabilità dell‟edificio che tiene conto,
in modo esplicito, dell‟incertezza nei parametri di modellazione strutturale (in particolare quelli che
riguardano i dettagli di armatura e le proprietà dei materiali) e delle informazioni suppletive fornite da prove e
verifiche. Ciò al fine di investigare la possibilità di sviluppare procedure semplificate, ma razionali e rigorose,
per la determinazione dei fattori di confidenza di una certa struttura in funzione dello stato di conoscenza e
della prestazione globale della stessa. Tale obiettivo ha richiesto lo sviluppo di una specifica metodologia
bayesiana, l‟organizzazione di un piano delle analisi strutturali, la caratterizzazione delle distribuzioni di
probabilità dei parametri di modellazione a priori delle prove in-situ e infine, il calcolo dell‟affidabilità
strutturale attraverso la procedura sviluppata implementando i risultati delle indagini e delle prove in-situ.
1.3
Task 3 (IRREG): Valutazione del comportamento non lineare degli edifici con
particolare riferimento a edifici irregolari (Monti, Spacone)
UNIROMA1: Gli obiettivi principali perseguiti da UNIROMA1 sono stati: contribuire, insieme alle altre U.R.,
alla stesura di linee guida sull‟utilizzo delle analisi non lineari per la valutazione sismica di edifici esistenti in
c.a.; identificare i parametri che governano il comportamento NL delle strutture asimmetriche in pianta e
definire un nuovo metodo PO per la loro valutazione sismica.
UNICH Validazione delle procedure di modellazione di strutture in cemento armato regolari ed irregolari in
pianta ed in altezza ai fini di analisi nonlineari statiche e dinamiche. Coordinamento della stesura di un
documento sulle analisi nonlineari seconodo l‟OPCM3431 e l‟Eurocodice 8, insieme a U.R. di UNIROMA1,
UNIFI, UNIVE, UNICT, UNISA, UNINA.
UNIFI: 1) Studio della risposta sismica nonlineare di edifici irregolari in pianta; 2) Metodi semplificati per la
definizione di parametri strutturali per edifici multipiano; 3) Valutazione dell‟applicabilità dell‟analisi pushover
su strutture esistenti e su modelli strutturali irregolari in pianta ed in elevazione.
UNINA: Validazione delle procedure di valutazione di edifici esistenti di forma irregolare, sia in pianta che in
elevazione, selezionati dalle U.R. UNIROMA1 ed UNIFI con particolare attenzione all‟influenza del taglio e
dell‟irregolarità di resistenza in elevazione.
UNIBO: Sulla base dei risultati ottenuti dalle attività svolte nel secondo anno (individuazione di un unico
parametro sintetico in grado di cogliere l'essenza della risposta torsionale di strutture asimmetriche in campo
elastico--lineare), gli obiettivi di ricerca dell‟U.R. UNIBO per il terzo anno sono stati i seguenti:
(1) verificare l‟efficacia del parametro individuato nel cogliere l‟essenza del comportamento dinamico
rotazionale di sistemi asimmetrici a risposta in campo non lineare;
(2) mettere a punto uno strumento sintetico in grado di fornire una stima dell‟incremento dello spostamento
massimo del lato flessibile del sistema dovuto all‟eccentricità.
IUAV: Analisi statiche non-lineari con Sap2000, MIDASGen, Perform 3D: dipendenza dell‟output dalle
assunzioni (angolo di incidenza dell‟azione sismica, modellazione delle cerniere plastiche, distribuzione
forze); sviluppo di metodi di post-processione; parametri atti a misurare l‟irregolarità. Collaborazione con la
Univ. di Padova.
UNICT: Obiettivi principali dell‟U.R. UniCT sono stati l‟individuazione di un criterio in grado di fornire una
migliore corrispondenza tra analisi pushover e analisi dinamica non lineare in schemi spaziali non regolari
(uso di eccentricità correttive) e la taratura della relazione tra eccentricità correttive e parametri geometrici e
meccanici del sistema.
UNISA: L‟U.R. di UniSA ha lavorato sulle tematiche relative alla modellazione ed all‟analisi di strutture
esistenti in c.a.; in particolare, sono stati considerati tre casi-studio analizzati dalle varie U.R. afferenti al task
al fine di confrontare i risultati derivanti dall‟applicazione di diversi metodi di analisi non lineare.
1.4
Task 4 (MIX): Valutazione e rinforzo di edifici misti (Manfredi)
Un lavoro sinergico è stato sviluppato dalle due attività di ricerca coinvolte in questo task (UNINA e
UNIROMA1) sulla valutazione della risposta simica degli edifici misti aventi un comportamento di sistemi in
parallelo, con particolare attenzione alle caratteristiche locali (interazione tra elementi in muratura ed in
cemento armato) e globali, attraverso l‟implementazione di analisi numeriche non lineari. In particolare, la
attività della Unità di ricerca UNINA si è focalizzata sugli aspetti relativi alla modellazione degli edifici misti e
sulla distribuzione della azione sismica tra gli elementi muratura e cemento armato eseguendo una serie di
analisi numeriche con il programma di calcolo 3muri e ricavando da queste le curve di capacità dei singoli
elementi resistenti e dell‟edificio nel suo complesso, al variare delle dimensioni e quindi delle rigidezze degli
elementi in c.a. ma conservando la geometria dell‟edificio e confrontando il comportamento sismico
dell‟edificio misto con quello originario in sola muratura.
1.5
Task 5 (TAMP): Influenza della tamponatura sulla risposta strutturale (Papia)
Nel corso del terzo anno sono stati sviluppati i seguenti aspetti della ricerca: 1) analisi dinamica non lineare
di edifici tamponati, rappresentativi di tipologie di edifici esistenti sul territorio italiano, soggetti ad
accelerogrammi naturali (U.R. 04 – Roma 1); 2) analisi pushover non lineare di telai tamponati , con
particolare riguardo ai possibili fenomeni di rottura delle colonne per taglio, prodotti dalle interazioni con i
pannelli di tamponamento (U.R. 10 – Chieti); 3) sperimentazione di maglie di telaio tamponate con tre
differenti tipologie di tamponamento, caratterizzate meccanicamente nel corso del precedente anno di
ricerca, e calibrazione di un efficace modello di puntone equivalente in grado di riprodurre il comportamento
ciclico del pannello di tamponamento (U.R. 15 – Palermo); 4) esecuzione di una prova sperimentale su
tavola vibrante di una struttura a telaio in c.a. tamponata, in scala 1:2, rappresentativa di una tipica
costruzione progettata negli anni ‟50 e ‟60 nel sud dell‟Europa, realizzata quindi senza seguire alcun codice
di protezione sismica (U.R. 02 – Pavia). L‟attività condotta ha rappresentato il naturale proseguimento di
quella intrapresa sin dal primo anno presso le singole unità, in base all‟articolazione del Task 5 della Linea 2,
definita all‟inizio del progetto di ricerca; 5) Messa a punto di modelli semplici, a una e tre bielle, per la
valutazione della risposta di telai tamponati. Calibrazione dei modelli per diversi tipi di blocchi di
tamponamento. Messa a punto di criteri semplici per la protezione di edifici a telaio con tamponamento
mediante controventi dissipativi e relativi criteri di progetto (U.R. 17 – Roma 3).
1.6
Task 6 (SCALE): Comportamento e rinforzo di scale in c.a. (Cosenza)
I principali obiettivi del Task che sono stati portati a compimento dopo il primo anno sono i seguenti:
Identificazione delle principali tipologie dei scale utilizzate nella pratica costruttiva del passato; Analisi delle
metodologie e criteri di progetto usati nelle scale in zona sismica e non.
I principali obiettivi del Task che sono stati raggiunti nel secondo anno sono i seguenti: Esecuzione di analisi
numeriche su tipi edifici tipici esistenti al fine di indagare sull‟influenza della scala sulla risposta sismica
strutturale. In particolare, sia le prestazioni locali che globali sono state indagate con riferimento al telaio e
alla connessione fra gli elementi. Calcolo di una porzione in edificio, comprendente il vano scala, per
eseguire la sperimentazione finalizzata alla comprensione delle prestazioni sismiche; analisi numeriche su
modelli di porzioni di edificio sono state effettuate con particolare riferimento al telaio e alle connessioni degli
elementi della scala.
I principali obiettivi del Task nel terzo anno sono i seguenti: Serie di analisi numeriche progressivamente più
raffinate al fine di studiare le principali modalità di rottura. La campagna sperimentale sarà condotta e i suoi
risultati verranno analizzati al fine di evidenziare le modalità di rottura.
1.7
Task 7 (NODI): Comportamento e rinforzo di nodi (Masi)
Obiettivo principale del Task MND è indagare sul comportamento sperimentale di elementi strutturali in c.a.,
in particolare nodi trave-colonna privi o dotati di rinforzi, allo scopo di contribuire ad una valutazione più
affidabile della vulnerabilità sismica degli edifici in cemento armato.
A tale scopo le diverse UR coinvolte nel Task hanno perseguito obiettivi specifici sinteticamente riportati nel
seguito.
UNIBAS: Nell‟ambito del principale obiettivo perseguito dal Task, l‟UR UNIBAS ha impostato, progettato ed
eseguito una estesa campagna sperimentale su nodi trave-pilastro in c.a. rappresentativi del patrimonio
edilizio esistente in Italia. E‟ stata valutata l‟influenza di alcuni parametri meccanici e progettuali sul
comportamento e sui meccanismi di rottura dei nodi, come lo sforzo assiale applicato, i quantitativi di
armatura presenti nei diversi elementi strutturali che compongono l‟assemblaggio (travi, pilastri e pannello
nodale) ed il livello di progettazione antisismica. Inoltre, ci si è concentrati sulle espressioni di normativa
legate alla valutazione della rotazione ultima di elementi in c.a. cercando di evidenziare possibili discrepanze
con quanto osservato sperimentalmente.
UNINA: Gli obiettivi principali della U.R. UNINA sono riassumibili di seguito: (i) modellazione analitica tramite
il codice di calcolo DIANA per analizzare i parametri principali che influenzano la risposta sismica dei nodi
trave-colonna; (ii) modellazione analitica delle campagne sperimentali sia su nodi interni che esterni secondo
le configurazioni tipiche dei nodi delle strutture esistenti in collaborazione con la U.R. UNIBAS.
UNIUD: L‟obiettivo principale è stato analizzare i risultati ottenuti dalle prove sperimentali svolte nei primi 2
anni. In particolare, tracciare i diagrammi forza-spostamento, i corrispondenti inviluppi, i diagrammi energia
dissipata, in termini di lavoro svolto, e rigidezza secante, ottenuti dalle prove sui nodi non rinforzati e
confrontarli con quelli dei nodi rinforzati.
UNISA: L‟attività dell‟U.R UNISA sulla problematica dei nodi ha seguito due filoni principali: la
sperimentazione di laboratorio condotta su nodi di base, eventualmente rinforzati con tecniche innovative, la
raccolta di risultati sperimentali di prove condotte su nodi esterni trave-colonna in strutture in c.a.
1.8
Task 8 (BIAX): Comportamento e rinforzo di pilastri con presso-flessione e
taglio biassiale (Fabbrocino)
Le attività inerenti al comportamento di pilastri soggetti a pressoflessione e taglio biassiale sono state svolte
perseguendo i seguenti obiettivi. Per quanto attiene all‟U.R UNINA:
- esecuzione di 8 prove sperimentali su pilastri in c.a. in scala reale di forma quadra e rettangolare
armati con barre lisce o nervate soggetti a sforzo normale costante e azioni orizzontali uniassiali
monotone o cicliche;
- elaborazione dei dati sperimentali e valutazione dell‟incidenza del tipo di armatura (barre lisce o
nervate) nel comportamento globale di pilastri soggetti a prove di pressoflessione uniassiale;
- definizione e realizzazione del test setup per prove biassiali su pilastri in scala reale;
- previsioni teoriche inerenti il comportamento di pilastri soggetti a prove di pressoflessione biassiale.
L‟Unità di Ricerca UNICT ha sviluppato un modello a fibre dell‟intera asta in grado di descriverne
efficacemente il comportamento non lineare. Il modello è relativo ad un‟asta soggetta a forza assiale
costante e momento linearmente variabile, adatto quindi a descrivere sia travi che pilastri.
L‟Unità di Ricerca UNICH ha effettuato una validazione delle procedure di modellazione di elementi
strutturali in cemento armato soggetti a pressoflessione deviata ai fini di analisi nonlineari statiche e
dinamiche. E‟ stata altresì impegnata in attività di coordinamento della stesura di un documento sulle analisi
nonlineari secondo l‟OPCM3431 e l‟Eurocodice 8, insieme a U.R. di UNIROMA1, UNIFI, UNIVE, UNIICT,
UNISA, UNINA.
Il lavoro svolto dall‟U.R. UNIROMA1 (Monti) durante il terzo anno ha avuto lo scopo di sviluppare una
procedura semplice per la valutazione della resistenza e delle capacità deformative di pilastri rettangolari,
con armatura doppia simmetrica, soggetti a pressoflessione deviata.
Presso UNIROMA3 si è eseguito quanto segue: messa a punto di tecniche di rinforzo a flessione e taglio di
pilastri danneggiati mediante l‟impiego di materiali innovativi: SCC, acciaio inox, FRP; messa a punto di
modelli per la valutazione del comportamento ciclico di barre d‟acciaio incluso lo sbandamento post elastico;
messa a punto di un sistema pseudo dinamico per la prova di strutture soggette ad azione sismica.
1.9
Task 9 (PREFAB): Comportamento e rinforzo di strutture industriali
prefabbricate (Toniolo)
- Indagini sperimentali (prove monotone e quasi statiche cicliche) sui tipici collegamenti tegolo-trave con
collegamento a scarpa metallica e bulloni e proposte di soluzioni migliorative sui collegamenti esistenti per
incrementare la duttilità globale ed energia dissipata (POLIMI).
- Analisi teorica dei risultati sperimentali sui tipici collegamenti travi-pilastro ad attrito e progettazione di prove
sperimentali per la determinazione delle proprietà meccaniche dei collegamenti trave – pilastro prefabbricate
spinottate (UNINA; UNIMOL).
- Indagini numeriche sulle più comuni tipologie di edifici esistenti monopiano: valutazione delle criticità
strutturali (comportamento a diagramma ed interazione con i pannelli) (POLIMI; UNIBO).
- Indagini numeriche preliminari su edifici con collegamenti dissipativi con l‟intento di proporre nuove
soluzioni di rinforzo strutturalmente efficienti ed economiche (POLIMI).
2. ATTIVITA’
Nei paragrafi seguenti sono descritte le principali attività condotte in ciascun Task.
2.1
Task 1 (MND): Metodologie non distruttive per la conoscenza delle strutture
esistenti (Masi)
Durante il terzo anno le UR UNIBAS, UNISA, UNICAL e IUAV hanno eseguito ulteriori campagne di indagini
di tipo distruttivo e non distruttivo ed hanno elaborato i risultati ottenuti. Inoltre, l‟UR UNIBAS ha perfezionato
la procedura per la stima della resistenza del calcestruzzo in situ basata sul metodo Sonreb predisposta nel
primo e secondo anno, particolarmente utile nel caso di calcestruzzi di bassa qualità. L‟UR POLIBA ha
esaminato i metodi di trattamento delle incertezze basati su approcci alternativi a quelli classici di tipo
probabilistico fornendo una procedura informatizzata per la gestione di informazioni di tipo differente relativa
ad un‟unica variabile.
Dettagli sulle principali attività svolte nel corso del terzo anno, come forniti da ogni UR, sono riportati nel
seguito.
UNIBAS: Nel corso del terzo anno di attività è stata completata l‟ampia campagna sperimentale in situ ed in
laboratorio programmata nel corso del primo anno e parzialmente eseguita nel secondo. I risultati ottenuti
dai test sono stati accuratamente analizzati per ottenere utili indicazioni metodologiche e operative che
consentissero di stimare in modo semplice e sufficientemente affidabile la resistenza del calcestruzzo di
strutture esistenti.
Il programma sperimentale è stato condotto su:
(i) elementi in c.a. (travi e colonne) estratti da un edificio esistente, in fase di demolizione, progettato per
portare i soli carichi verticali;
(ii) elementi in c.a. appositamente predisposti in laboratorio.
La sperimentazione è stata interamente condotta presso il Laboratorio Prove Materiali e Strutture
dell‟Università della Basilicata.
Le prove non distruttive (sclerometriche, ultrasoniche, pacometriche) e le prove di tipo distruttivo (carotaggi)
sono state effettuate in vari punti degli elementi strutturali ed in varie direzioni rispetto all‟asse degli elementi
ed alla direzione originaria del getto allo scopo di valutare la variabilità dei risultati in funzione delle modalità
di esecuzione. Particolare attenzione è stata rivolta all‟esame della capacità predittiva del metodo combinato
SONREB (sclerometro + ultrasuoni) applicando una procedura specifica per la stima della resistenza in situ
del calcestruzzo, in particolare se di scarsa qualità, messa a punto nel corso del primo anno. La procedura,
implementata su un foglio elettronico in ambiente EXCEL, è stata resa disponibile alle altre UR del Task per
applicazioni e confronti.
Nell‟ambito del progetto di ricerca si è indagato sulle differenze tra resistenza misurata sulle carote e
resistenza del calcestruzzo della struttura. I principali fattori che differenziano tali due valori di resistenza
sono stati evidenziati ed è stata fornita un‟apposita relazione tra le stesse da adoperare nella pratica
professionale. Nel terzo anno si è indagato in modo particolare sulla stima del disturbo subito durante la fase
di estrazione della carote fornendo un opportuno coefficiente di correzione.
Infine, ancora adoperando campioni relativi a pilastri estratti da edifici esistenti o realizzati in laboratorio si è
indagato sull‟influenza dei carotaggi sulla capacità di tali pilastri a seguito dell‟estrazione e delle successive
operazioni di ripristino. A tal scopo i campioni sono stati carotati e, dopo l‟esecuzione del ripristino con
tecniche di uso comune oppure in assenza dello stesso, sono stati sottoposti a test alternati di compressione
fino a rottura al fine di valutare la resistenza delle colonne dopo il carotaggio.
UNISA: Le attività della UR UNISA nell‟ambito del task MND hanno riguardato le correlazioni che esistono
tra i diversi metodi di indagine distruttiva e non distruttiva per la quantificazione delle proprietà meccaniche
del calcestruzzo. In particolare, l‟attività di ricerca si è focalizzata sulla variabilità spaziale di tali proprietà
all‟interno delle membrature e sul possibile legame di queste con la storia di carico ed il procedimento
costruttivo della struttura L‟attività condotta ha preso le mosse da una precedente ricerca rivolta alla
valutazione sperimentale della capacità di nodi colonna-fondazione dotati di dettagli costruttivi tipici di
strutture esistenti ed eventualmente soggetti ad interventi di adeguamento (cfr. Task 7). Dal momento che si
conoscono con sufficiente confidenza le caratteristiche meccaniche delle armature, ci si è concentrati su
quelle del calcestruzzo per il quale sono state, dunque, condotte sia prove non distruttive (battute
sclerometriche ed indagini ultrasoniche) che parzialmente distruttive (estrazione di carote). Le prove in
parola sono state condotte su quindici delle colonne precedentemente sottoposte a test ciclici nell‟ambito
delle attività condotte per il Task NODI. In particolare, da ogni colonna sono state estratti tre campioni
(carote) di calcestruzzo posizionati nella zona di base, di mezzeria e di testa della colonna stessa. L‟obiettivo
della ricerca è quello di stabilire quali metodologie di indagine sono più condizionate dal danneggiamento
locale indotto dalla storia di carico (nella fattispecie il danneggiamento si concentra alla base delle colonne)
e da eventuali disuniformità derivanti dal procedimento costruttivo.
UNICAL: In questo terzo anno di attività si è proseguito, in una prima fase, all‟acquisizione di ulteriori dati
sperimentali riguardanti prove di tipo non distruttivo e semi distruttivo (carotaggi) su strutture in c.a. di nuova
e vecchia costruzione e, in una seconda fase, di durata temporale maggiore, nella successiva elaborazione,
mediante l‟utilizzo di formulazioni presenti in letteratura, della determinazione di valori affidabili di resistenza
del calcestruzzo in situ. Si è quindi proseguito nello sviluppo, avviato nel 1° anno e proseguito nel 2°, del
programma sperimentale condotto su strutture in c.a e nel trattamento dei risultati ottenuti. Le prove eseguite
hanno interessato, in particolare, un edificio scolastico, sito nel Comune di Rende, del quale
l‟Amministrazione Provinciale di Cosenza ha ritenuto opportuno richiedere lo studio sulla vulnerabilità
sismica e la progettazione preliminare di adeguamento e/o miglioramento sismico. Trattandosi di un edificio
esistente, è stato necessario, al fine di valutare le caratteristiche meccaniche dei materiali, effettuare, negli
stessi punti della struttura, prove di tipo semi distruttivo (carotaggi) e non distruttivo (sclerometriche e
ultrasoniche), in modo da poter raggiungere un certo livello di conoscenza cui associare il relativo fattore di
confidenza da utilizzare, in fase progettuale, nelle verifiche di sicurezza previste dalle normative tecniche
vigenti. I dati ricavati, opportunamente elaborati, sono stati confrontati, restituiti in forma grafica e tabellare e
utilizzati per la realizzazione di un report scientifico.
POLIBA: L‟utilizzo di una teoria assiomatica per la descrizione ed il trattamento di variabili fuzzy ha
rappresentato il punto centrale delle attività svolte. In particolare, ci si è riferiti alla possibilità di avere una
teoria matematica unica che permettesse il trattamento congiunto di informazioni propriamente
probabilistiche ed altre la cui natura è propriamente quella fuzzy; è ad esempio il caso dei giudizi esperti ma
anche, più banalmente, quello in cui i dati sperimentali sono troppo pochi per una caratterizzazione statistica
“ragionevole”. La teoria della credibilità recentemente sviluppata è stata utilizzata per permettre una piena
simmetria tra variabili statistiche e variabili fuzzy. L‟obbiettivo è stato proporre una metodologia per utilizzare
contemporaneamente informazioni con differenti nature (probabilistica e fuzzy) di una determinato parametro
oggetto di indagine. L‟ambizione è di aumentare i dati processabili e quindi l‟accuratezza nella gestione dei
parametri “incerti”. Un approccio innovativo è consistito nell‟utilizzare l‟entropia informatica per permettere
una trasformazione in variabili omogenee per natura, ossia per trasformare un problema in variabili miste –
fuzzy e probabilstiche – in un problema o puramente fuzzy o puramente probabilistico. Si è quindi sviluppato
un criterio di conversione ed inoltre un software (in linguaggio Matlab) per la gestione di differenti
informazioni di una unica variable.
IUAV: Le attività di questo task, che si integrano con quelle del task FC, sono state incentrate su prove in
situ alle quali l‟unità di ricerca IUAV ha avuto l‟opportunità (non preventivata) di partecipare, assieme ad altri
soggetti, condividendo con questi i risultati. Più precisamente, l‟attività di questo task ha incluso la
progettazione della sperimentazione, l‟esecuzione della campagna di prove, la successiva elaborazione dei
dati acquisiti e l‟interpretazione dei risultati. Le prove in situ hanno riguardato edifici in servizio o dismessi da
poco, con struttura costituita da telai uni-direzionali in c.a., solai uni-direzionali in latero-cemento (con o
senza cappa), vani scale e ascensore entrambi aventi capacità sismica trascurabile (non-strutturali, ovvero
corpi fabbrica senza tali vani), eventualmente travi di bordo. Le attività sono state indirizzate a definire (1) il
sistema resistente alle forze orizzontali (2) e il sistema dissipativo dell‟energia cinetica in campo inelastico.
Le attività hanno puntato a dimostrare che la direzione dei solai conta su una struttura simicamente primaria
costituita da un telaio fittizio, le cui travate (traversi) sono l‟insieme dei travetti dei solai (le quali hanno una
capacità flessionale, ancorché moderata, tuttavia distribuita lungo l‟intero impalcato), le cui pilastrate sono
quelle effettive (le quali non hanno una direzione debole in se stesse), e il cui nodo trave-pilastro è costituito
dalle travi del telaio effettivo (le quali garantiscono tale funzionamento nella misura della loro capacità
torsionale, trasformando la loro rigidezza torsionale in rigidezza flessionale del nodo trave ideale – pilastro
reale).
2.2
Task 2 (FC): Calibrazione dei Fattori di Confidenza (Monti)
UNIROMA1: L‟attività svolta durante il terzo anno ha riguardato lo sviluppo di una procedura bayesiana per
la valutazione della resistenza del calcestruzzo e dell‟acciaio e la calibrazione dei fattori di confidenza (FC).
I fattori di confidenza applicati alle resistenze dei materiali, con lo scopo di impiegare nelle verifiche valori
medi con bassa probabilità di superare quelli effettivi, possono essere stimati mediante metodologia
bayesiana, che trova la propria base sulla quantità e tipologia delle indagini conoscitive eseguite.
L‟impiego del metodo bayesiano consente di utilizzare i risultati delle indagini condotte sui materiali e sugli
elementi strutturali per aggiornare una distribuzione di probabilità nota a priori, sulla base dei dati desunti dai
certificati di prova o dalla pratica costruttiva. Il metodo consente anche di tenere conto del livello di
affidabilità delle diverse tipologie di prova (distruttive e non distruttive).
Il valore da assumere per i fattori di confidenza viene definito caso per caso in funzione del numero e
tipologia di prove e dell‟affidabilità della distribuzione di partenza.
Il lavoro valuta anche la possibilità di un esteso impiego dei metodi d‟indagine non distruttivi per la
definizione delle caratteristiche degli elementi strutturali (resistenze dei materiali e distribuzione delle
armature) allo scopo di ampliare la base conoscitiva della struttura.
La procedura di calcolo del FC relativo alla resistenza di un materiale segue i seguenti passi: acquisizione
dell‟eventuale informazione a priori; scelta dei metodi di prova distruttivi e non distruttivi; valutazione delle
deviazioni standard relative a ciascun metodo di prova, sulla base delle curve di regressione impiegate;
esecuzione delle prove distruttive e non distruttive e calcolo di valore medio e varianza per ciascun metodo;
calcolo dei parametri nell‟equazione del FC; calcolo del FC.
UNINA: La struttura considerata è un edifico in cemento armato di quattro piani situato in Avellino, adibito ad
uso scolastico e progettato per soli carichi verticali. Per la struttura scelta è stato costruito un modello
strutturale utilizzando il programma di calcolo SAP secondo i disegni e la relazione originale.
Per caratterizzare le incertezze sui possibili difetti presenti nelle strutture esistenti è stato preparato un
elenco preliminare delle possibili tipologie di difetti strutturali. A ciascun difetto, sono stati assegnati un set di
valori plausibili insieme al loro peso relativo. Tale elenco è stato utilizzato come base per la preparazione di
un questionario destinato ai professionisti. I questionari servono al fine della caratterizzazione delle
distribuzioni di probabilità a priori per i parametri relativi ai dettagli strutturali. Tali distribuzioni a priori
costituiscono la base di conoscenza sulla struttura da aggiornarsi in relazione alle prove in situ secondo la
proposta metodologia bayesiana. Infine, si è implementato un algoritmo di simulazione al fine del calcolo (ed
aggiornamento) dell‟affidabilità strutturale. La probabilità di collasso è calcolata con i metodi di integrazione
numerica o di simulazione tipo Monte Carlo (MC) e la simulazione subset. Ogni singola realizzazione nel
processo di simulazione corrisponde ad un‟analisi statica non lineare della struttura e un‟applicazione del
CSM. La stima dell‟affidabilità strutturale e le distribuzioni di probabilità per i parametri di modellazione sono
stati aggiornati attraverso una metodologia bayesiana implementando i risultati delle indagini e le prove insitu. A partire da tali risultati è stato possibile sviluppare un metodo semplice ed efficiente che, basandosi su
poche analisi strutturali, riesce a portare alla determinazione dei fattori di confidenza.
2.3
Task 3 (IRREG): Valutazione del comportamento non lineare degli edifici con
particolare riferimento a edifici irregolari (Monti, Spacone)
UNIROMA1: Inizialmente l‟attività di ricerca, condotta in collaborazione con le altre U.R., si è concentrata
sulla stesura di linee guida per l‟utilizzo delle analisi non lineari nella valutazione sismica di edifici esistenti in
c.a.. In particolare, il contributo della U.R. UNIROMA1 alle linee guida ha riguardato i seguenti argomenti: la
definizione delle sorgenti di irregolarità strutturale in pianta, l‟identificazione dei pro e contro nell‟utilizzo della
rotazione rispetto alla corda quale parametro per la valutazione della domanda sismica locale nelle travi e
nei pilastri, e la definizione di tre casi studio di edifici a telaio in c.a. per testare e confrontare differenti
procedure di analisi non lineari proposte in normative ed in letteratura.
Successivamente l‟attività di ricerca si è concentrata sulla valutazione dei parametri critici che influenzano la
risposta sismica non lineare degli edifici asimmetrici in pianta. A tal fine la U.R. UNIROMA1 ha condotto una
serie di analisi dinamiche non lineari sia su telai mono che multi piano, caratterizzati da differenti
configurazioni di resistenze e rigidezze rappresentativi di una larga classe di edifici esistenti. Sulla base dei
risultati ottenuti è stato definito un nuovo metodo pushover che tiene esplicitamente in conto il
comportamento torsionale degli edifici asimmetrici in pianta. L‟efficacia della procedura d‟analisi proposta è
stata valutata confrontando la domanda sismica di casi studio selezionati con quella ottenuta attraverso sia
analisi dinamiche non lineari che metodi pushover di letteratura.
UNICH: Sono stati seguiti diversi filoni di ricerca: a) analisi nonlineari degli edifici regolari ed irregolari
progettati e distribuiti da UNIROMA1. Le analisi sono state svolte principalmente con il programma RAMPerform, che diventerà presto il modulo nonlineare del programma SAP-2000; b) analisi nonlineari di un
edificio in cemento armato modellato con diversi livelli di dettaglio. E‟ stato completatao lo studio della
sensitività della risposta ad incertezza dell‟input, in particolare il sisma e i parametri meccanici della struttura.
Si è anche studiata la qualità degli accelerogrammi naturali e generati per le analisi dinamiche nonlineari, e
la loro influenza nel predire la domanda sulla struttura; c) investigazione sull‟influenza dell‟angolo di
incidenza della direzione dell‟input sismico nelle analisi statiche e dinamiche, attraverso lo studio di un
semplice telaio in cemento armato ad un piano; d) coordinamento della preparazione delle linee guida per le
analisi statiche e dinamiche di edifici in cemento armato secondo l‟OPCM3431 e l‟Eurocodice 8. Il filone d) è
stato sviluppato insieme a tutte le altre unità coinvolte. Per gli altri filoni, ci sono state interazioni con
UNIROMA1, UNISA, UNINA, UNIVE.
UNIFI: Questa UR ha innanzitutto completato il lavoro relativo allo studio della risposta sismica non lineare di
strutture irregolari in pianta, contribuendo, fra l‟altro, la sezione 1.3.5 „La valutazione della risposta
rotazionale di sistemi asimmetrici non lineari‟ al documento METODI DI ANALISI NONLINEARI PER EDIFICI
ESISTENTI IN CEMENTO ARMATO sviluppato collegialmente nell‟ambito della Linea 2.
Sono stati, inoltre, studiati due metodi semplificati, utilizzabili facilmente in ambito professionale, per la
valutazione del rapporto fra le frequenze torsionali e laterali disaccoppiate e per la valutazione
dell‟eccentricità statica per edifici multipiano, confrontando i risultati con metodi più complessi per alcuni casi
di studio. Tali valutazioni, che possono essere a rigore condotte per edifici monopiano e solo per classi molto
particolari di edifici multipiano, risultano cruciali sia ai fini della caratterizzazione della risposta torsionale che
per l‟applicabilità dell‟analisi pushover ad edifici irregolari, come emerso con evidenza dalle indagini
effettuate da questa UR.
UNIFI ha infine proseguito le indagini relative all‟estendibilità dell‟analisi pushover alle strutture irregolari
mediante il metodo proposto da Fajfar nel 2005, con riferimento a modelli semplificati monopiano, a modelli
di edificio multipiano e ad edifici esistenti, questi ultimi caratterizzati da complesse condizioni di irregolarità.
Nel corso delle indagini sopra descritte, UNIFI ha collaborato con tutte le altre UR coinvolte nel Task 3, in
particolar modo con UNIBO ed UNIROMA1.
UNINA: Un telaio piano di un edificio esistente sito a Londa (FI), irregolare in elevazione, è stato studiato
mediante l‟analisi statica equivalente in accordo all‟ultima normativa italiana (NTC, 2008 e Istruzioni per
l‟applicazione delle “Norme tecniche per le costruzioni”, 2008). La struttura è stata modellata ed analizzata
sia tenendo conto anche della possibile crisi per taglio che considerando unicamente la non linearità in
termini di momento-rotazione. L‟analisi utilizzata è la statica non lineare, che ha permesso di dare un
giudizio sulla effettiva capacità resistente della struttura.
Inoltre è stato analizzato il comportamento sismico di telai in c.a. che presentano discontinuità della
distribuzione in elevazione della sovraresistenza. Tali discontinuità sono ottenute assegnando
sovraresistenze a travi o pilastri del “telaio regolare” assunto come riferimento, progettato secondo
l‟Eurocodice 8 (EC8) in Classe di Duttilità Media. Le sovraresistenze dei presunti telai irregolari sono
assegnate modificando l‟armatura di travi o pilastri ai differenti piani. Per tutti i telai sono applicati i criteri di
regolarità della resistenza in elevazione prescritti dalle più importanti normative sismiche internazionali. Per
tali verifiche di regolarità la resistenza di piano è calcolata con due metodi differenti: il primo tiene conto solo
delle resistenze flessionali dei pilastri, mentre il secondo anche delle resistenze flessionali delle travi. Sono
effettuate analisi statiche e dinamiche non lineari: la non linearità meccanica è concentrata alla fine degli
elementi. Queste analisi sono eseguite in accordo alle prescrizioni dell‟EC: per le analisi statiche non lineari
è applicato il metodo N2; nel caso di analisi dinamiche non lineari sono usati come input terremoti selezionati
al fine di ottenere la spettrocompatibilità con lo spettro di progetto elastico di norma.
UNIBO: Le attività sviluppate dalla U.R. UNIBO possono essere sintetizzate come segue:
sviluppo di analisi di simulazioni numeriche parametriche atte alla valutazione della efficacia nella stima
delle massime risposte rotazionali della metodologia messa a punto per sistemi asimmetrici lineari e
non;
sviluppo di analisi di simulazioni numeriche parametriche atte alla valutazione della efficacia nella stima
dei massimi spostamenti del lato flessibile della metodologia messa a punto per sistemi asimmetrici
lineari e non;
studi volti alla valutazione della sensibilità (“sensitivity analysis”) della risposta torsionale delle strutture
in dipendenza dai parametri strutturali che le caratterizzano;
studi volti alla formulazione di una eccentricità correttiva in grado di condurre ad una stima delle
massime risposte rotazionali dinamiche dei sistemi eccentrici mediante analisi di push-over;
studi sia analitici (assimilando le risposte sismiche di tali strutture a processi stocastici), sia numerici volti
alla valutazione degli effetti legati alla non contemporaneità tra la massima riposta rotazionale e la
massima risposta longitudinale del sistema.
IUAV: (1) Analisi statiche non-lineari sia dei casi studio sia di altri casi, eseguite con i codici: Sap2000,
MIDASGen, Perform 3D. Le analisi sono state svolte considerando i seguenti quattro diversi sistemi di forze
orizzontali.
a) Proporzionali al prodotto delle masse per gli spostamenti delle deformate modali; quindi con la risultante
diretta come il taglio alla base dei relativi modi di vibrare (considerando i primi due modi di vibrare).
b) Proporzionali alle masse e dirette concordemente al taglio alla base dei primi due modi di vibrare.
c) Con distribuzioni proporzionali alle masse e dirette secondo i lati della pianta dell‟edificio analizzato.
d) Proporzionali al prodotto delle masse per gli spostamenti relativi a una deformata triangolare rispetto alla
altezza (con massimo in sommità) e dirette secondo i lati della pianta circoscritta dell‟edificio analizzato.
(2) Analisi del comportamento di edifici aventi una sperequazione di capacità nelle due direzioni orizzontali.
(3) Studi sull‟influenza dell'angolo di incidenza dell‟azione sismica sulla risposta strutturale dell'edificio.
(4) Implementazione, in ambiente Mathcad, di un foglio di post-processione dei risultati di Sap2000 e Perform 3D per valutare la capacità di rotazione alla corda e confrontare la domanda come da OPCM 3431.
(5) Analisi con cerniere tipo FEMA PMM, dei casi studio analizzati con il codice di calcolo MIDASGen.
(6) Ricerca di parametri a-priori, significativi del comportamento sismico complessivo dell'edificio.
(7) Realizzazione di un post-processore per l'elaborazione dei dati di uscita da MIDASGen, per le verifiche.
UNICT: Per ovviare al fatto che le analisi pushover, da sole o con le correzioni proposte da alcuni ricercatori,
non sono sempre in grado di predire efficacemente le rotazioni planimetriche che una struttura non
simmetrica subisce come risposta inelastica ad un evento sismico, l‟U.R. UniCT ha proposto di considerare
per ogni elemento lo spostamento massimo fornito da due distinte analisi pushover, con forze applicate in
posizioni differenti (individuate mediante eccentricità “correttive”). Ha quindi effettuato un vasto studio
numerico, facendo variare in un ampio intervallo tutti i parametri che governano il problema (distribuzione di
massa, rigidezza, resistenza). Si sono presi in esame sistemi spaziali monopiano, aventi un unico asse di
simmetria e soggetti ad azione sismica nella direzione non simmetrica. Si è scelto di usare questi modelli
perché consentono una facile manipolazione dei parametri in gioco ed una rapida esecuzione delle analisi.
Si è messo a punto un programma che consente: la generazione automatica di schemi spaziali monopiano,
sulla base di assegnati criteri e valori dei parametri principali; l‟effettuazione di analisi statiche e dinamiche
non lineari (le prime con diversi valori del punto C di applicazione della forza orizzontale); il confronto dei
risultati e l‟individuazione di due posizioni limite di C che consentono all‟analisi pushover di inviluppare gli
spostamenti dell‟analisi dinamica non lineare. L‟elaborazione dei risultati ottenuti ha consentito di evidenziare
che esiste una relazione approssimativamente lineare tra le eccentricità correttive e le eccentricità tra i centri
di massa, rigidezza e resistenza, mentre risultano scarsamente rilevanti gli altri parametri del sistema.
UNISA: Le attività della U.R. di UniSA nell‟ambito del task IRREG hanno riguardato l‟esame comparativo
delle diverse metodologie di analisi non lineare statica e dinamica delle strutture esistenti in cemento armato
finalizzate alla valutazione della risposta sismica ed, in definitiva, alla quantificazione dei livelli di
vulnerabilità. In particolare, l‟attività si è concentrata sui seguenti punti:
- definizione ed analisi comparata dei modelli per la quantificazione della capacità delle membrature in
c.a. e delle strutture cui esse appartengono: lo studio è partito dalla definizione teorica delle diverse
misure di domanda generalmente utilizzate per quantificare la risposta sismica (interstorey-drift
angle, rotazione della corda, rotazioni plastiche, ecc.) per arrivare al confronto in termini quantitativi
tra i valori suggeriti per tali misure di danno in corrispondenza dei diversi Livelli di Performance
strutturale sotto sisma;
- confronto tra i metodi di analisi statica non lineare delle strutture in c.a. finalizzato alla valutazione
della maggiore o minore accuratezza di tali metodi con riferimento ad analisi del tipo time-history;
- definizione di metodologie semplificate basata su analisi statiche non-lineari per la definizione di
curve di fragilità e la quantificazione della probabilità di raggiungimento degli Stati Limite di
interesse.
Nell‟ambito di molte delle attività svolte sopra, sono stati assunti tre casi-studio comuni alle diverse U.R.
afferenti al task in modo da rendere confrontabili i risultati ottenuti.
2.4
Task 4 (MIX): Valutazione e rinforzo di edifici misti (Manfredi)
Le principali attività del terzo anno della unità UNINA si sono concentrate su una serie di analisi numeriche
non lineari che hanno permesso di identificare l‟importanza svolta dal solaio nel ripartire l‟azione sismica tra
gli elementi muratura e cemento armato in funzione della propria rigidezza nel piano e di enfatizzare il ruolo
centrale della muratura nel contrastare le forze orizzontali soprattutto in ambito lineare per poi proseguire in
ambito non lineare. E‟ stato approntato lo studio di un modello di tre piani, in cui a partire da un modello
iniziale (Modello A) costituito da un edificio in sola muratura, sono state sostituite le pareti interne in
muratura con telai in c.a. dotati di pilastri d‟estremità che ne completano la maglia strutturale (Modello B). Un
ulteriore modello è costituito dalla eliminazione parziale delle pareti interne, lasciando il solo nucleo scala a
cui si connettono le travi dei telai (Modello C). Noto l‟importante effetto in termini di incremento di resistenza
che sortisce la presenza di cordoli o catene su una parete muraria, nel caso dei modelli B e C è stata altresì
investigata la ripartizione dell‟azione sismica considerando la presenza di tali elementi.
Le modalità di crisi considerate nelle analisi numeriche per i pannelli murari sono a presso flessione ed a
taglio con il raggiungimento delle condizioni di collasso per i pannelli di maschio controllate attraverso
l‟interstorey-drift. Un comportamento bilineare, con resistenza limitata e pendenza di scarico uguale rispetto
a quella iniziale, è assunto per gli elementi in c.a., con la concentrazione della plasticità in corrispondenza
delle estremità degli stessi. I criteri di resistenza considerati per gli elementi in c.a. sono a pressoflessione ed
a taglio. Di fondamentale importanza è l‟utilizzo di modelli a comportamento non lineare per gli elementi in
muratura ed in c.a., in quanto un‟analisi di tipo lineare non risulterebbe appropriata per investigare il
comportamento dell‟azione sismica con l‟evolversi del processo di carico sino in campo non lineare. Infatti in
ambito lineare le analisi hanno evidenziato quanto era lecito attendersi, vale a dire un ruolo centrale della
muratura nell‟assorbire l‟azione sismica in ragione della sua elevata rigidezza rispetto agli elementi in
cemento armato, mentre in ambito non lineare, il contributo offerto all‟assorbimento dell‟azione sismica tra gli
elementi di tecnologia differente può divenire confrontabile.
L‟attività di ricerca svolta dalla unità UNIROMA1rappresenta la prosecuzione e l‟approfondimento dell‟analisi
dei modelli il cui studio è stato avviato nel corso del secondo anno. I due modelli esaminati sono
rappresentativi di edifici misti con funzionamento in parallelo, con telai in c.a. e pareti murarie presenti allo
stesso piano dell‟edificio (il collegamento si realizza mediante travi e solai).
Il primo è un semplice modello piano costituito da una parete muraria e da un telaio in c.a. collegati in
sommità da un elemento elastico con diversi valori della rigidezza. Gli elementi del telaio hanno dimensioni e
materiali tipici di strutture progettate in assenza di azioni sismiche.
Il secondo modello rappresenta un edificio con pareti perimetrali in muratura e telai interni in c.a., che si
sviluppa su una pianta rettangolare per tre elevazioni fuori terra. I telai interni in c.a. sono disposti
parallelamente alla dimensione planimetrica minore e presentano ciascuno tre campate con travi continue su
due pilastri intermedi in cemento armato e appoggiate alle estremità su lesene murarie. Al fine di esaminare
le conseguenze strutturali dovute ad una pratica ricorrente, quale quella di sostituire pareti murarie interne
con telai in c.a., è stato inoltre preso in considerazione un modello in tutto uguale al precedente ma con
pareti in muratura in luogo dei telai.
Per tutti i modelli sono state effettuate analisi statiche non lineari (push-over) utilizzato il codice di calcolo
agli elementi finiti ADINA. Per le analisi, la muratura è stata modellata come un materiale con fessurazione
diffusa. I pilastri in c.a sono stati modellati con elementi “multilinear-plastic” mentre travi e solai mediante
elementi “linear elastic” e “shell”, rispettivamente.
2.5
Task 5 (TAMP): Influenza della tamponatura sulla risposta strutturale (Papia)
Nel campo delle analisi numeriche, una prima serie di indagini è stata condotta presso l‟U.R. 04 (Roma 1): il
comportamento sismico degli edifici in c.a. tamponati, che erano stati individuati ed analizzati nel corso del
secondo anno mediante analisi non lineari statiche, è stato valutato mediante analisi dinamiche al passo,
utilizzando prevalentemente accelerogrammi corrispondenti ad effettive registrazioni. I modelli esaminati
sono rappresentativi di edifici esistenti nel territorio italiano ed includono diverse distribuzioni in altezza dei
pannelli di tamponamento. Punto fondamentale dello studio è stato il confronto tra le domande, ottenute
appunto dalle analisi dinamiche, e le relative capacità, ottenute dalle analisi statiche precedentemente
effettuate. Per tale confronto si è fatto riferimento sia a grandezze legate alle deformazioni (spostamenti
relativi di piano, spostamento in sommità, duttilità di spostamento, rotazioni nei pilastri) che di natura
energetica (energia dissipata). Il livello di sicurezza delle strutture esaminate rispetto al collasso è stato
valutato anche mediante un indice di danno che tiene in conto sia l‟energia dissipata mediante deformazioni
anelastiche cicliche sia il massimo spostamento relativo di piano. Questo parametro si è rivelato assai
efficace, mentre stime effettuate esclusivamente in termini di resistenza non sono risultate generalmente
sufficienti.
Una seconda serie di indagini numeriche è stata effettuata presso l‟U.R. 10 (Chieti), dove i pannelli di
tamponamento sono stati modellati con un modello relativamente semplice di puntone diagonale,
corrispondente a quello proposto dalle FEMA 273-274 americane (Federal Emergency Management
Agency) e che ben presto diventerà strumento normativo negli Stati Uniti. I parametri del modello sono stati
calibrati in base ai dati ottenuti in seguito alla campagna sperimentale di Mehrabi e Shing (1997) su telai in
c.a. ad una e due campate con tamponatura in blocchi pieni e forati in calcestruzzo. Il modello è stato
implementato in ambiente Opensees e la membratura strutturale del telaio è stata modellata con elementi a
fibre non lineari. Per il comportamento a taglio delle colonne sono state ipotizzate due diverse soluzioni: nel
primo caso è stato affidata la possibile rottura a taglio della colonna a soli zero-length element posti
all‟altezza dei giunti del puntone diagonale equivalente, nel secondo caso è stato associata una legge V-γ
per il taglio ad ogni sezione delle colonne attraverso il section aggregator fornito da Opensees.
Per quanto riguarda la sperimentazione, presso l‟U.R. 15 (Palermo) sono stati provati 6 telai mono-piano e
mono-campata, rappresentativi di maglie di telai in c.a. tamponate con le tipologie di tamponamento oggetto
della sperimentazione condotta nel precedente anno di ricerca. Per ciascuno dei tre tipi di tamponamento
(muratura di calcarenite, di laterizio e di calcestruzzo alleggerito) sono stati provati due telai simulanti una
maglia quadrata di dimensioni pari a circa 2 x 2 metri. Nel corso delle prove le colonne sono state mantenute
soggette ad un livello di compressione costante, per simulare la presenza dei carichi verticali trasmessi dai
piani superiori, mentre per quanto riguarda le azioni laterali, si è adottata una storia di carico ciclico con
intensità della forza massima crescente fino al raggiungimento della resistenza; quindi si è impressa una
storia di spostamenti ciclicamente crescenti fino al collasso. La sperimentazione è stata finalizzata a:
verificare l‟attendibilità delle stime di resistenza effettuate sulla base delle caratteristiche meccaniche dedotte
dalla sperimentazione sui pannelli di tamponamento; rilevare i quadri fessurativi e i meccanismi di rottura
delle maglie tamponate; calibrare i parametri caratterizzanti il comportamento ciclico isteretico di un modello
di puntone diagonale equivalente proposto dai ricercatori dell‟U. R. 15 in un precedente studio.
La sperimentazione condotta presso l‟U.R. 02 (Pavia), relativa a una struttura intelaiata in c.a., a 3 piani e
tamponata, si è articolata nelle seguenti quattro fasi: 1) Trasporto del prototipo in laboratorio: in questa fase,
particolarmente delicata e complessa per il notevole peso del prototipo, la struttura è stata debitamente
irrigidita e controventata per evitare un possibile danneggiamento. Per il sollevamento è stato adottato un
sistema costituito da martinetti idraulici con riscontro diretto a terra, i quali agivano su delle travi metalliche
irrigidite ancorate alla fondazione della struttura. Per movimentare il prototipo all‟interno del laboratorio è
stato utilizzato il sistema di trasporto di carichi industriali AeroGO (Load Modules system), composto da
quattro cuscini in alluminio estruso irrigidito nei quali viene convogliata aria compressa che gonfia un cuscino
di forma torica. 2) Predisposizione delle masse di piano e dei tamponamenti esterni: per riprodurre in scala
le condizioni di carico cui la struttura reale di riferimento sarebbe stata soggetta sotto sisma, sono state
disposte sui solai di ogni piano delle masse addizionali realizzate con getti di calcestruzzo non armato di
circa 25 cm di spessore, per una massa complessiva di 27 tonnellate (9 per piano). I tamponamenti esterni
sono stati realizzati con blocchi di calcestruzzo autoclavato (Gasbeton RDB) di spessore pari a 5 cm, in
modo da ottenere un rapporto realistico tra la rigidezza dei pannelli di tamponamento e quella degli elementi
in c.a. della maglia di telaio tamponata. 3) Strumentazione del provino: al fine di monitorare il
comportamento in fase di prova della struttura, sono stati predisposti circa 180 trasduttori analogici di diverso
tipo in relazione alla natura della grandezza fisica da rilevare. La scelta e il posizionamento della
strumentazione sono stati dettati dalle zone critiche o più significative da monitorare e dalla disponibilità di
strumenti e canali di acquisizione. Il setup del test ha previsto due sistemi di monitoraggio: uno che vede
l‟impiego di strumentazione “tradizionale” (accelerometri, potenziometri, ecc.), un altro che è basato su
telecamere ad alta definizione per il monitoraggio ottico dei punti d‟interesse. 4) Test dinamici: la struttura,
completata e strumentata, è stata sottoposta a un accelerogramma naturale (registrazione Montenegro
1979, stazione di Herceg-Novi) agente in direzione longitudinale (Y), scalato a diversi valori di PGA, in modo
da simulare terremoti di bassa, media e forte intensità.
Presso l‟U.R. di Roma 3 sono state concluse prove su telai tamponati in scala 1: 1/2, e sui componenti:
calcestruzzo, acciaio, blocchi laterizio, malte, e loro assemblaggi: muretti di modesta dimensione. Sono state
eseguite elaborazioni per mettere a punto modelli semplificati a una e tre bielle e confronti dei risultati
numerici e sperimentali. Tra l‟altro confrontando i risultati sperimentali tra telai tamponati e nudi si è potuto
valutare l‟effetto del tamponamento ed il legame “forza spostamento” del pannello. Si è valutata la possibilità
di determinare le caratteristiche delle bielle a partire dalle caratteristiche meccaniche degli elementi
componenti. Sono stati calibrati i legami utilizzati per la valutazione della risposta ciclica di telai tamponati.
E‟ stato messo a punto un criterio di progetto di controventi dissipativi per la protezione di telai tamponati,
basato sull‟uso di analisi di spinta, verificato con analisi dinamiche non lineari. Il metodo di progetto è stato
validato confrontando l‟obbiettivo di progetto in termini di spostamento ( cioè lo spostamento atteso) con il
risultato ottenuto mediante analisi non lineare dinamica della struttura così progettata, soggetta ad
accelerogrammi naturali.
Le attività complessivamente svolte sono state sviluppate in accordo con il programma specifico attribuito
alle singole UU.RR. sin dal primo anno, opportunamente aggiornate durante lo svolgimento della ricerca. In
occasione del Convegno dedicato alla Linea 2, svoltosi a Roma nel mese di maggio 2008, sono stati
concordati i tempi e le modalità con cui portare a termine il progetto complessivo per la parte di competenza
del Task.
2.6
Task 6 (SCALE): Comportamento e rinforzo di scale in c.a. (Cosenza)
I principali obiettivi raggiunti sono i seguenti: (a) studio critico della letteratura tecnica relativamente alle
principali tipologie di scale degli edifici esistenti; (b) analisi della pratica nella progettazione/costruzione delle
principali tipologie di scale con riferimento alle indicazioni di normativa del periodo 1940-1980. Con
riferimento ai punti precedenti, una serie di manuali, libri e le normative risalenti al periodo in esame sono
stati analizzati in dettaglio con giudizio critico basato sulle attuali conoscenze. Esempi di scale progettate per
soli carchi gravitazionali sono state studiate con riferimento alle diverse tipologie. La conoscenza delle
soluzioni strutturali e della pratica progettuale delle scale è di particolare importanza per definire la reale
geometria e comprendere il comportamento correttamente. L‟attenzione è stata focalizzata sull‟approccio di
progetto relativo agli elementi costituenti la scala ( travi a ginocchio e solette rampanti).
Analisi numeriche lineari e non lineari su tipici edifici sono state effettuate, esse hanno fornito una serie di
importanti risultati e spunti sui problemi legati alla modellazione meccanica e geometrica degli elementi
strutturali delle scale. I primi risultati hanno confermato l‟importanza di considerare l‟interazione fra le azioni
interne, in particolare sforzo assiale-momento nelle travi ad asse inclinato, taglio-momento nelle colonne.
Uno studio critico sulle diverse formulazioni per la resistenza a taglio presenti in letteratura, ha poi permesso
simulare le potenziali rotture fragili da taglio nelle colonne tozze, che sono spesso presenti in molti edifici.
Analisi statiche non-lineari con modello a plasticità concentrata sono state sviluppate per evidenziare zone
critiche e modalità di crisi. Il set-up delle prove sperimentali è stato definito, un telaio ad una sola campata
con trave a ginocchio è stato progettato in scala reale.
2.7
Task 7 (NODI): Comportamento e rinforzo di nodi (Masi)
Durante il terzo anno le UR hanno eseguito ulteriori test (UR UNIBAS) ed hanno accuratamente elaborato i
risultati ottenuti negli anni precedenti (UR UNIBAS, UNIUD e UNISA). L‟UR UNINA si è occupata
principalmente della modellazione analitica dei nodi. Tutte le UR hanno proseguito l‟esame della bibliografia
sull‟argomento.
Dettagli sulle principali attività svolte nel corso del terzo anno, come forniti da ogni UR, sono riportati nel
seguito.
UNIBAS: L‟attività dell‟unità di ricerca UNIBAS è consistita principalmente nell‟esecuzione di test
sperimentali su nodi trave colonna relativi alle tipiche costruzioni in cemento armato esistenti in Italia ed
aventi differenti livelli di progettazione sismica, ossia nodi relativi ad edifici progettati per resistere ai soli
carichi verticali e nodi estratti da edifici progettati conformemente alle recenti norme sismiche italiane (OPCM
3274 and 3431). Il programma sperimentale è stato eseguito presso il Laboratorio di strutture dell‟Università
della Basilicata a Potenza. Alla attività sperimentale si è affiancata una approfondita ricerca bibliografica
sulle sperimentazioni eseguite in Italia e in altri Paesi su nodi trave-colonna in c.a..
Le principali attività hanno riguardato:
- Stato dell‟arte di sperimentazioni su nodi trave-colonna eseguite a livello nazionale ed internazionale,
collezionando ed esaminando informazioni relative ai tipi di test eseguiti, alla forma dei provini (ad L, T, C), al
livello di progettazione sismica adottata, al meccanismo di rottura osservato (capacità deformativa,
resistenza ed evoluzione del degrado in campo non lineare). Inoltre, si sono catalogati i lavori con riferimento
all‟elemento soggetto a rottura tenendo conto delle caratteristiche del provino e dei test effettuati. Si è
costruito un database contenente tutti i provini testati nei lavori esaminati. Inoltre è stato costruito un data
base interattivo in cui ad ogni record è collegato il file descrittivo della sperimentazione.
- Per l‟esecuzione del programma sperimentale sono stati realizzati nodi esterni trave colonna in c.a. in scala
1:1 aventi differenti caratteristiche in termini di livello di progettazione antisismica e di tipologia delle
armature (sempre ad aderenza migliorata ma con differente duttilità). I test eseguiti hanno riguardato:
 provini relativi a nodi non sismici (NE) cioè progettati a soli carichi verticali;
 provini relativi a nodi progettati per la zona sismica 2;
 provini relativi a nodi progettati per la zona sismica 4.
Le prove sono state eseguite in controllo di spostamento applicando un drift crescente alla testa del pilastro
ripetuto ogni volta per 3 cicli.
- Preliminarmente ai test sperimentali si sono effettuate alcune simulazioni numeriche al fine di stimare la
forza ed il drift di plasticizzazione e determinare l‟elemento dell‟assemblaggio sede della crisi. Le
elaborazioni sono state effettuate adoperando un modello a fibre sviluppato con il software Seismostruct.
- Durante le prove è stato possibile monitorare diverse grandezze caratteristiche del comportamento dei
provini. Infatti, erano installati 24 trasduttori di spostamento in modo da registrare le deformazioni di travi,
pilastri e pannello nodale. Altri traduttori sono stati usati per monitorare gli spostamenti in testa al pilastro e
in corrispondenza della trave. Alcune celle di carico hanno consentito di registrate il carico verticale applicato
e quello orizzontale. I test sono stati effettuati, generalmente, portando a rottura i nodi.
- I dati ottenuti sono stati analizzati in modo da ricostruire il legame forza-drift, stimare l‟energia dissipata per
isteresi e determinare il degrado meccanico di ogni provino testato, in modo da poter confrontare i risultati
ottenuti sui diversi provini e valutare l‟influenza di alcuni fattori che li differenziano. Per ogni test si è redatto
uno specifico rapporto di prova contenente la descrizione del provino, grafici relativi al comportamento
meccanico, nonché foto di punti e fasi salienti del test.
- Durante le attività si è interagito frequentemente con le altre UR coinvolte nel task sia attraverso lo scambio
di file, documenti ecc. che nel corso delle riunioni plenarie della Linea 2 e di riunioni specifiche tra UR facenti
parte del task. Va citato in tal senso il lavoro congiunto delle 4 UR presentato al 14th WCEE (Masi A.,
Santarsiero G., Moroni C., Nigro D., Dolce M., Russo G., Pauletta M., Realfonzo R., Faella C., Lignola G.P.,
Manfredi G., Prota A., Verderame G.M., Behaviour and strengthening of RC beam-column joints:
experimental program and first results of the research activity in the framework of Dpc-Reluis project
(Research Line 2), The 14th World Conference on Earthquake Engineering October 12-17, 2008, Beijing,
China). L‟interazione è stata particolarmente intensa con l‟UR UNINA cui sono stati forniti i risultati completi
di alcuni test per la interpretazione e l‟analisi dei risultati sperimentali mediante simulazioni numeriche con
accurati modelli agli Elementi Finiti in campo non lineare.
UNINA: Le attività principali svolte dalla U.R. UNINA sono riassunte di seguito. In particolar modo si cita la
modellazione numerica tramite il software agli elementi finiti DIANA adoperato per analizzare provini
riproducenti sub-assemblaggi nodali reali caratterizzati da proprietà geometriche e meccaniche, ad esempio
per il calcestruzzo o per le barre di armatura lisce, e caratterizzati da carenze tipiche del costruito, così come
individuate nella letteratura scientifica analizzata nel primo anno. In prosecuzione con le simulazioni
condotte nel secondo anno su nodi trave colonna interni (nodi piani a croce), durante il terzo anno sono stati
analizzati i nodi di estremità (nodi piani a T) sia di letteratura che per un più dettagliato confronto con i
provini testati dalla U.R. UNIBAS. Le analisi parametriche condotte agli elementi finiti hanno permesso di
evidenziare i tipici meccanismi di crisi, i quadri fessurativi e l‟incidenza dei parametri meccanici e geometrici
principali inseriti nei modelli analitici per la previsione della capacità resistente dei nodi; modelli individuati
negli anni precedenti. La modellazione numerica è stata validata accuratamente sulla base dei risultati
sperimentali rinvenuti in letteratura e realizzati presso la U.R. UNIBAS. Per validare anche le espressioni di
normativa per la definizione della crisi del nodo, sono state condotte analisi numeriche su nodi progettati
appositamente per attingere o non attingere la crisi del pannello nodale come definita dalla normativa.
UNIUD: Nel corso del terzo anno si sono redatti tutti i diagrammi delle misurazioni effettuate durante le prove
svolte sui nodi esterni nei primi due anni. Innanzitutto sono stati tracciati i diagrammi, tutti in funzione dello
spostamento imposto all‟estremità della trave, della forza, dell‟apertura di fessura all‟interfaccia trave-
pilastro, dello scorrimento delle barre longitudinali della trave e delle deformazioni del pannello di nodo,
ottenuti sia dai nodi non rinforzati che da quelli rinforzati. Particolare attenzione è stata posta
all‟interpretazione del diagramma forza-spostamento sul quale sono stati riportati anche i valori teorici di
calcolo delle forze che avrebbero dovuto provocare rispettivamente lo snervamento delle barre longitudinali
della trave, la fessurazione all‟interfaccia trave-pilastro e lo scorrimento delle barre longitudinali della trave
ancorate nel nodo. Gli altri diagrammi, insieme ai risultati osservati visivamente sui provini, sono stati
utilizzati per convalidare l‟interpretazione dei primi. Successivamente si sono messi a confronto i risultati
ottenuti dai nodi non rinforzati con quelli dei nodi rinforzati tracciando, sempre in funzione dello spostamento
imposto alla trave, i diagrammi inviluppo della forza, energia dissipata in termini di lavoro cumulativo svolto
durante la prova e variazione della rigidezza secante calcolata al primo ciclo di ogni step di carico. Tali
diagrammi sono stati interpretati in termini di aumento di forza, duttilità e capacità di dissipazione di energia,
e di riduzione relativa della rigidezza all‟aumentare dello spostamento imposto.
UNISA: L‟attività dell‟U.R. UNISA nell‟ambito del Task Nodi si è articolata in due direzioni principali descritte
brevemente nel seguito:
 valutazione sperimentale del comportamento statico e ciclico di nodi di base colonna-fondazione
realizzati riproducendo metodologie costruttive ed impiegando materiali generalmente utilizzati negli anni
‟60 e ‟70, epoca di costruzione di molte delle strutture esistenti in c.a.; nell‟ambito della campagna
sperimentale condotta è stato anche valutato il diverso comportamento derivante da tecniche innovative
di intervento finalizzate all‟aumento di capacità rotazionale e di resistenza flessionale dei nodi stessi;
 messa a punto di un ampio database di risultati sperimentali disponibili nella letteratura scientifica con
riferimento a prove di carico sia monotone che cicliche condotte su nodi trave-colonna in strutture
esistenti in c.a; la disponibilità di un ampio numero di risultati sperimentali organizzati secondo il
suddetto database è stata pure utilizzata per la validazione di alcuni tra i più comuni modelli di capacità
pure disponibili in letteratura.
Nell‟ambito delle attività di cui sopra, ed in particolare delle prove sperimentali condotte su nodi di base,
l‟U.R. di UniSA ha interagito con altri gruppi di ricerca coinvolti nello stesso progetto anche al di fuori della
Linea 2.
2.8
Task 8 (BIAX): Comportamento e rinforzo di pilastri con presso-flessione e
taglio biassiale (Fabbrocino)
Nel periodo in esame l‟U.R. UNINA si è impegnata nell‟esecuzione di otto prove sperimentali su altrettanti
pilastri in c.a. in scala reale soggetti a sforzo normale costante ed azioni orizzontali uniassiali monotone o
cicliche; in Tabella 1 sono riportate in dettaglio le tipologie di prove svolte. Per ciascuna prova sono state
eseguite prove di caratterizzazione dei materiali costituenti i provini (calcestruzzo e acciaio). Tutte le prove
sono state eseguite in controllo di spostamento, nel caso di prove cicliche le azioni orizzontali sono state
applicate in cicli di spostamento caratterizzati da incrementi di spostamento di 12mm fino ad arrivare alla
crisi del provino per eccesso di spostamento, ovvero per riduzione significativa del carico portato. Attraverso
l‟utilizzo di un‟opportuna strumentazione (trasduttori e strain gauges applicati sul pilastro e sulle barre di
armatura) è stato possibile analizzare il comportamento sia globale che locale dei provini testati nonché
effettuare considerazioni relative alla capacità dissipativa in termini energetici. Un‟analisi comparativa dei
risultati ottenuti ha consentito di fare luce sull‟incidenza del tipo di armatura (barre lisce o nervate) nel
comportamento sotto azioni sismiche di pilastri in c.a. tipicamente riscontrabili negli edifici esistenti.
Armatura Longitudinale
Acciaio
Sforzo assiale
adimensionalizzato,
Modalità di applicazione
del carico
Numero di prove
PROVE UNIASSIALI
Sezione BxH (cmxcm)
30x30
30x30
8 12
8 12
Lisce
Nervate
PROVE BIASSIALI
Sezione BxH (cmxcm)
50x30
30x50
12 12
12 12
Lisce
Nervate
0.2
0.2
0.1
0.1
Monotona
Ciclica
Ciclica
Ciclica
2
2
Tabella 1 – Prove sperimentali eseguite
2
2
A valle dell‟esecuzione delle prove sperimentali di tipo uni assiale si è proceduto alla messa a punto del test
setup per lo svolgimento di 16 prove su pilastri in scala reale quadrati o rettangolari soggetti ad azioni di tipo
biassiale. Si è proceduto, pertanto, alla progettazione e realizzazione di opportuni sistemi di contrasto sia per
gli sforzi assiali che per le forze orizzontali, di cerniere sferiche per consentire l‟applicazioni di azioni
orizzontali in 2 diverse direzioni e di sistemi di trasferimento del carico dagli attuatori elletro-idraulici al
pilastro. Allo scopo di ottimizzare la fase sperimentale, sono effettuate analisi teoriche tese alla valutazione
del massimo carico orizzontale e del massimo drift raggiungibile durante le prove sperimentali; tali
valutazioni sono state effettuate avvalendosi di un opportuno programma di calcolo a fibre messo a punto
nei precedenti periodi di ricerca. L‟esecuzione delle prove sperimentali è programmata nei prossimi mesi.
L‟U.R. UNICT ha preso in esame il comportamento di un‟asta soggetta a sforzo normale e momento flettente
biassiale. Molti studi evidenziano la necessità di tener conto in maniera corretta della rigidezza delle aste
nell‟analisi strutturale, ma non forniscono indicazioni realistiche e semplici su come farlo. Lo studio svolto
parte dalla ricerca portata avanti nei primi due anni dall‟U.R. che aveva portato alla realizzazione di un
modello a fibre che descrive il comportamento della sezione soggetta a sforzo normale e momento biassiale,
differenziando il calcestruzzo di ricoprimento, che ha sempre un comportamento fragile, da quello della parte
interna, che può avere un comportamento più duttile grazie all‟effetto di contenimento delle staffe. Si è ora
sviluppato un modello a fibre dell‟intera asta, che la suddivide in conci di modesta lunghezza, per ciascuno
dei quali si utilizzano i risultati del modello sviluppato per la sezione. Poiché il singolo concio una volta
raggiunto il massimo momento può continuare a deformarsi con incremento della curvatura e riduzione del
momento flettente, oppure scaricarsi, il modello distingue tra gli elementi che seguono la prima via e quelli
che si scaricano elasticamente. Il modello tiene inoltre conto dell‟interazione taglio-flessione in maniera
semplificata, ipotizzando che a causa dell‟inclinazione del puntone compresso per taglio lo stato tensionale
in una sezione corrisponda al momento flettente agente ad una distanza che è funzione dell‟altezza della
sezione e dell‟inclinazione del puntone. Il modello include anche la deformazione dell‟armatura all‟interno del
nodo, vista come rotazione concentrata all‟estremo dell‟asta.
Dall‟U.R. UNICH sono stati seguiti diversi linee di sviluppo delle attività: a) analisi nonlineari degli edifici
regolari ed irregolari progettati e distribuiti da UNIROMA1. Le analisi, in corso, sono svolte con il programma
RAM-Perform, che dovrebbe fra poco diventare il modulo di analisi nonlineare del programma SAP2000.
Test sono stati condotti anche con il programma MIDAS, che contiene elementi di trave con sezioni a fibre;
b) analisi nonlineari di un edificio in cemento armato modellato con diversi livelli di dettaglio. L‟attenzione è
stata posta nella differenza fra input unidirezionale e bidirezionale e quindi sulla risposta biassiale degli
elementi strutturali; c) investigazione sull‟influenza dell‟angolo di incidenza della direzione dell‟input sismico
nelle analisi statiche e dinamiche, attraverso lo studio di un semplice telaio in cemento armato ad un piano;
d) coordinamento della preparazione delle linee guida per le analisi statiche e dinamiche di edifici in cemento
armato secondo l‟OPCM3431 e l‟Eurocodice 8. Il filone d) è stato sviluppato insieme a tutte le altre unità
coinvolte.
Le attività dell‟UR UNIROMA1 (Monti) hanno riguardato lo sviluppo di un metodo semplificato per la verifica
di pilastri rettangolari con armatura doppia simmetrica, soggetti a pressoflessione deviata; il metodo
consente di evitare l‟integrazione numerica necessaria per risolvere le equazioni di equilibrio; esso si basa
su una approssimazione analitica della superficie del dominio tridimensionale di collasso mediante sezioni a
sforzo assiale costante. Le curve che rappresentano le sezioni del dominio con piani a sforzo assiale
costante sono espresse analiticamente mediante equazioni date come la somma dei rapporti momento
agente/momento resistente nelle due direzioni principali, elevati a esponenti che sono funzione dello sforzo
assiale agente, della percentuale meccanica di armatura nelle due direzioni e della forma della sezione. Il
lavoro riguarda una più chiara definizione degli esponenti nell‟equazione dai parametri geometrici e
meccanici della sezione e dallo sforzo normale. A questo scopo è stata sviluppata una relazione analitica
mediante l‟applicazione del metodo dei minimi quadrati. Sono state inoltre sviluppate equazioni in forma
chiusa per il calcolo dei momenti resistenti nelle direzioni principali per sezioni rettangolari con armatura
doppia simmetrica. Il metodo sviluppato è stato esteso al calcolo della capacità della sezione in termini di
curvatura e sono state sviluppate anche equazioni in forma chiusa per il calcolo delle curvature nelle
direzioni principali. La metodologia proposta è stata sviluppata anche per il progetto di rinforzi in FRP, con
una forte interazione con la Linea 8 del progetto ReLuis.
Le attività di UNIROMA3 hanno riguardato quanto segue. Sono state riparate pile di dimensioni 1.50 m e
diametro 50 cm e 2.30 m e diametro 50 cm, danneggiate in progetti di ricerca precedenti. Le riparazioni e
rinforzi sono state effettuate, nel laboratorio del Dipartimento di Strutture di Roma Tre con calcestruzzo
autocompattante, barre inox e fasce in composito di carbonio.
Le armature nuove, nella zona di base dei pilastri, sono state saldate alle precedenti, tagliate per la
sostituzione. Le staffe sono state sostituite con fasciature in FRP.
Le pile così riparate sono state sottoposte a prove pseudo dinamiche.
Il calcestruzzo autocompattante utilizzato, è stato indagato, caratterizzandone il comportamento monotono e
ciclico, mediante prove su cilindri con e senza fasciatura in FRP.
Le barre di acciaio inox sono state anche esse caratterizzate mediante prove monotone e cicliche,
calibrando i modelli di comportamento ciclico messi a punto dalla UR in precedenti studi.
Si è completata la messa a punto della attrezzatura pseudo dinamica sviluppata dalla UR anche sulla base
di precedenti finanziamenti. L‟attrezzatura è in grado di sviluppare forze orizzontali sino a 500KN e
spostamenti di +/- 200 mm.
2.9
Task 9 (PREFAB): Comportamento e rinforzo di strutture industriali
prefabbricate (Toniolo)
Le attività delle Quattro UR coinvolte sono illustrate in questo paragrafo. Le interazioni tra le unità di ricerca
UR sono caratterizzate da una costante interazione informale sia per email che per via telefonica. Tra il
coordinatore dell‟Obiettivo e i responsabili delle UR. Inoltre, due riunioni ufficiali (10/01/08, 29/05/08) con la
partecipazione di alcuni membri dell‟associazione ASSOBETON si sono svolte con l‟intento di informare
ciascuna UR dello stato avanzamento dei lavori. Le attività di ricerca di ciascuna UR sono riportate di
seguito:
UNINA-UNIMOL: I risultati ottenuti dalle prove per la determinazione del coefficiente di attrito cls-neoprene al
variare dello sforzo assiale sono state interpretate mediante una formulazione analitica, la quale è stata
confrontata con le altre presenti in bibliografia.
Sono state, inoltre, progettate prove sperimentali allo scopo di quantificare i parametri di duttilità, resistenza
e rigidezza che caratterizzano il comportamento sismico delle connessioni trave-pilastro correntemente
impiegate nelle strutture prefabbricate; queste connessioni sono tipicamente costituite da due barre di
acciaio annegate nel pilastro e nella trave o passanti la stessa o da altri dispositivi atti a garantire un
comportamento pressoché a cerniera nel piano verticale della trave e un comportamento fisso nel piano
verticale ortogonale alla trave. E‟ stato descritto in maniera dettagliata il protocollo di prova; questo,
caratterizzato dalla definizione del set-up, della storia di carico e dei dati di misura, è definito in modo da
ottenere risultati il più possibile generali e consistenti con i modelli di analisi strutturale. I collegamenti
progettati sono caratterizzati sia dall‟assenza che dalla presenza di soletta collaborante, questi ultimi propri
dei collegamenti posti in corrispondenza di piani intermedi di edifici prefabbricati a più piani. Sono previsti
test a taglio ed a flessione nella direzione longitudinale della trave. La storia di carico è sia monotona che
ciclica; la prima è condotta fino allo spostamento ultimo, in modo da determinare in maniera dettagliata la
curva scheletro ed i livelli di spostamento in corrispondenza dei quali condurre la prova ciclica. Le proprietà
delle connessioni definite sperimentalmente saranno implementate in modelli numerici globali, al fine di
definire la vulnerabilità sismica delle strutture prefabbricate.
POLIMI-UNIBO: L‟attività sperimentali svolte dall‟UR POLIMI riguardano il tipico collegamento tegolo-trave
con connessione a secco. Sono state eseguite prove monotone e cicliche a spostamento imposto secondo
un protocollo di carico definito in concerto con le altre UR in occasione della riunione del 10.01.2008.
L‟intento era di valutare la resistenza, duttilità e capacità dissipativa globale della connessione e suggerire
possibili accorgimenti migliorativi. Sono state eseguite:
- prove particolari riferite alla qualificazione dei connettori singoli inseriti tra due blocchi sovradimensionati e
soggetti alla componente principale dell‟azione attesa nel contesto strutturale (4 prove sperimentali: 2
monotone, 2 cicliche);
- prove locali riferite alla qualificazione della connessione compresa tra due porzioni significative di elementi
a rappresentazione dell‟assetto in opera e soggetta alle rilevanti componenti dell‟azione (14 prove
sperimentali: 6 monotone, 6 cicliche, 2 per misurare l‟attrito tegolo-neoprene-trave);
Le attività numeriche sono state svolte da POLIMI e UNIBO. Si sono svolte dapprima analisi dinamiche
lineari su alcune tipologie di edifici ritenuti critici (con riferimento alla catalogazione fatta nella prima parte del
progetto) per poi indagare in maggior dettaglio attraverso analsi non lineari statiche (push-over) e dinamiche
(time history) il comportamento a diaframma degli edifici in esame. Per le analisi dinamiche non lineare si
sono utilizzati accelerogrammi reali opportunamente scalati in modo che la media fosse spettrocompatibile
con lo spettro di progetto dell‟Eurocodice 8.
3. RISULTATI
Nei paragrafi seguenti sono descritti i principali risultati ottenuti in ciascun Task.
3.1
Task 1 (MND): Metodologie non distruttive per la conoscenza delle strutture
esistenti (Masi)
I risultati ottenuti durante il terzo anno derivano essenzialmente dalla esecuzione ed elaborazione delle
indagini sperimentali condotte in situ su strutture reali (UR UNIBAS, UNICAL, UNISA, IUAV) e in laboratorio
su campioni appositamente realizzati (UR UNIBAS, UNISA), e dallo sviluppo di alcune procedure per la
stima della resistenza del calcestruzzo in situ (UR UNIBAS) e per il trattamento delle incertezze nella
determinazione delle caratteristiche delle strutture esistenti (POLIBA).
Dettagli sui principali risultati ottenuti durante il secondo anno, come forniti da ogni UR, sono riportati nel
seguito.
UNIBAS: I principali risultati ottenuti durante il terzo anno derivano dal completamento del vasto programma
sperimentale messo a punto e parzialmente realizzato nei primi due anni. Le indagini sono state condotte su
elementi in c.a. (travi e colonne). Complessivamente sono state eseguite oltre 600 prove di tipo non
distruttivo e 50 carotaggi.
L‟analisi dei risultati ha mostrato un‟ampia variabilità della resistenza del calcestruzzo ottenuta sulle carote
sia nell‟ambito dei singoli elementi sia nell‟ambito di differenti elementi estratti da uno stesso piano. Inoltre, è
stata confermata la tendenza ad una elevata variabilità dei valori della velocità ultrasonica misurata con la
tecnica per superficie. In considerazione di tali risultati, è stato accuratamente esaminato il ruolo di alcuni
fattori che influiscono sulle proprietà del calcestruzzo in situ in modo da fornire alcune regole per selezionare
opportunamente i punti in cui effettuare misure e prelievi.
La procedura per la stima della resistenza del calcestruzzo in situ basata sul metodo Sonreb messa a punto
negli anni precedenti è stata applicata ai risultati di prove distruttive e non distruttive confermando la sua
maggiore capacità predittiva rispetto ad espressioni di letteratura. Essa richiede che la relazione tra la
resistenza in situ del calcestruzzo e le misure non distruttive sia ricavata sperimentalmente per lo specifico
calcestruzzo in esame.
Riguardo al possibile rimaneggiamento conseguente all‟estrazione delle carote, i risultati hanno mostrato
che la perdita di resistenza subita dalle carote è significativamente influenzata dalla resistenza originaria del
calcestruzzo in situ, per cui l‟adozione di un unico valore del coefficiente per portare in conto il
rimaneggiamento, come viene suggerito in letteratura, può fornire risultati non corretti. Al contrario, appare
opportuno assumere valori di tale coefficiente, ottenuti nel corso della ricerca, che siano inversamente
proporzionali alla resistenza della carota prelevata.
Infine, utili indicazioni sono emerse circa l‟influenza del carotaggio sulla resistenza degli elementi strutturali
indagati prima e dopo l‟esecuzione di eventuali interventi di ripristino, oltre che sull‟affidabilità della stima
della resistenza locale del calcestruzzo ottenuta dalle carote rispetto alla resistenza in situ dell‟intero
elemento strutturale.
Alcuni dei risultati ottenuti dall‟UR UNIBAS nel corso del terzo anno del Progetto sono riportati nei seguenti
lavori pubblicati su riviste o in atti di convegni nazionali:
1
Masi, A., Vona M., 2008, La stima della resistenza del calcestruzzo in situ: impostazione delle indagini
ed elaborazione dei risultati, Progettazione sismica, Anno I, No. 1/2008, IUSS Press, ISSN 1973-7432.
2
Masi A., Vona M., Nigro D., Ferrini M., 2008, Indagini sperimentali per la stima della resistenza del
calcestruzzo in situ basata su metodi distruttivi e non distruttivi, Convegno ReLUIS – Linea 2,
Valutazione e riduzione della vulnerabilità sismica di edifici esistenti in c.a., Roma, 29-30 maggio 2008.
3
Masi, A., 2008, Analisi di dati sperimentali per la stima degli effetti dell‟estrazione sulla resistenza di
carote prelevate da strutture in c.a.. Convegno ReLUIS – Linea 2, Valutazione e riduzione della
vulnerabilità sismica di edifici esistenti in c.a., Roma, 29-30 maggio 2008.
UNISA: I risultati conseguiti dall‟UR UNISA nell‟ambito dell‟attività condotta per il task MND sono stati
oggetto una recente pubblicazione e possono essere sintetizzati come segue:
- le formulazioni disponibili in normativa e letteratura per la stima della resistenza del calcestruzzo a
partire da quella delle carote estratte dalle membrature esistenti forniscono risultati piuttosto variabili
e risultano non omogenee;
-
-
-
malgrado la chiara storia di carico subita dalle membrature da cui sono state estratte le carote, non è
possibile stabilire una correlazione stabile per la variabilità spaziale della resistenza: in alcuni casi i
valori più bassi derivano dalle carote estratte dalla base delle colonne, laddove dovrebbe essere
maggiore il livello di danneggiamento, in altri, invece, la variabilità spaziale della resistenza risulta
più articolata derivando pure dalla iniziale variabilità dovuta ai fenomeni di segregazione derivanti dal
processo costruttivo;
nonostante la membratura risulti fessurata e danneggiata, i risultati delle prove ultrasoniche sono
affetti da dispersioni minori rispetto a quelli delle carote a causa della natura discreta delle fessure
sviluppatesi nel calcestruzzo;
i valori di velocità desunti da prove ultrasoniche condotte in riflessione risultano mediamente pari al
75% di quelle svolte in trasparenza;
le prove sclerometriche, confermando la sostanziale assenza di una chiara dipendenza spaziale dei
valori di Rc, forniscono valori della dispersione dei risultati in linea con quella derivante dai metodi
distruttivi.
UNICAL: In questo terzo anno di attività di ricerca sono stati raggiunti i seguenti risultati, come da
cronoprogramma previsto a inizio ricerca:
ampliamento dei dati sperimentali raccolti nei tre anni di ricerca da utilizzare nella successiva elaborazione
statistica, con l‟esecuzione in situ di prove non distruttive e semi-distruttive su strutture in c.a. esistenti di
nuova e/o meno recente realizzazione;
elaborazione, al fine della valutazione della resistenza del calcestruzzo, dei valori ricavati attraverso
l‟utilizzo, per le prove non distruttive, del Metodo Sonreb, e, per quelle semi-distruttive, di alcune delle
formulazioni presenti in letteratura;
raccolta sintetica dei risultati ottenuti dalle elaborazioni di cui sopra;
pubblicazioni:
1
R.S. Olivito, G. Spadea, A. Carrozzini, A.R. Spadafora, Strutture esistenti in cemento armato: controlli e
verifiche mediante tecniche non distruttive. Atti del convegno Valutazione e riduzione della vulnerabilità
sismica di edifici esistenti in cemento armato, Roma, 29-30 Novembre, 2008, E. Cosenza, G. Manfredi,
G. Monti editors, Polimetrica International Scientific Publischer, ISBN 978-88-7699-129-5, pp. 13-22.
2
R.S. Olivito, G. Spadea, A. Carrozzini, A.R. Spadafora, Controlli non distruttivi di un edificio in cemento
armato in fase di realizzazione, Report 272, Dipartimento di Strutture, Università della Calabria, Facoltà
di Ingegneria, Novembre 2006.
3
G. Spadea, M. Caridi, A.R. Spadafora, Valutazione della vulnerabilità sismica di un edificio scolastico
esistente mediante esecuzione di controlli non distruttivi, Report 281, Dipartimento di Strutture,
Università della Calabria, Facoltà di Ingegneria, Novembre 2008.
POLIBA: L‟analisi della gestione delle incertezze nella determinazione delle caratteristiche dei materiali e più
in generale delle strutture esistenti nel loro complesso è stata ulteriormente approfondita. L‟approccio
“alternativo” basato sulle variabili fuzzy è stato inserito organicamente su di una base matematica
assiomatica completa recentemente sviluppata dal Prof. Liu. Il suo utilizzo ha permesso di sviluppare una
metodica per l‟utilizzo contemporaneo di differenti forme matematiche delle variabili incerte. Tale metodica
ha permesso di sviluppare un codice per l‟implementazione di tale metodica alla caratterizzazione di una
generica variabile incerta per cui siano diponibili informazioni sotto differente natura, dalle prove sperimentali
in numero tale da giustificare pienamente una caratterizzazione statistica sino al puro “giudizio”.
Oltre a tale sofware sono stati prodotti i seguenti lavori:
1
Marano G.C.; G. Quaranta; Mezzina M. (2008). Fuzzy Time-Dependent Reliability Analysis of RC
Beams Subject to Pitting Corrosion. ASCE - JOURNAL OF MATERIALS IN CIVIL ENGINEERING
(ISSN: 0899-1561), vol. 20(9); p. 1-10;
2
Marano G., G. Quaranta, M. Mezzina. (2008). Analisi fuzzy della durabilità di strutture in cemento
armato soggette ad attacchi di cloruri. INDUSTRIA ITALIANA DEL CEMENTO (ISSN: 0019-7637) vol.
2, pp. 118-134;
3
G.C. Marano, G. Quaranta and M. Mezzina, “Hybrid technique for partial safety factors calibration”,
Convegno Nazionale RELUIS- Valutazione e riduzione della vulnerabilità sismica di edifici esistenti in
c.a., Roma 29-30 Giugno, 2008;
4
G.C. Marano, E. Morrone and M. Mezzina, “Approccio ibrido fuzzy per l‟integrazione e l‟interpretazione
delle prove non distruttive”, Convegno Nazionale RELUIS- - Valutazione e riduzione della vulnerabilità
sismica di edifici esistenti in c.a., Roma 29-30 Giugno, 2008
IUAV: L‟UR IUAV ha definito operativamente il telaio ideale che costituisce la struttura sismicamente
primaria nella direzione dei solai, nel caso degli “Edifici aventi struttura in c.a.” e sotto-sistema strutturale
costituito da telai uni-direzionali (vani scale e ascensori inessenziali). Il telaio ideale consegue alle indagini
geometriche e meccaniche condotte in situ specifiche all‟edificio analizzato. In base al livello di conoscenza
attinto, un traverso fittizio viene associato a ciascun campo di solaio e un nodo trave-pilastro fittizio viene
associato a ciascun attacco tra il solaio e la trave del telaio che lo supporta. Questa associazione definisce
la carpenteria del cls e le armature d‟acciaio del telaio fittizio (travate e pilastrate). Dunque, tra i risultati vi
sono i dati geometrici e meccanici essenziali da acquisire in situ, per attingere il livello minimo di conoscenza
atto a definire tale telaio ideale, nonché indicazioni su quali informazioni ottimizzare per massimizzare il
livello di conoscenza e quindi minimizzare la deviazione standard dei parametri che definiscono tale telaio.
Ulteriori risultati riguardano la definizione delle curva di capacità delle travi dei telai, riportante in ascissa la
rotazione torsionale e in ordinata il momento torcente della trave (che diventa flettente per il solaio). Siccome
la capacità torsionale delle travi dei telai può essere inadeguata per quella che rappresenta una funzione in
ordine alla quale la trave stessa non era stata progettata, questo task ha anche fornito indicazioni su come
incrementare tale capacità e su come quantificare l‟incremento di capacità ottenuto con l‟intervento.
3.2
Task 2 (FC): Calibrazione dei Fattori di Confidenza (Monti)
UNIROMA1: Il metodo proposto e l‟equazione sviluppata per il calcolo dei FC è stata testata su numerosi
casi simulati e su prove eseguite su edifici esistenti. I test simulati hanno dimostrato che i valori medi ottenuti
applicando l‟equazione proposta si discostano molto poco dai valori esatti, mentre i test condotti sugli edifici
reali mostrano come i valori ottenuti per i FC riflettano appropriatamente l‟affidabilità delle informazioni.
I risultati di questo lavoro sono stati pubblicati in:
Monti, G., Alessandri, S., Goretti, A., Sbaraglia, L., Sforza, G.
(2006). Metodi non distruttivi: livelli di
conoscenza e fattori di confidenza. Convegno Nazionale “Sperimentazione su Materiali e Strutture”. Venezia
6-7 Dicembre 2006.
Monti, G., Alessandri, S., Goretti, A., (2007). “Livelli di conoscenza e fattori di confidenza”. XII Convegno
ANIDIS, L‟ingegneria sismica in Italia. Pisa 10-14 Giugno 2007.
UNINA: L‟incertezza nei dettagli strutturali può influenzare notevolmente la stima dell‟affidabilità strutturale.
E‟ stato dimostrato che la presenza di tali incertezze può portare ad un aumento sia della mediana che della
deviazione standard della prestazione strutturale globale. Tale conclusione, nell‟ambito dell‟approccio di
normativa, in cui i fattori di confidenza vengono applicati ai valori medi delle resistenze dei materiali, mette in
evidenza l‟importanza di calibrarli invece rispetto al comportamento globale della struttura.
Ai fini di caratterizzare le distribuzioni di probabilità per i parametri relativi ai dettagli strutturali, è
fondamentale costruire le distribuzioni di probabilità a priori sulla base delle informazioni disponibili prima di
condurre le prove. E‟ stato dimostrato come si può organizzare un piccolo elenco dei possibili difetti
strutturali, in cui per ciascun difetto, è stato preparato il set dei possibili valori ed i loro relativi pesi. Inoltre, è
stato compilato un piccolo questionario indirizzato ai professionisti del settore. Esso è utile per la redazione
di un database più esteso al fine di costruire le distribuzioni di probabilità a priori dei difetti.
Utilizzando i risultati delle prove in-situ all‟interno di una metodologia di aggiornamento bayesiana, è stato
evidenziato come, con un numero limitato di prove, è possibile migliorare le stime delle proprietà
meccaniche dei materiali e della stessa affidabilità strutturale.
Infine, è stata proposta una definizione alternativa del fattore di confidenza come il fattore per cui dividere i
valori medi delle proprietà dei materiali al fine di arrivare ad un valore del rapporto domanda capacità con
una prefissata probabilità di superamento (e.g., 5%, 1%). Per il caso studiato, è stato rivelato un certo grado
di consistenza tra i valori del fattore di confidenza definiti secondo la normativa e quelli calcolati secondo la
definizione alternativa.
Infine, è stato proposto un metodo semplice molto efficiente che, basandosi su un numero limitato di analisi
strutturali, riesce a riprodurre la distribuzione di probabilità per il parametro rappresentativo del
comportamento strutturale.
Pubblicazioni
Jalayer F., Iervolino I., Manfredi G. “Structural Modeling Uncertainties and their Influence on Seismic
Assessment of Existing RC Structures”, sotto revisione, Structural Safety, 2008.
Jalayer F., Iervolino I., Manfredi G.”Aggiornamento Bayesiano dei Parametri di Modellazione
Strutturale e dell‟Affidabilità Sismica degli Edifici Esistenti in C.A.”, Atti di Convegno: Valutazione e
riduzione della vulnerabilità sismica di edifici in cemento armato, Roma 29-30 Maggio 2008.
Jalayer F., Iervolino I., Manfredi G.”Influenza dei Parametri di Modellazione e dell‟incertezza
Associata nella Valutazione Sismica di Edifici Esistenti in Cemento Armato ”, Atti del convegno:
ANIDIS 2007, Pisa 210-14 giugno 2007.
Jalayer, F., Iervolino, I., Manfredi G. “Bayesian Updating of the Reliability of Existing RC Structures
Based on the Inspection Results”, 14 World Conference on Earthquake Engineering, Pechino 12-17
ottobre, 2008.
Jalayer, F., Iervolino, I., Manfredi, G. “Using Markov Chain Monte Carlo Simulation for Robust
Reliability Assessment of Existing Structures Based on Inspection Results”, Atti del convegno:
ECCOMAS 08, Venezia 1-4 Luglio, 2008.
Jalayer, F., Iervolino, I., Manfredi, G. “Structural Modeling Parameter Uncertainties and their
Influence on Seismic Reliability of an Existing RC Structure”, Atti del convegno: COMPDYN 2007,
Creta 13-16 Giugno, 2007.
3.3
Task 3 (IRREG): Valutazione del comportamento non lineare degli edifici con
particolare riferimento a edifici irregolari (Monti, Spacone)
UNIROMA1: I prodotti principali, risultato dell‟attività di ricerca della U.R. UNIROMA1, possono essere
identificati nei seguenti: il capitolo intitolato “Applicazione: descrizioni dei tre edifici” e contributi significativi
ad altri due capitoli intitolati “Irregolarità” e “Valutazione della capacita‟” delle linee guida preparate dal Task
group 3 sull‟utilizzo delle analisi non lineari per la valutazione sismica degli edifici esistenti in c.a.; tre articoli
dal titolo “Seismic behavior of single-story asymmetric-plan buildings under uniaxial excitation”, “A simplified
pushover method for evaluating the seismic demand in asymmetric-plan multi-storey buildings” e “Linee
guida per le analisi non-lineari di edifici esistenti in cemento armato” pubblicati rispettivamente sulla rivista
internazionale Earthquake Engineering and Structural Dynamics e negli atti del 14th World Conference on
Earthquake Engineering di Pechino e del congresso tenuta a Roma Valutazione e Riduzione della
Vulnerabilità Sismica di Edifici Esistenti in c.a.
UNICH: Per quanto riguarda i filoni di ricerca sopra elencati: a) Le analisi nonlineari sugli edifici regolari ed
irregolari progettati e distribuiti da UNIROMA1 hanno evidenziato l‟importanza dello smorzamento per le
analisi dinamiche nonlineare. In particolare, al crescere del dettaglio dei modelli isteretici, minore deve
essere lo smorzamento; b) Le analisi di sensitività sono state svolte con un approccio probabilistico basato
su un metodo sviluppato nel quadro del PEER (Pacific Earthquake Engineering Research Center). Fra i
parametri che influenzano l‟incertezza dei risultati, gli accelerogrammi di input sono di gran lunga il
parametro più sensibile, seguiti dallo smorzamento. Confronti fra metodi di spettro compatibilità nordamericani ed europei mostrano ancora grande incertezza sulla scelta degli accelerogramm; c) La domanda
strutturale al variare dell‟angolo di incidenza del sisma varia considerevolmente per accelerogrammi naturali,
meno con quelli generati. Tuttavia, applicare gli accelerogrammi secondo gli assi principali della struttura
non fornisce necessariamente la direzione più sfavorevole. Quanto al numero di accelerogrammi, si
propongono numeri di accelerogrammi diversi da quelli del‟EC8 per poter usare valori medi; d) E‟ in via di
completamento il documento sulle analisi nonlineari.
UNIFI: I risultati relativi allo studio della risposta non lineare di strutture irregolari in pianta hanno consentito
di differenziare con chiarezza il comportamento delle strutture intelaiate da quello delle strutture a pareti,
queste ultime caratterizzate da elevati valori del raggio di inerzia delle rigidezze e delle resistenze. Per le
prime gli effetti torsionali sono maggiori in campo lineare rispetto a quello non lineare; al contrario, per le
strutture a pareti gli effetti torsionali si amplificano in campo non lineare.
Per quanto concerne la valutazione semplificata del rapporto fra le frequenze disaccoppiate e
dell‟eccentricità statica per edifici multipiano, si è riscontrato, con riferimento ad alcuni casi di studio, che è
possibile adottare metodi semplificati di facile utilizzo in campo professionale con risultati molto prossimi a
quelli ottenuti con complessi metodi presenti in letteratura.
Per quanto concerne, infine, lo studio dell‟adeguatezza dell‟analisi pushover modificata secondo il metodo
proposto da Fajfar per gli edifici irregolari in pianta, si è innanzitutto mostrato che tale procedura è
attendibile, e comunque cautelativa, nel caso di edifici a struttura intelaiata, mentre risulta non affidabile nel
caso di edifici a pareti. Nel caso di edifici intelaiati, i casi di studio esaminati hanno evidenziato che,
complessivamente, l‟analisi pushover modificata fornisce risultati comunque cautelativi rispetto a quelli
ottenuti con analisi dinamica non lineare, cogliendo anche il meccanismo di collasso.
UNINA: I risultati delle analisi sull‟edificio di Londa confermano quanto osservato per altri edifici esistenti in
c.a., vale a dire che la rottura a taglio negli edifici esistenti, non progettati secondo principi quali la gerarchia
delle resistenze e il capacity design, risulta essere determinante.
Infatti, il telaio analizzato, se considerato nel solo comportamento flessionale, risulterebbe verificato sia allo
Stato Limite di salvaguardia della Vita che allo Stato Limite di Collasso, risultando la capacità maggiore della
domanda. Tuttavia, effettuando le stesse analisi su un modello che tenga conto della reale capacità
resistente del telaio e, quindi, l‟eventualità di crisi per taglio, emerge chiaramente che la struttura va in crisi
quando essa è ancora quasi in campo elastico e, quindi, molto prima della crisi duttile flessionale.
Conseguentemente, l‟obiettivo dell‟adeguamento sismico di tale telaio dovrebbe essere quello di aumentare
la resistenza a taglio delle sezioni in modo da eliminare il collasso fragile dello stesso e soddisfare, quindi, i
moderni criteri normativi per le costruzioni in zona sismica che impongono meccanismi di tipo duttile.
Relativamente ai telai caratterizzati da irregolarità della resistenza in elevazione, tutti i telai analizzati sono
largamente verificati allo Stato Limite Ultimo e di Collasso, considerando sia le analisi statiche che quelle
dinamiche non lineari; conseguentemente essi esibiscono un comportamento regolare. Ciò è dovuto anche
all‟applicazione della regola del capacity design trave – pilastro, che l‟EC8 prescrive anche per telai
progettati in accordo con le regole della Classe di Duttilità Media.
Inoltre è stato osservato che i due metodi considerati per la valutazione della resistenza di piano forniscono
risultati simili.
Infine, il limite di regolarità di variazione della sovraresistenza tra piani adiacenti pari al 20%, fornito dalla
norma Italiana e da alcuni autori in accordo alle analisi fatte su telai alla Grinter, sembra essere troppo
basso.
UNIBO: I risultati raggiunti dalla U.R. UNIBO possono essere sintetizzati come segue:
è stata individuata l‟espressione di un fattore correttivo che, in dipendenza dall‟impegno plastico richiesto
al baricentro della struttura, consente di estendere l‟utilizzo del parametro strutturale sintetico ALPHA
(identificato nell‟ambito delle attività del secondo anno come in grado di catturare l‟essenza della
risposta torsionale di tali sistemi) anche allo studio di strutture a comportamento non lineare;
sono state individuate delle soluzioni in forma chiusa che, in funzione di pochi parametri strutturali,
forniscono l‟incremento di deformazione (richiesto dall‟input sismico) di sistemi caratterizzati da
eccentricità rispetto a sistemi non eccentrici (rapporto tra la massima deformazione indotta dal sisma nel
lato flessibile in sistemi eccentrici e la massima deformazione indotta dal sisma in sistemi non eccentrici
corrispondenti);
sono state individuate delle soluzioni in forma chiusa che, in funzione di pochi parametri strutturali,
forniscono l‟eccentricità correttiva da utilizzarsi in analisi di tipo push-over. Tale eccentricità correttiva è
da intendersi come correzione all‟eccentricità fisica del sistema volta alla stima, mediante analisi di tipo
statico, della risposta torsionale dinamica di sistemi eccentrici;
sono state individuate delle soluzioni in forma chiusa che, in funzione di pochi parametri strutturali,
forniscono la sensibilità dei sistemi eccentrici a sviluppare risposte rotazionali, così come la sensibilità di
sistemi dinamici agli effetti dell‟eccentricità accidentale;
le numerose simulazioni numeriche sviluppate hanno mostrato come tali formulazioni analitiche siano in
grado di fornire una buona stima dell‟effettivo comportamento dinamico di sistemi eccentrici così come
valutate mediante analisi dinamiche di tipo time-history lineari e non.
IUAV: Relativamente alle analisi statiche non-lineari condotte con Sap2000, sono state effettuate le seguenti
modellazioni. a) Con cerniere tipo FEMA PMM in tutte le estremità dei pilastri e M3 in tutte le estremità delle
travi. Queste analisi hanno riscontrato una moderata capacità del programma di seguire l‟avanzamento del
sistema strutturale in campo non-lineare. Tra le maggiori inefficienze, si segnala la non-convergenza in
corrispondenza dell‟attivazione delle prime plasticizzazioni. Nei casi in cui il codice riesce a far raggiungere
spostamenti elevati al sistema strutturale modellato, inoltre, non sempre le cerniere plastiche si sono rivelate
capaci di seguire la relazione momento-rotazione assegnata. Questa inefficienza rimane anche modificando
drasticamente le tolleranze relative al giudizio di convergenza. Una migliore convergenza è stata ottenuta in
alcuni casi attivando l‟opzione “Auto subdivide line object at hinges”, la quale suddivide l‟elemento finito in
più elementi a una sola cerniera. Questa opzione ingenera però talune incertezze. b) Con cerniere tipo
FEMA PM in tutte le estremità dei pilastri e M3 in tutte le estremità delle travi. Queste analisi hanno ottenuto
una migliore convergenza del procedimento in alcuni casi, quantunque con l‟onere aggiuntivo di dover
considerare modelli diversi a seconda della direzione della forzante sismica. Un ulteriore svantaggio di
questo modo di procedere è la sua perdita di significato nel caso in cui, nei pilastri, il momento flettente in
una direzione non sia largamente preponderante rispetto al momento flettente nell‟altra direzione. c) Con
cerniere a fibre tipo PMM predefinite in tutte in tutte le estremità dei pilastri e delle travi. Queste analisi
hanno presentato problemi di convergenza dello stesso tipo di quelli precedentemente segnalati. Di seguito
si riportano alcune figure che mostrano la sensibile dipendenza dei risultati dalle opzioni numeriche.
PUSHOVER MODO 2 negativo
P U SH OVER MO DO 1 n egat iv o
2000
3000
Forza (F, kN)
Forza (F, kN)
1500
1000
1000
500
0
2000
0
50
100
150
200
0
250
0
50
100
150
Spostamento (delta, mm )
200
250
300
350
Spostamento (delta, mm)
P MM
P MM Auto Subdivide
PM
P M Auto Subdivide
PMM
PMM Aut o Subdivide
PM
PM Auto Subdivide
y
y
G = (7.75,7.75) m
G = (7.75,7.75) m
75
G
Estremo SX
Rot. alla corda/Rot. plastica cerniera
5.40 m
70°
1.05
1.78 m
F
x
2
25°
1.95 m
Rot. alla corda/Rot. plastica cerniera
G
Estremo DX
2.5
F
x
Influenza del tipo di cerniera plastica e delle opzioni adottate in SAP.
1.5
Di seguito, alcuni risultati (in corso di pubblicazione) ottenuti con la post-processione messa a punto in
1
1
ambiente
Mathcad.
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0
0.005
0.01
0.015
Rotazione plastica cerniera
Rotazione plastica cerniera
Estremo 2 (testa)
150
150
0.15
50
50
0
100
0
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.015
Rotazione alla corda
0.2
Rotazione alla corda
200
100
Estremo 2 (testa)
Estremo 1 (base)
200
Momento flettente
Momento flettente (kNm)
Estremo 1 (base)
0.1
0.01
0.005
0.05
0
0.005
0.01
0
0.015
0
0
0.1
0.15
0.2
0
Rotazione plastica cerniera
Risultati in uscita da SAP2000 relativi a un pilastro (piano
terra), edificio a L.
Valutazione della rotazione rispetto alla corda.
Estremo 2 (testa)
Luce di taglio est r.1
1
0
0.05
0.1
0.15
Rotazione plastica cerniera
0.2
2
1.5
1
0
0.005
0.01
Rotazione plastica cerniera
0.015
Luce di taglio est r.2
200
200
150
150
Momento Estr. 2 (kNm)
Momento Estr. 1 (kNm)
Rot. alla corda/Rot. plastica cerniera
Rot. alla corda/Rot. plastica cerniera
2.5
1.05
100
50
0
0.4
0.5
0.6
100
0.7
Luce di taglio/Lunghezza
Influenza della deformazione elastica.
0.01
Rot. alla corda
Rot. plastica
Rot. alla corda
Rot. plast ica
Estremo 1 (base)
0.005
Rotazione plastica cerniera
Rotazione alla corda
Rotazione alla corda
0.05
50
0
0.3
0.4
0.5
Luce di taglio/Lunghezza
Luce di taglio
0.015
0.2
Capacità di rotazione alla corda
0.17
0.05
j
0.15
.2
Passo
Capacità di rotazine
.1
0.045
0.04
j
3
4
.u1
j 0.1
3
0.035
4
.1
0.03
0
10
20
30
.u2
0.05
j.DS
40
3.538 10
Passo
Estr. 2
Estr. 1
j
5
0
0
0
10
20
j j j j j.DS
30
40
42
Rotazioni alla corda
Rotazione alla corda estr. 1
Rotazione alla corda estr. 2
Cap. (DS) rot azione alla corda estr. 1
Cap. (DS) rot azione alla corda estr. 2
DS
Capacità di rotazione alla corda
Confronto domanda/capacità
UNICT: I risultati ottenuti dall‟U.R. UniCT consistono innanzitutto in un programma di calcolo costituito da
routine in Visual Basic Express, che consentono: la generazione automatica di schemi spaziali monopiano
costituiti da elementi resistenti a comportamento elastico-perfettamente plastico disposti in due direzioni
ortogonali, con rigidezze e resistenze tali da fornire un sistema che presenta i valori richiesti dei parametri
globali (valore totale di rigidezza e resistenza, loro raggio d‟inerzia, posizione dei loro centri e del centro di
massa); l‟effettuazione di analisi pushover con una assegnata direzione della forza orizzontale (non
necessariamente coincidente con quella di un asse) ed un dato punto di applicazione C; l‟effettuazione di
analisi dinamiche non lineari in risposta ad assegnati accelerogrammi; l‟individuazione delle eccentricità
correttive necessarie per garantire una corretta corrispondenza tra questi due tipi di analisi. Ulteriori risultati
del lavoro svolto sono diagrammi che mostrano la relazione tra caratteristiche del sistema ed eccentricità
correttive e l‟individuazione dei parametri che definiscono una relazione lineare che approssima
adeguatamente quella reale. Tale relazione può essere utilizzata ai fini progettuali per definire i valori delle
eccentricità correttive da utilizzare in un caso generico. Questi risultati sono stati descritti nel lavoro,
presentato al 5° workshop europeo sul comportamento sismico di strutture irregolari e complesse (EWICS)
tenuto a Catania nel settembre 2008: M. Bosco, A. Ghersi, E.M. Marino, “Eccentricities for the evaluation of
the seismic response of asymmetric buildings by nonlinear static analysis”. Infine, è stato prodotto, in
collaborazione con altre U.R., un capitolo riguardante le problematiche legate alla mancanza di regolarità
strutturale, nell‟ambito di un documento più vasto sulla verifica sismica di edifici esistenti.
UNISA: I risultati conseguiti dalla U.R. di UniSA nell‟ambito del task IRREG sono stati oggetto di diverse
pubblicazioni presentate in convegni nazionali ed internazionali e possono essere sintetizzati come segue:
- per quanto attiene all‟esame comparato dei modelli di capacità di membrature esistenti in c.a. si
osserva che i limiti generalmente suggeriti nella letteratura scientifica per la definizione in termini di
interstorey drift corrispondono generalmente valori di rotazioni della corda o rotazioni plastiche
maggiori rispetto a quelli indicati come limite nelle normative europee ed americane, rispettivamente;
inoltre, le due formulazioni in termini di rotazione della corda proposte da Eurocodice 8 risultano
spesso in notevole disaccordo tra di loro risultando quella di natura empirica mediamente meno
conservativa di quella basata sulle curvature al limite ultimo e di snervamento;
- i metodi di analisi statica non lineare (pushover) delle strutture in c.a. risultano generalmente
accurati per la valutazione degli spostamenti sommitali in strutture regolari, mentre per quelle
irregolari sono necessarie correzioni sostanziali delle previsioni di spostamento ottenute tramite
metodo non-lineare di tipo mono-modale; in ogni caso la previsione degli interstorey drifts basata su
analisi pushover si rivela spesso non conservativa anche nel caso di strutture regolari;
- è stata proposta una metodologia di costruzione delle curve di fragilità e di calcolo della probabilità di
raggiungimento di un dato Stato Limite basata sul‟applicazione del Metodo N2 modellando la
domanda tramite spettri naturali che consentono di riprodurre la variabilità del risultato rispetto alla
registrazione accelerometrica considerata senza condurre esplicitamente analisi dinamiche nonlineare, assai più dispendiose sul piano computazionale.
3.4
Task 4 (MIX): Valutazione e rinforzo di edifici misti (Manfredi)
Le principali conclusioni desunte dal terzo anno di attività possono essere riassunte come segue. La ricerca
della Unità UNINA ha messo in luce i problemi principali ricorrenti nelle analisi non lineari della modellazione
degli edifici misti. Ancora, particolare attenzione è stata dedicata alla distribuzione dell‟azione sismica tra
elementi di tecnologia differente ed i risultati delle analisi sull‟edificio misto 3D con i muri perimetrali ed i telai
interni in c.a. hanno messo in risalto il ruolo fondamentale della muratura nel resistere alle azioni orizzontali
mentre un importante incremento in termini di spostamento può essere offerto dai telai in c.a. Tale ricerca ha
evidenziato come la capacità offerta dall‟edificio misto ad opporsi al sisma è superiore nel caso in cui si
incrementi la rigidezza degli elementi in c.a.. La maggiore rigidezza degli elementi in c.a. è tale da essere
significativa ai fini della ripartizione dell‟azione sismica già in ambito lineare per poi proseguire anche in
ambito non lineare. Dalle analisi è emerso che all‟incrementarsi della rigidezza dei telai interni in c.a. si ha un
doppio effetto benefico, in quanto da un lato aumenta il massimo tagliante sostenibile dall‟edificio e dall‟altro
decresce l‟aliquota dell‟azione sismica sostenuta dalle pareti in muratura. In ultimo è stato evidenziato
l‟importante ruolo svolto dal solaio nel ripartire l‟azione sismica tra gli elementi resistenti verticali e
l‟attenzione che occorre porre affinché il solaio svolga questa sua funzione per non andare incontro a
comportamenti fortemente indesiderati dell‟edificio.
Per quanto riguarda la Unità UNIROMA1 i risultati dell‟attività di ricerca possono essere riassunti come
segue. Per quanto concerne il primo modello, è risultato che l‟accoppiamento telaio-pannello determina un
generale peggioramento delle condizioni statiche della parete muraria. Infatti, il taglio alla base portato dal
sistema misto è inferiore al taglio portato dalla parete singola almeno fin tanto che il contributo del telaio è
grossomodo inferiore al 15-20%. È emerso, inoltre, che, in presenza di collegamenti inefficaci con le
strutture murarie, i pilastri si plasticizzano alla base ed in sommità. Ciò suggerisce di verificare tali elementi
considerando le azioni sismiche derivanti dai carichi verticali ad essi pertinenti. Viceversa, tenendo conto
che con collegamenti adeguati si ha una trasmissione pressoché totale delle azioni alle pareti murarie,
sembra opportuno verificare queste ultime alle azioni orizzontali prevedendo un contributo limitato, o
addirittura nullo, degli elementi in c.a.
Le analisi effettuate sul modello tridimensionale hanno messo in luce le difficoltà connesse alla modellazione
della muratura e dei collegamenti (travi-muratura, solaio-muratura) e la forte dipendenza del comportamento
complessivo dalla efficacia dei collegamenti stessi. Hanno, inoltre, evidenziato, il ruolo prevalente della
resistenza a trazione della muratura rispetto ad altri parametri di tipo meccanico nel comportamento sotto
azioni orizzontali. Infine, il confronto tra la struttura mista e quella interamente in muratura ha mostrato che,
nonostante il quadro fessurativo si sviluppi per entrambe nello stesso modo, il massimo taglio alla base nella
prima è circa la metà di quello ottenuto nella seconda, essendo il contributo dei telai non superiore al 3%.
La descrizione delle analisi ed i risultati sono riportati nelle seguenti pubblicazioni:
Liberatore L., Tocci C. (2008). Analisi non lineari su modelli semplificati per la valutazione della risposta
sismica di edifici misti muratura-c.a. Valutazione e riduzione della vulnerabilità sismica di edifici esistenti
in c.a. Roma 29-30 Maggio 2008. MIX-04.
Liberatore L., Tocci C., Masiani R. (2008). Non linear analyses for the evaluation of seismic behaviour of
mixed r.c.-masonry structures. 2008 Seismic Engineering International Conference commemorating the 1908
Messina and Reggio Calabria Earthquake (MERCEA’08), Reggio Calabria 7-11 Luglio. T1_A_198
Nardone F., Verderame G.M., Prota A., Manfredi G. (2008). Analisi comparativa su edifici misti C.A.Muratura. Valutazione e riduzione della vulnerabilità sismica di edifici esistenti in c.a. Roma 29-30 Maggio
2008. MIX-04.
3.5
Task 5 (TAMP): Influenza della tamponatura sulla risposta strutturale (Papia)
Le analisi numeriche condotte presso l‟U.R. 04 (Roma 1) hanno consentito di confermare e quantificare i
seguenti prevedibili effetti: 1) La risposta strutturale di edifici progettati per soli carichi verticali è fortemente
influenzata dall‟irregolarità nella distribuzione di rigidezza e resistenza dovuta all‟inserimento di elementi di
tamponamento. Se la distribuzione della tamponatura è continua lungo tutta l‟altezza dell‟edificio si
riscontrano effetti positivi, che possono salvaguardare la stabilità degli edifici anche a fronte di terremoti
significativi. Viceversa, l‟assenza di tamponature soltanto nel livello del piano terreno (piano soffice)
determina una concentrazione delle sollecitazioni e degli spostamenti, distribuzione sfavorevole delle
plasticizzazioni ed elevate richieste locali di deformazione anelastica, diminuendo la capacità globale di
dissipazione di energia. 2) Nel caso di edifici progettati con criteri antisismici l‟effetto delle irregolarità è meno
marcato e la stabilità strutturale è meno compromessa dalla presenza del piano non tamponato. 3) La
presenza di un piano non tamponato a livelli superiori dell‟edificio causa un maggiore effetto sulla risposta
sismica. Infatti, ai piani superiori il rapporto tra resistenza dei pilastri e resistenza della tamponatura è minore
di quello dei piani inferiori; l‟incremento di spostamento di interpiano, dovuto all‟assenza della tamponatura al
piano stesso, è, quindi, più significativo.
Le analisi pushover condotte presso l‟U.R. 10 (Chieti), sono state rivolte a due diverse tipologie di telai
tamponati, l‟una con “tamponatura forte”, l‟altra con “tamponatura debole”. Tale scelta era motivata
dalI‟obiettivo di valutare la capacità del modello di puntone diagonale utilizzato di cogliere risultati dedotti
sperimentalmente in condizioni nettamente differenti. La conclusione più significativa è che il modesto
numero di parametri con i quali il modello proposto dalle FEMA 273-274 definisce il puntone diagonale, se
da un canto semplifica le analisi numeriche, dall‟altro non consente di cogliere alcuni meccanismi di collasso
prodotti da effetti locali, che possono risultare decisivi ai fini della sicurezza globale della struttura.
La sperimentazione condotta presso l‟U.R. 15 (Palermo) ha fornito utili indicazioni sulla risposta ciclica di
maglie di telai in c.a. tamponate. In sintesi, le più significative sono le seguenti: - qualunque sia il tipo di
tamponamento (almeno per le tipologie considerate) i cicli forza laterale-spostamento presentano un
caratteristico effetto di “pinching” dovuto al fatto che la ripresa di resistenza da parte del pannello fessurato
interviene dopo la chiusura delle fessure, nel corso della quale si esercitano quasi esclusivamente reazioni
attritive e di ingranamento; questo effetto è evidentemente consentito dal confinamento esercitato dal telaio
di contorno; - il contributo di resistenza laterale offerto dal pannello può essere dedotto dalle prove di carico
diagonale effettuate sui muretti rappresentativi del tamponamento, tenendo conto della ridotta superficie di
contatto telaio-tamponamento, dovuta alla limitata resistenza a trazione della malta (in assenza di specifici
connettori); - la muratura di calcarenite e quella in blocchi di cls alleggerito forniscono cicli isteretici
significativamente dissipativi rispetto a quelli ottenuti utilizzando tamponamento in laterizi, sia perché la
maggiore duttilità in compressione implica quadri fessurativi più diffusi, sia perché i fenomeni di
schiacciamento locale per i primi due materiali sono assai meno evidenti: il collasso globale dei
tamponamenti in laterizio è sempre preceduto da rotture fragili in corrispondenza degli spigoli ed esplosione
delle cartelle laterali dei laterizi nella zona centrale del pannello; - nel collasso globale della maglia
tamponata si individuano generalmente tre stadi: rotture locali nel pannello di tamponamento (più o meno
evidenti come sopra specificato); rottura a taglio della muratura con scorrimento lungo i letti di malta; rottura
per flessione e taglio delle colonne del telaio. Relativamente alla modellazione, ci si limita qui a sottolineare
che il ciclo isteretico definito per il puntone diagonale equivalente proposto è caratterizzato da sei parametri
che la sperimentazione effettuata ha consentito di calibrare.
Per quanto riguarda le prove condotte sull‟edificio tamponato (U.R. 02 – Pavia), le registrazioni effettuate e i
quadri fessurativi rilevati hanno consentito significative valutazioni sul contributo offerto dai tamponamenti e
fornito utili indicazioni sulla possibilità di riprodurre le risposte rilevate attraverso la modellazione. Il dato di
sintesi più rilevante può ottenersi dal confronto tra la resistenza osservata per la struttura tamponata e quella
dedotta dalle prove pseudo-dinamiche effettuate a Ispra sulla struttura non tamponata: la presenza dei
tamponamenti esterni ha consentito di sopportare un‟accelerazione di picco alla base di 0.54g, pari a circa 3
volte il valore di PGA (equivalente) delle prove pseudo-dinamiche (0.2 g).
I risultati ottenuti dalla U.R. 17 Roma 3 hanno evidenziato che i modelli a tre bielle si sono dimostrati utili per
lo studio del comportamento locale dei pilastri in presenza di degradazione per taglio. I modelli a una singola
biella danno risultati equivalenti, se interessati alla mera risposta in spostamento della struttura. E‟ possibile
ricavare le caratteristiche delle bielle simulanti i pannelli a partire dalle caratteristiche dei componenti malta e
blocchi di laterizio. Inoltre, è stato messo a punto un metodo di progetto dei controventi dissipativi. Con tale
metodo è possibile determinare le dimensioni dei controventi che consentono di soddisfare gli obbiettivi di
progetto in termini di limitazione dello spostamento interpiano.
Per quanto riguarda l‟attività sperimentale complessivamente svolta in questo terzo anno, alcuni maggiori
dettagli sono forniti in ALLEGATO, sotto forma di documentazione fotografica e riproduzioni degli schemi di
prova; relativamente all‟attività di ricerca complessivamente svolta nel triennio, essa è ampiamente descritta
nel Report finale (circa 200 pagine), che sarà reso disponibile entro la scadenza fissata dai coordinatori della
Linea 2; per quanto riguarda le pubblicazioni prodotte nell‟anno 2008, vale l‟elenco di seguito riportato:
1. Amato G., Cavaleri L., Papia M. (2008). Caratterizzazione meccanica di pannelli di tamponamento
per la identificazione di puntoni equivalenti nell’analisi di strutture intelaiate. In “Valutazione e
riduzione della vulnerabilità sismica di edifici in cemento armato”, E.Cosenza, G. Manfredi, G. Monti
editori, Polimetrica Int. Scientific Publisher,Monza-Milano, ISBN 978-88-7699-129-5, pp. 393-400
2. Colajanni P., Impollonia N., Papia M. (2008). Effetti delle incertezze nella modellazione dei
tamponamenti sull’efficacia dei criteri di progettazione in telai in c.a.. In “Valutazione e riduzione
della vulnerabilità sismica di edifici in cemento armato”, E. Cosenza, G. Manfredi, G. Monti editori,
Polimetrica Int. Scientific Publisher, Monza-Milano, ISBN 978-88-7699-129-5, pp. 401-408
3. Decanini L.D., Liberatore L. (2008). Il ruolo delle tamponature nella risposta sismica delle strutture
intelaiate. In “Valutazione e riduzione della vulnerabilità sismica di edifici in cemento armato”, E.
Cosenza, G. Manfredi, G. Monti editori, Polimetrica Int. Scientific Publisher, Monza-Milano, ISBN
978-88-7699-129-5, pp. 409-418
4. Lanese I., Nascimbene R., Pavese A., Pinho R. (2008). Simulazioni numeriche di un telaio 3D
tamponato in supporto di prove dinamiche su tavola vibrante. In “Valutazione e riduzione della
vulnerabilità sismica di edifici in cemento armato”, E. Cosenza, G. Manfredi, G. Monti editori,
Polimetrica Int. Scientific Publisher, Monza-Milano, ISBN 978-88-7699-129-5, pp. 385-392.
5. Amato G., Cavaleri L., Fossetti M., Papia M. (2008). Infilled frames: influence of vertical loads on the
equivalent diagonal strut model. Proceedings of the 14th World Conference on Earthquake
Engineering (14WCEE), Beijing, 12-17 October 2008. CD-ROM, Paper ID: 05-01-0479.
6. Borzi B., Crowley H., Pinho R. (2008). The influence of infill panels on vulnerability curves for RC
buildings. Proceedings of the 14th World Conference on Earthquake Engineering (14WCEE),
Beijing, 12-17 October 2008. CD-ROM, Paper ID: 09-01-0111.
I risultati dell‟attività svolta nel secondo semestre di questo terzo anno, presentati per esteso nel Report
finale, sono in fase di elaborazione per una possibile pubblicazione su riviste o atti di Convegni pertinenti.
3.6
Task 6 (SCALE): Comportamento e rinforzo di scale in c.a. (Cosenza)
L‟analisi critica dei manuali, libri e normative ha evidenziato una chiara evoluzione della soluzione
progettuale delle scale negli anni dovuta all‟incremento delle conoscenze sull‟uso dei materiali e al
potenziamento degli elaboratori elettronici. Due principali tipologie di scale sono state evidenziate: scale
appoggiate e scale a sbalzo. La prima tipologia è caratterizzata da una serie di travi che sostengono solette
e gradini, la seconda è realizzata con una trave ad asse inclinato (trave a ginocchio) nella quale sono
incastrati i gradini.
Dal momento che il vano scala è generalmente studiato con un modello piano più che con un modello
tridimensionale, questo ha comportato che una serie di effetti dovuti all‟interazione fra gli elementi strutturali
non è stata presa in considerazione. Alcuni tipici edifici aventi queste due tipologie di scale sono stati
progettati in accordo alla normativa e criteri dell‟epoca di costruzione. Essi sono stati modellati con una
approccio a plasticità concentrata. L‟analisi effettuate hanno evidenziato la rilevante importanza delle scale
sulla risposta strutturale: la comparazione dei risultati delle analisi statiche non lineari degli edifici con scala
con quelli ottenute su edifici senza scala, ha evidenziato che la scala aumenta la capacità sismica
dell‟edificio incrementando la rigidezza e modifica le riposte modali. Comunque sono state condotte analisi
più raffinate che pongano particolare attenzione al taglio nelle colonne, allo sforzo assiale nelle travi, ai
momenti nelle due direzioni nelle solette, nei solai d‟interpiano del vano scala. L‟interazione fra le diverse
azioni interne è stata considerata. L‟interazione fra lo sforzo assiale e il momento nella trave a ginocchio
appare di particolare importanza per comprendere il comportamento fino al collasso. Il taglio ha un ruolo
importante nelle colonne tozze. Per questa ragione diversi modelli di resistenza a taglio sono stati
considerati per comprendere meglio la struttura fino a rottura: le formulazioni del ACI, FEMA, Priesley,
Moehle sono state analizzate.
Il set-up delle prove sperimentali è stato progettato sulla base di simulazioni numeriche usando diversi tipi di
modellazione: dimensioni di un telaio mono-piano con trave a ginocchio, carichi e muro di contrasto sono
stati definiti.
3.7
Task 7 (NODI): Comportamento e rinforzo di nodi (Masi)
I risultati ottenuti durante il terzo anno sono costituiti principalmente dalla esecuzione ed interpretazione di
test su nodi trave-colonna non rinforzati (UR UNIBAS), dalla interpretazione di risultati di test su nodi travecolonna rinforzati e non rinforzati (UR UNIUD) e su nodi di base (UR UNISA). L‟UR UNINA ha eseguito
alcuni confronti tra risultati di simulazioni numeriche e dati sperimentali relativi ad importanti campagne
sperimentali disponibili in letteratura o a test eseguiti dall‟UR UNIBAS.
Dettagli sui principali risultati ottenuti durante il terzo anno, come forniti da ogni UR, sono riportati nel
seguito.
UNIBAS: L‟analisi bibliografica è stata molto utile per una comprensione preliminare del problema della
valutazione delle prestazioni sismiche di nodi trave colonna in c.a., in particolare di edifici esistenti progettati
a soli carichi verticali. Si è potuto mettere in relazione il meccanismo di collasso osservato con le
caratteristiche geometriche e meccaniche dei provini che, insieme ai risultati di apposite modellazioni
numeriche, consentissero di ottenere stime preliminari dei risultati attesi nel corso dei test ciclici da
effettuare. L‟analisi bibliografica ha avuto anche l‟obiettivo di consentire dei confronti tra la rotazione ultima di
elementi in c.a. calcolata tramite le formule proposte nella normativa italiana e quella ricavata
sperimentalmente e riportate all‟interno dei lavori descrittivi di campagne sperimentali nazionali ed
internazionali. Si è rilevato che, nei casi in cui il collasso dell‟assemblaggio è attribuibile alla trave o al
pilastro, le formule di normativa stimano abbastanza bene la rotazione ultima, anche se entra in gioco un
fattore piuttosto soggettivo relativo alla scelta del livello di drift cui associare il collasso dell‟elemento.
Per quanto riguarda i risultati dei test effettuati durante il progetto, bisogna sottolineare che i nodi testati
erano progettati considerandoli appartenenti a telai non portanti il solaio, ma su cui agivano solo i carichi
verticali dovuti al peso proprio e delle tamponature. Ne sono risultati nodi in cui le travi posseggono una
percentuale di armatura, sia in trazione che in compressione, piuttosto limitata e questo ne ha in parte
condizionato il comportamento. Infatti, i meccanismi di collasso si sono generalmente sviluppati con una
iniziale e diffusa fessurazione della sezione della trave all‟interfaccia con il pilastro, sia per i nodi sismici che
non sismici. La crisi del nodo, successiva a tale estesa fessurazione della trave, è stata in alcuni casi
causata dalla rottura a trazione delle armature, mentre in altri casi la crisi ha coinvolto il pannello nodale con
un‟estesa fessurazione diagonale affiancata da un evidente scorrimento delle barre longitudinali della trave.
Sono stati testati nodi con trave emergente privi di protezione sismica (NE) e progettati per zona sismica 4
(Z4) e zona sismica 2 (Z2). Il livello del carico assiale applicato è stato “basso” (NL, =0.15), oppure “alto”
(NH, =0.30). Questo parametro ha giocato un ruolo molto importante nel determinare il meccanismo di
collasso dei provini soprattutto di quelli sismici. I risultati dei test hanno mostrato innanzitutto una netta
quanto prevedibile differenza di comportamento tra nodi sismici e non sismici: la resistenza massima dei
nodi NE è risultata circa pari alla metà di quella dei nodi conformi alla nuova normativa sismica (20 kN contro
oltre 40 kN). In termini di duttilità la differenza è stata meno sensibile. In tutti i test con sforzo assiale elevato
si è ottenuto un meccanismo di rottura con estesa fessurazione della trave e degrado molto evidente del
calcestruzzo all‟interfaccia tra la trave ed il pilastro, il che ha influito sull‟evoluzione della prova in quanto, da
un certo punto in poi, la trasmissione degli sforzi dalla trave al pilastro è avvenuta essenzialmente tramite le
armature che, alla fine del test, sono pervenute alla rottura per trazione. Tale modalità di rottura, sebbene
avvenuta per valori di drift molto elevati, suggerisce una attenta riflessione sull‟idea della impossibilità di una
crisi per trazione nelle armature. Durante le prove con sforzo normale più basso (NL), i nodi sismici,
maggiormente armati dei nodi non sismici, hanno mostrato un comportamento diverso, mostrando anche
evidenti lesioni diagonali nel pannello nodale. Questo è avvenuto apparentemente per un deficit di
ancoraggio delle barre della trave che, iniziando a scorrere, hanno danneggiato il pannello che quindi ha
subito notevoli danni. Pertanto, si potrebbe legare l‟insorgenza di danni al pannello nodale al livello di sforzo
normale applicato ed al quantitativo di armature presenti.
Alcuni dei risultati ottenuti dall‟UR UNIBAS durante il Progetto sono riportati nei seguenti lavori pubblicati in
Convegni nazionali ed internazionali:
Masi A., Santarsiero G., Sperimentazione su nodi trave-colonna in c.a. progettati con diversi livelli di
protezione sismica: primi risultati, Atti del convegno Valutazione e riduzione della vulnerabilità sismica
di edifici esistenti in c.a., Roma 29-30 maggio 2008
Masi A., Santarsiero G., Dolce M., Moroni C., Nigro D., Il programma sperimentale su nodi trave-colonna in
c.a. in corso all’Università di Basilicata, Atti del convegno Valutazione e riduzione della vulnerabilità
sismica di edifici esistenti in c.a., Roma 29-30 maggio 2008
Masi A., Santarsiero G., Moroni C., Nigro D., Dolce M., Russo G., Pauletta M., Realfonzo R., Faella C.,
Lignola G.P., Manfredi G., Prota A., Verderame G.M., Behaviour and strengthening of RC beamcolumn joints: experimental program and first results of the research activity in the framework of DpcReluis project (Research Line 2), The 14th World Conference on Earthquake Engineering October
12-17, 2008, Beijing, China.
Masi A., Santarsiero G., Moroni C., Nigro D., Dolce M., Meccanismi di collasso di nodi esterni trave-colonna
in c.a. sottoposti a test ciclici, Sommario inviato al XIII Convegno ANIDIS L’Ingegneria Sismica in Italia,
Bologna 28/06-02/07 2009.
UNINA: Il comportamento del nodo influenza notevolmente la risposta globale di una struttura e di un edificio
in particolare. Alcuni aspetti quali, ad esempio, la fessurazione del pannello nodale, lo sfilamento delle barre
di estremità, sono da un lato sorgenti di deformabilità aggiuntiva e dall‟altro possono alterare la gerarchia
presente tra gli elementi al contorno ed il nodo stesso, nonché causare una crisi prematura del pannello
nodale. Il lavoro ha focalizzato proprio su questi due aspetti utilizzando una modellazione F.E.M. quale
strumento di calcolo, il quale è stato validato sia con test di letteratura (per esempio del gruppo di lavoro di
H. Shiohara), sia con test sperimentali condotti presso la U.R. UNIBAS. In particolare, sono state eseguite
analisi non lineari di tipici sub-assemblaggi trave-colonna esistenti che rispecchiano le configurazioni
geometriche utilizzate nel passato per i nodi di estremità. Tali attività hanno portato alla pubblicazione di
memorie a convegni di carattere nazionale.
La definizione delle tipiche carenze nei nodi esistenti e dei parametri che hanno un‟effettiva influenza sulla
risposta strutturale del sub-assemblaggio nodale hanno inoltre consentito di evidenziare possibili tecniche di
intervento per il rinforzo strutturale dei nodi, in particolare quelli esterni. Tale studio ha consentito di validare i
modelli di previsione teorica sia per nodi interni che esterni, nonché di validare la formulazione di normativa
per la determinazione della crisi del pannello nodale.
UNIUD: I diagrammi forza-spostamento dei primi 4 nodi non rinforzati evidenziano che essi resistono a una
forza massima prossima a quella teorica di fessurazione, e successivamente subiscono un decremento di
resistenza, fino a valori prossimi a quelli della forza teorica di scorrimento delle barre. Relativamente agli
ulteriori 2 nodi, il diagramma forza-spostamento del nodo non rinforzato evidenzia che le barre inferiori della
trave raggiungono lo snervamento, mentre l‟armatura superiore risulta insufficiente a sopportare momenti
negativi elevati. Le barre della trave di tali nodi, ancorate tramite uncino terminale, non subiscono
scorrimenti. I diagrammi forza-spostamento dei primi 4 nodi dopo il rinforzo evidenziano un aumento della
forza massima fino a valori superiori alla forza teorica di snervamento. Gli ancoraggi meccanici realizzati
risultano efficaci, mentre i rinforzi dei pilastri con tessuti in fibra di carbonio non portano miglioramenti. Per
contro, negli ulteriori 2 nodi, il rinforzo con tessuti in fibre di carbonio all‟estradosso della trave incrementa di
circa il 30% la resistenza, ma la rottura rimane di tipo fragile per delaminazione del tessuto dalla superficie di
calcestruzzo. I diagrammi inviluppo della forza e dell‟energia dissipata evidenziano notevoli incrementi di
forza, duttilità e capacità di dissipazione dopo il rinforzo per i primi 4 nodi, mentre per gli ulteriori 2 i
miglioramenti sono lievi. I diagrammi della rigidezza secante evidenziano decrementi relativi inferiori per i
nodi rinforzati rispetto ai non rinforzati nel caso dei primi 4 nodi, mentre la differenza non è rilevante per gli
ulteriori 2.
Pubblicazioni:
Russo, G., Pauletta, M., e Nardi, E. (2007). “Indagine Sperimentale su Nodi Esterni Trave-Pilastro Armati
con Barre Lisce”, Atti del XII Convegno ANIDIS “L‟ingegneria Sismica in Italia”, 10-14 giugno 2007, Pisa,
Italia.
Russo, G., e Pauletta, M. (2008). “Comportamento di Nodi Trave-Pilastro Esterni Rinforzati”, Atti del
Convegno RELUIS “Valutazione e riduzione della vulnerabilità sismica di edifici esistenti in cemento armato”,
29-30 Maggio 2008, Roma, Italia.
UNISA: I risultati conseguiti dalla U.R. di UniSA nell‟ambito del task NODI sono stati oggetto di diverse
pubblicazioni presentate in convegni nazionali ed internazionali e possono essere sintetizzati come segue:
- le prove cicliche condotte su nodi di base per due diversi livelli dello sforzo assiale (v=0.14 e v=0.40)
hanno messo in evidenza il significativo incremento di duttilità degli elementi prodotto dal confinamento
con FRP. Tale aumento di capacità rotazionale - sostanzialmente indipendente dal livello di azione
assiale - è generalmente più importante nei casi in cui il confinamento è stato realizzato con sistemi in
fibra di vetro. Nel caso dei test condotti con livelli più elevati dello sforzo normale (v=0.40) è stato
osservato che il sistema confinante in FRP conduce anche ad un miglioramento della resistenza
flessionale dell‟elemento; incrementi ancora più significativi della resistenza sono stati poi riscontrati con
l‟impiego di angolari metallici diversamente collegati alla base: le criticità dei diversi dettagli costruttivi
adottati nel collegamento sono state evidenziate in termini di resistenza e duttilità della risposta
risultante. Infine, i test hanno consentito di valutare le differenze in termini di comportamento flessionale
dei nodi al variare del tipo di aderenza delle barre longitudinali (barre lisce e barre ad aderenza
migliorata).
- i risultati sperimentali derivanti da circa un centinaio di prove monotoniche e cicliche derivanti dalla
letteratura scientifica sono stati organizzati in un ampio database nel quale sono stati riportati oltre ai
risultati delle suddette prove anche i valori di tutti i parametri geometrici e meccanici richiesti dai vari
modelli di capacità di nodi trave-colonna il cui studio ha rappresentato un lavoro preliminare rispetto alla
stessa costruzione del database: la disponibilità di una notevole messe di dati sperimentale ha
consentito di controllare l‟accuratezza dei modelli, ricalibrarne quelli per cui si è osservato una
sistematica distorsione rispetto ai risultati sperimentali e, infine, valutare, per ognuno dei modelli
considerati, il parametro di dispersione C della risposta dei nodi, necessario in valutazioni affidabilistiche
(ad esempio, basate sul ben noto metodo 2000 SAC/FEMA).
3.8
Task 8 (BIAX): Comportamento e rinforzo di pilastri con presso-flessione e
taglio biassiale (Fabbrocino)
Le prove sperimentali effettuate durante il terzo anno di attività hanno consentito di fare luce sulle principali
differenze in termini di comportamento globale, locale e di capacità dissipativa di pilastri in c.a. tipicamente
riscontrabili negli edifici esistenti nei quali è possibile trovare sia barre di armatura liscia che ad aderenza
migliorata. In particolare, è emerso che sebbene i meccanismi deformativi siano notevolmente differenti nel
caso di pilastri armati con barre lisce od ad aderenza migliorata, è, tuttavia, evidente che la capacità
dissipativa globale risulta essere poco differente. In particolare, nelle colonne con barre lisce il contributo alla
capacità deformativa globale è principalmente costituito da una sorgente di deformabilità localizzata alla
base della colonna causata per lo più dallo scorrimento delle barre di armatura dal plinto di fondazione
(fixed-end rotation); viceversa, le colonne con barre nervate manifestano un diffuso quadro fessurativo.
In termini energetici è, inoltre, emerso che a parità di drift l‟energia dissipata dagli elementi armati con barre
nervate risulta essere superiore rispetto a quella dissipata dagli elementi armati con barre lisce, tuttavia, se
si considera l‟energia adimensionalizzata rispetto alla resistenza massima ovvero se si prescinde dalla
resistenza dell‟acciaio, portando in conto solo l‟effetto dell‟aderenza, emerge che il divario energetico tra le
due tipologie di pilastri esaminati tende praticamente ad annullarsi. Risulta chiaro, pertanto, che pilastri che
differiscono soltanto per il tipo di acciaio utilizzato, soggetti ad uno stesso livello di carico assiale, dissipano
la stessa energia. Dalle prove è, inoltre, emerso l‟importanza dell‟effetto P- nella valutazione della capacità
deformativa globale dei pilastri esaminati. La rotazione ultima di elementi armati con barre nervate risulta,
infatti, decisamente inferiore nel caso di elementi armati con barre nervate qualora sia trascurato tale effetto,
viceversa, risulta essere confrontabile qualora esso sia tenuto in conto. Tale risultato è sostanzialmente
correlato ad un doppio effetto: la maggiore resistenza degli elementi armati con barre nervate da un lato, e la
maggiore pendenza del ramo di softening della curva taglio-drift nel caso in cui si tenga in conto l‟effetto P- .
Al fine di prevedere il comportamento sperimentale di pilastri soggetti ad azioni di pressoflessione deviata, si
è proceduto, inoltre, in una seconda fase dell‟attività alla valutazione della deformabilità flessionale di tali
elementi mediante un modello a fibre e a plasticità diffusa. L‟analisi della sezione trasversale è stata
condotta nell‟ipotesi di conservazione delle sezioni piane. Alla generica fibra è assegnato un materiale,
calcestruzzo o acciaio, mediante un definito legame costitutivo. Le caratteristiche di sollecitazione della
sezione si ottengono dall‟integrazione delle risposte uniassiali delle singole fibre. Gli spostamenti
dell‟elemento si ottengono poi dall‟integrazione, lungo l‟elemento, delle deformazioni di sezione in
corrispondenza dei punti di integrazione. I dati ottenuti attraverso tale modellazione saranno poi confrontati
con i risultati provenienti dalle prove sperimentali in programma al fine di valutare la capacità del modello di
descrivere il comportamento di elementi in c.a. soggetti a sollecitazioni di pressoflessione deviata in termini
sia di resistenza che di deformabilità.
I risultati ottenuti dall‟Unità di Ricerca UniCT consistono principalmente in un insieme di routine in Visual
Basic, gestite da un programma principale con finestre Windows che consentono di assegnare i dati della
sezione e dell‟asta e di scegliere tra più modelli di comportamento del materiale. Anche i risultati vengono
visualizzati in apposite finestre, oltre che salvati su file. Le interfacce di input consentono di definire la
sezione e le sue armature, in maniera tanto generale da essere adatta sia a travi che a pilastri, nonché la
lunghezza dell‟asta. Consentono inoltre di definire le proprietà meccaniche di calcestruzzo ed acciaio e di
scegliere il legame costitutivo per questi materiali. Il programma non esplicita nell‟input la differenza tra trave
e pilastro, perché questa è definita dall‟utente in base alla disposizione delle armature ed alla presenza (o
assenza) di sforzo normale. Il programma consente però di selezionare se in uscita si vogliono diagrammi
forza-spostamento (tipici dei pilastri) oppure momento-rotazione (tipici delle travi). Un ulteriore sviluppo del
lavoro dell‟U.R. UniCT è consistito nel confrontare i risultati del modello proposto con quelli ottenuti con altri
modelli più semplici, riscontrando che la prima fase è colta abbastanza bene anche da classici modelli per il
comportamento di II stadio del calcestruzzo, purché in essi si aggiunga l‟effetto dell‟interazione flessionetaglio. Nessun modello semplificato coglie però la risposta dell‟asta in presenza di forti deformazioni. I
risultati ottenuti sono stati presentati al XIV Convegno Mondiale di sismica, tenuto a Pechino nell‟ottobre
2008, col lavoro:
M. Bosco, A. Ghersi, S. Leanza “Force displacement relationship for r/c members in seismic design”.
Per quanto riguarda i filoni di ricerca sopra elencati: a) Le analisi nonlineari sugli edifici regolari ed irregolari
progettati e distribuiti da UNIROMA1 hanno evidenziato le difficoltà di modellazione con elementi a plasticità
diffusa e a plasticità concentrata, in particolar modo nel caso di pressoflessione deviata. Appare comunque
che per usi pratici, elementi a plasticità concentrata siano preferibili per i professionisti; b) Le analisi hanno
dimostrato la grande differenza che esiste nella domanda fra input unidirezionale e bidirezionale, soprattutto
in relazione alle verifiche di sismica; c) La domanda strutturale al variare dell‟angolo di incidenza del sisma
varia considerevolmente per accelerogrammi naturali, meno con quelli generati. Tuttavia, applicare gli
accelerogrammi secondo gli assi principali della struttura non fornisce necessariamente la direzione più
sfavorevole; d) nel corso di due riunioni del gruppo, è stato definito il contenuto e l‟indice del documento, E‟
stato completato il primo capitolo, che contiene un‟introduzione alla dinamica dei sistemi lineari e nonlineari.
Sono inoltre pronte le bozze di altri due capitoli sui metodi di analisi nonlineari e sulla modellazione di telai in
cemento armato.
I risultati ottenuti testando i metodi approssimati sviluppati dall‟UR UNIROMA1 (Monti) su sezioni rettangolari
in cemento armato con diverse caratteristiche geometriche e meccaniche sono state comparate con quelli
ottenuti con il metodo esatto, che fa uso della discretizzazione a fibre della sezione.
I domini di interazione ottenuti con il primo metodo approssimano bene quelli esatti, con il vantaggio di
utilizzare equazioni estremamente semplici.
I risultati di questo lavoro sono stati pubblicati in:
Monti, G., Alessandri, S. (2005). Design equations for FRP – strengthening of columns FRPRCS7, 6-9
Novembre 2005, Kansas City, MO USA.
Monti, G., Alessandri, S. (2006). Assessment of RC Columns Under Combined Biaxial Bending and Axial
Load. The Second fib Congress. 5-8 June 2006, Naples, Italy.
Monti, G., Alessandri, S. (2007). “Formule di progetto per la verifica ed il progetto del rinforzo in FRP di
pilastri in c.a. soggetti a presso flessione deviata”. Materiali ed Approcci Innovativi per il Progetto in Zona
Sismica e la Mitigazione della Vulnerabilità delle Strutture. Università degli Studi di Salerno – Consorzio
ReLUIS, 12-13 Febbraio 2007.
Monti, G., Alessandri, S. (2007) Design equations for FRP-strengthened RC rectangular columns under
combined biaxial bending and axial load. FRPRCS-8, University of Patras, Greece, July 16-18, 2007.
Monti, G., Alessandri, S. (2007) . “Formule per la verifica ed il progetto di pilastri rettangolari in c.a. soggetti a
presso flessione deviata”. Giornate AICAP 2007. L‟innovazione delle strutture in calcestruzzo nella tradizione
della Scienza e della Tecnica. Sicurezza di costruzione e sicurezza di servizio. 24° Convegno Nazionale.
Salerno 4-6 Ottobre 2007.
Monti, G., Alessandri, S. (2008). Design equations for evaluation of strength and deformation capacity for
unstrengthened and FRP strengthened RC rectangular columns under biaxial bending and axial load. The
14th world Conference on Earthquake Engineering. October 12-17, Bejing, China.
Alessandri, S., Monti, G. (2008). Design equations for the assessment and FRP-strengthening of reinforced
rectangular concrete columns under combined biaxial bending and axial loads. (2008). Journal Mechanics of
Composite Materials, Volume 44, Number 3 / May, 2008, Pages 197-324, ISSN 0191-5665 (Print) 15738922 (Online). Springer New York.
Presso UNIROMA3 è stata dimostrata la fattibilità e l‟efficacia del criterio di rinforzo utilizzato mediante
calcestruzzo autocompattante barre longitudinali di acciaio inox saldate alle porzioni terminali delle armature
rimosse poiché danneggiate in precedenti eventi sismici. Nel dimensionamento delle armature in FRP per la
fasciatura dei pilastri è stato utilizzato il doc. CNR DT200.
Sono stati caratterizzati i materiali utilizzati: FRP, SCC e acciaio inox, quest‟ultimo anche in relazione al
comportamento ciclico con svergolamento post elastico.
I primi risultati sperimentali ottenuti con le prove sulle strutture rinforzate sembrano confermare l‟efficacia
dimostrata l‟efficacia sia del criterio di rinforzo utilizzato.
L‟attrezzatura pseudo dinamica messa a punto si è dimostrata versatile oltre a consentire prestazioni elevate
con costi di utilizzo veramente concorrenziali.
3.9
Task 9 (PREFAB): Comportamento e rinforzo di strutture industriali
prefabbricate (Toniolo)
Si riportano di seguito i risultati raggiunto dalle U.R coinvolte nel progetto con le relative pubblicazioni
scientifiche e/o report.
UNINA-UNIMOL: Nelle Figure 1 e 2 è riportato il confronto fra i risultati ottenuti dalle prove e i valori estratti
da PCI Handbook, CNR 10018 e UNI-EN 1337:3-2005.
In Figura 1 sull‟asse orizzontale è riportata la tensione di compressione (σ) del neoprene, sull‟asse verticale
quella tangenziale ( ); in Figura 2 su tale asse è riportato il coefficiente di attrito. E‟ evidente che le curve di
PCI Handbook e CNR 10018 approssimano bene i dati sperimentali, mentre ciò non accade nel caso di UNIEN 1337:3. In ogni caso CNR 10018 fornisce una resistenza di attrito un po‟ maggiore rispetto ai risultati
sperimentali, mentre PCI Handbook fornisce una resistenza ad attrito maggiore solo per tensione di
2
compressione inferiore a 3 N/mm . Inoltre, i risultati dei test confermano il lieve incremento della resistenza
di attrito, che corrisponde ad un leggero decremento del coefficiente di attrito, allorquando la tensione di
compressione aumenta.
Alla luce dei risultati ottenuti, proponiamo la seguente formulazione, simile a quelle della CNR e della UNIEN 1337:3-2005, per valutare il coefficiente di attrito calcestruzzo – neoprene:
0.49
per
0.1
per
0.15N / mm2
v
0.15 N / mm2
5 N / mm2
v
v
dove
2
v
è lo sforzo normale di compressione espresso in N / mm e
0.055 .
In Figura 3 è tracciata la curva derivante dalla formulazione analitica proposta per il coefficiente di attrito.
Come si può notare, c‟è una perfetta sovrapposizione tra la linea di regressione dei risultati medi ottenuti
Diagramma estratto dal PCI Handbook con i risultati delle prove
dalle prove e la formulazione analitica proposta.
1.600
Tensione tangenziale [N/mm2]
1.400
PCI Handbook
1.200
CNR 10018/99
1.000
Regressione dei risultati sperimentali
UNI-EN 1337:3-2005
0.800
0.600
240 (4)
240
240 (2)
(3)
(1)
200 (3)
(2)
200
200 (1)
(4)
160
160 (1)
(3)
160
(5)
(2)
0.400
80 (5)
80 (4)
(2)
80
80 (3)
0.200
0.000
0.00
1.00
2.00
120 (4)
(2)
120
120 (5)
(3)
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
8.00
Tensione di compressione [N/mm2]
Figura 1. Diagramma tensione diDiagram
compressione-tensione
tangenziale:
confronto tra la curva di regressione e
of the concrete - neoprene
friction coefficient
quelle estratte dal PCI Handbook, CNR 10018 e la UNI-EN 1337:3-2005.
0.800
Coefficiente di attrito neoprenecalcestruzzo
0.700
PCI Handbook
0.600
CNR 10018
UNI-EN 1337:3-2005
0.500
Regressione delle prove sperimentali
0.400
0.300
0.200
80
0.100
0.000
0.00
1.00
2.00
120
3.00
160
4.00
200
240
5.00
6.00
7.00
8.00
Tensione di compressione [N/mm2]
Figura 2. Diagramma tensione di compressione-coefficiente di attrito: confronto tra la curva di regressione e
quelle estratte dal PCI Handbook, CNR 10018 e la UNI-EN 1337:3-2005.
Diagram of the concrete - neoprene friction coefficient
0.500
Coefficiente di attrito calcestruzzo neoprene
0.450
Curva analitica proposta
Regressione delle prove sperimentali
0.400
0.350
0.300
Limitazione della CNR
Schiacciamento del neoprene
0.250
0.200
0.150
80
120
160
200
0.100
240
0.050
0.000
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
2
Tensione di compressione [N/mm ]
Figura 3. Diagramma proposto del coefficiente di attrito.
Al momento la progettazione delle prove sulle connessioni spinottate è terminata ed è iniziato l‟allestimento
del set up delle prove.
PUBBLICAZIONI / REPORT:
Magliulo G., Fabbrocino G., Manfredi, G.. Seismic assessment of existing precast industrial buildings
using static and dynamic non linear analyses. Engineering Structures 2008, 30(9), pp. 2580-2588,
doi: 10.1016/j.engstruct.2008.02.003.
Capozzi, V, Magliulo,M, Fabbrocino, G and Manfredi, G. 2008. Prove sperimentali sulle connessioni
trave – pilastro delle strutture prefabbricate, Atti del convegno “Valutazione e riduzione della
vulnerabilità sismica di edifici esistenti in c.a., Roma, Italia, 29-30 Maggio 2008.
Magliulo,M, Capozzi, V, Fabbrocino, G and Manfredi, G. 2008. Determinazione sperimentale del
coefficiente di attrito neoprene – calcestruzzo per la valutazione della vulnerabilità sismica delle
strutture prefabbricate esistenti, Atti del convegno “Valutazione e riduzione della vulnerabilità sismica
di edifici esistenti in c.a., Roma, Italia, 29-30 Maggio 2008.
Capozzi, V, Magliulo,M, Fabbrocino, G and Manfredi, G. 2008. Experimental tests on beam – column
connections of precast buildings, Atti del 14th World Conference on Earthquake Engineering,
Pechino, Cina, 12-17 Ottobre 2008.
Magliulo,M, Capozzi, V, Fabbrocino, G and Manfredi, G. 2008. Experimental determination of
neoprene – concrete fiction coefficient for seismic assessment of existing precast structures, Atti del
14th World Conference on Earthquake Engineering, Pechino, Cina, 12-17 Ottobre 2008.
Capozzi, V, Magliulo,M, Fabbrocino, G and Manfredi, G. 2008. Prove sperimentali per la
determinazione delle caratteristiche meccaniche delle unioni spinottate trave - pilastro, Atti del 17°
Convegno CTE, Roma, Italia, 5-8 Novembre 2008.
Magliulo,M, Capozzi, V, Fabbrocino, G and Manfredi, G. 2008. Legge di variazione del coefficiente di
attrito neoprene – calcestruzzo al variare dello sforzo normale determinata mediante prove
sperimentali, Atti del 17° Convegno CTE, Roma, Italia, 5-8 Novembre 2008.
Capozzi, V, Magliulo,M, Fabbrocino, G and Manfredi, G. 2008. Experimental tests on the dowel
connections currently used in the beam-column joints of precast buildings; Atti del Symposium in
honour of Prof. Toniolo, Milano, Italia, 5 Dicembre 2008.
POLIMI-UNIBO: L‟estesa campagna sperimentale condotta da POLIMI, ha permesso di quantificare le
caratteristiche meccaniche che caratterizzano la connessione in esame. Inoltre opportuni accorgimenti
hanno permesso di migliorarne il comportamento in termini di duttilità. In figura 4. si riportano i grafici forzaspostamento (prova monotona su prove particolari) a confronto di una soluzione tradizionale con la
soluzione migliorata. I risultati delle prove sperimentali cicliche e delle prove in scala 1 a 1 sono riportati nei
report e pubblicazioni citati di seguito.
Vista del banco di prova
Curve sperimentali forza-spostamento
180
CONNESSIONE RIGIDA:
rottura lato calcestruzzo
(espulsione
del
copriferro)
CONNESSIONE
DUTTILE:
rottura
lato
acciaio
(deformazione
plastica degli angolari)
160
P.O.1
Forza [kN]
140
120
100
80
60
40
20
0
0
P.O.2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
Spostamento [mm]
P.O.1
P.O.2
Figura 4 – Prova push-over: confronto del comportamento delle due differenti connessioni
Le indagini numeriche, condotte da POLIMI, UNIBO, hanno messo in luce l‟aspetto fondamentale che
ricopre il comportamento a diaframma delle strutture prefabbricate in calcestruzzo. Gli edifici più vulnerabili
risultano quelli con diaframma completamente disarticolato. Tali analisi condotte nell‟ipotesi di collegamenti
rigidi in grado di trasmette le forze di inerzia prodotte dal sisma dovranno essere raffinate tenendo conto
dell‟eventuale comportamento ciclico dissipativo del collegamento come riportato in (Palermo et al. 2008,
Conferenza Mondiale di Ingegneria Sismica).
PUBBLICAZIONI / REPORT:
Bonfanti, C., Carabellese, A., Toniolo, G., “Strutture prefabricate: catalogo delle tipologie esistenti”,
catalogo tecnico, Febbraio 2008 in collaborazione con ASSOBETON e Progetto Triennale 2005/08DPC/RELUIS.
Mandelli Contegni, M., Palermo, A., Toniolo, G. “Strutture prefabricate: schedario di edifici prebbricati
in c.a.”, Maggio 2008 in collaborazione con ASSOBETON e Progetto Triennale 2005/08DPC/RELUIS.
R. Felicetti, M. Lamperti, G. Toniolo, C. Zenti. 2008. Rapporto scientifico delle prove quasi-staitche
cicliche su collegamenti tegolo-trave. elazione di calcolo prove Napoli. in collaborazione con
ASSOBETON e Progetto Triennale 2005/08-DPC/RELUIS.
Palermo, A., Camnasio, E. and Poretti, M., “Role of Dissipative Connections on the Seismic Response
th
of One-Storey Industrial Buildings”, 14 World Conference on Earthquake Engineering , Beijing,
China, October 12-17, submitted.
Biondini, F., Palermo, A., Toniolo, G., “Lifetime Seismic Performance of Precast Reinforced Concrete
st
Industrial Buildings”, Proc. of the 1 International Symposium on Life-Cycle Civil Engineering,
th
Varenna, June, 11-14 , 2008, pp. 279-284.
Felicetti, R., Toniolo, G., Zenti, C., “Comportamento sismico delle connessioni delle strutture
prefabbricate: analisi sperimentale dell’unione solaio-trave”, Convegno RELUIS “Valutazione e
riduzione della vulnerabilità sismica di edifici in c.a.” Roma, 29-30 Maggio, 2008, CD-ROM, pp. 683690.
Bonfanti, C., Carabellese, A., Toniolo, G., “Industrial Precast Structures: Construction Typologies and
Seismic Vulnerability”, Convegno RELUIS “Valutazione e riduzione della vulnerabilità sismica di
edifici in c.a.” Roma, 29-30 Maggio, 2008, CD-ROM, pp. 691-698.
Biondini, F., Palermo, A., Toniolo, G., “Indagini preliminari sull’ influenza del degrado nel tempo sulla
risposta sismica degli edifici prefabbricati”, Convegno RELUIS “Valutazione e riduzione della
vulnerabilità sismica di edifici in c.a.” Roma, 29-30 Maggio, 2008, CD-ROM, pp. 733-741.
Camnasio, E., Poretti, M., Palermo, A., “Ruolo delle connessioni dissipative nella risposta sismica
degli edifici industriali monopiano”, XVII Congresso C.T.E., Roma, 5-8 Novembre 2008, Italy, pp.
827-837.
Felicetti, R., Lamperti, M., Toniolo, G., Zenti, C., “Analisi sperimentale del comportamento sismico di
connessioni tegolo-trave di strutture prefabbricate”, XVII Congresso C.T.E., Roma, 5-8 Novembre
2008, Italy, pp. 867-874.
Palermo, A., Toniolo, G., Tsionis, G., “Vulnerabilità Sismica degli Edifici Prefabbricati esistenti: analisi
di un edificio critico senza diaframma di copertura”, XVII Congresso C.T.E., Roma, 5-8 Novembre
2008, Italy, pp. 817-827.
Aprile, A., Benedetti, A., Marani, F., “Ruolo delle connessioni nel comportamento sismico delle
strutture prefabbricate monopiano in c.a.”, Convegno RELUIS “Valutazione e riduzione della
vulnerabilità sismica di edifici in c.a.” Roma, 29-30 Maggio, 2008, CD-ROM, pp. 699-706.
4. CONFORMITA’ AL PROGRAMMA
Nei paragrafi seguenti sono descritte le attività svolte secondo il programma di ricerca. Sono altresì
evidenziati possibili ritardi o anticipi rispetto al programma, indicando le rispettive motivazioni.
4.1
Task 1 (MND): Metodologie non distruttive per la conoscenza delle strutture
esistenti (Masi)
Le attività del Task MND previste nel corso del III anno sono state in gran parte eseguite, come specificato
nel seguito con riferimento alle singole UR.
UNIBAS: Le attività previste nel progetto sono state interamente portate a termine. In particolare, il
programma sperimentale definito nel primo anno è stato completato eseguendo un gran numero di prove
distruttive e non distruttive. Nel corso del terzo anno i risultati delle sperimentazioni condotte sono stati
accuratamente analizzati in modo da fornire criteri per la pianificazione ed esecuzione della campagna di
indagini e metodi per la stima della resistenza del calcestruzzo in situ.
UNISA: Il programma condotto dall‟UR UNISA è sostanzialmente conforme a quello preventivato ed in linea
con quanto previsto nella precedente rendicontazione scientifica effettuata alla fine del secondo anno.
UNICAL: Come da cronoprogramma si è provveduto, in questo terzo anno di ricerca, all‟acquisizione di
ulteriori dati su strutture in c.a. esistenti, alla elaborazione dei dati ricavati secondo le metodologie opportune
e alla raccolta sintetica dei risultati ottenuti nel corso dei tre anni di ricerca.
POLIBA: Rispetto al programma originario delle ricerche, si è concentrata l'attenzione su alcuni aspetti
teorici riguardanti il trattamento delle variabili fuzzy secondo una teoria matematica più completa di quelle
sino ad ora proposte in letteratura. Pertanto, rispetto al programma originario che prevedeva alcuni sviluppi
applicativi più definiti, si è invece concentrata l'attenzione sulla parte teorica, riducendo in parte lo sviluppo
applicativo.
IUAV: Sulla fine del primo anno di lavoro si è manifestata l‟occasione di lavorare, assieme ad altri, su edifici
intelaiati in c.a. in servizio oppure dismessi da poco (compreso la possibilità di eseguire prove in situ) e
quindi il programma è stato modificato rispetto a quanto preventivato, così da sfruttare pienamente tale
opportunità.
4.2
Task 2 (FC): Calibrazione dei Fattori di Confidenza (Monti)
UNIROMA1: Le attività svolte dall‟UR UNIROMA1 sono in accordo con i risultati attesi per il terzo anno
riguardanti lo sviluppo di una procedura Bayesiana per la calibrazione dei fattori di confidenza.
UNINA: La metodologia probabilistica per la determinazione dei fattori di confidenza è stata completamente
svillupata. In particolare, sono stati impiegati metodi di simulazione per la stima dell‟affidabilità strutturale, la
stima di FC e l‟aggiornamento dell‟affidabilità secondo le prove in-situ. Inoltre, è stato presentato un metodo
semplice per la stima dell‟affidabilità (e quindi degli FC) attraverso un numero limitato di analisi.
4.3
Task 3 (IRREG): Valutazione del comportamento non lineare degli edifici con
particolare riferimento a edifici irregolari (Monti, Spacone)
UNIROMA1: L‟attività di ricerca della U.R. UNIROMA1 ha prodotto tre articoli pubblicati rispettivamente in
una rivista internazionale e in due congressi, uno nazionale ed uno internazionale. In accordo al programma
previsto la U.R. ha inoltre contribuito alla stesura di una prima bozza preparata dal Task group 3 sull‟utilizzo
delle analisi non lineari per la valutazione sismica degli edifici esistenti in c.a.
UNICH: Le attività sopra descritte sono state seguite secondo programma. Alcune difficoltà sono state
riscontrate nella convergenza delle analisi dinamiche nonlineari, ma questo è un ben noto problema di
questo tipo di analisi.
UNIFI: Le attività svolte nel triennio hanno consentito di soddisfare globalmente gli obbiettivi della ricerca.
Nel terzo anno, oltre che pervenire ad una sistematizzazione dei risultati ottenuti negli anni precedenti, sono
stati conseguiti nuovi risultati con riferimento agli edifici multipiano, sia per quanto riguarda la valutazione
semplificata di parametri strutturali fondamentali, che l‟utilizzo dell‟analisi pushover in presenza di complesse
irregolarità. La pubblicazione dei risultati ottenuti proseguirà anche nel 2009
UNINA: Sono state condotte analisi secondo programma su edifici irregolari in pianta ed in elevazione al fine
di validare le metodologie di identificazione ed analisi di tali strutture. Numerosi lavori sono stati pubblicati
sull‟argomento, sia a livello nazionale che internazionale. La redazione del rapporto conclusivo sui metodi di
analisi non lineari per edifici esistenti in cemento armato è in via di completamento.
UNIBO: Le attività sono state svolte conformemente a quanto previsto.
IUAV: Le attività hanno seguito il programma preventivato. Al momento, tuttavia è stato possibile svolgere
solo una parte del programma, poiché i software presentavano errori che hanno richiesto una attività di
correzione e poiché l‟U.R. IUAV ha sofferto di problemi organizzativi anche legati a una trasformazione in
fieri nell‟ateneo.
UNICT: L‟attività dell‟Unità di Ricerca UniCT è stata svolta secondo il programma proposto inizialmente, con
le modifiche e miglioramenti concordati durante le riunioni di task svolte durante il secondo e terzo anno.
UNISA: Il programma condotto dall‟U.R. di UniSA risulta completamente conforme al programma
inizialmente previsto e le attività condotte nell‟ambito del task e di concerto con le altre U.R. ad esso afferenti
hanno permesso di evidenziare diverse criticità dell‟analisi non lineare proponendo soluzioni sia per la scelta
del metodo di analisi che per la definizione dei modelli di capacità relativi alle membrature esistenti in c.a.
4.4
Task 4 (MIX): Valutazione e rinforzo di edifici misti (Manfredi)
Le Unità di ricerca hanno perseguito l‟obiettivo prefissato per il terzo anno di attività. In particolare, l‟Unità di
ricerca UNINA ha investigato sui temi relativi al comportamento sismico degli edifici misti attraverso analisi
non lineari. Tali analisi hanno permesso di porre in risalto le fasi attraverso le quali i diversi sistemi resistenti
sono chiamati in causa nel resistere all‟azione sismica. Lo studio realizzato dalla Unità UNIROMA1 ha
permesso di evidenziare i principali fattori che governano il comportamento delle strutture miste, fornendo
delle indicazioni su possibili criteri di modellazione e verifica.
4.5
Task 5 (TAMP): Influenza della tamponatura sulla risposta strutturale (Papia)
Le attività previste per il terzo e ultimo anno della ricerca sono state sviluppate del tutto, sia per quanto
riguarda le analisi numeriche, sia con riferimento alla sperimentazione. Il ritardo segnalato nel resoconto di
2° anno relativamente alle indagini sperimentali, sia con riguardo alle prove sui telai tamponati sia con
riguardo alla prova su tavola vibrante dell‟edificio tamponato, è stato recuperato, cosicché gli obiettivi
dichiarati per il Task all‟inizio della ricerca possono ritenersi conseguiti. Il Rapporto finale di ricerca, le
pubblicazioni complessivamente prodotte e quelle in fase di elaborazione documentano adeguatamente
l‟attività complessivamente svolta dalle UU.RR. concorrenti a questo Task e si ritiene possano costituire un
utile supporto a ulteriori possibili approfondimenti sul ruolo dei tamponamenti nella vulnerabilità sismica degli
edifici.
4.6
Task 6 (SCALE): Comportamento e rinforzo di scale in c.a. (Cosenza)
L‟ R.U. coinvolte nel Task hanno portato a termine gli obiettivi proposti. In particolare, alcune analisi
numeriche sono state effettuate per comprendere il comportamento sismico, e i possibili meccanismi di
rottura degli edifici aventi le più comuni tipologie di scale. L‟importanza di tener conto delle possibili rotture
fragili da taglio è stata messa in evidenza. Il set-up delle prove sperimentali è stato progettato sulla base di
simulazioni numeriche usando diversi tipi di modellazione: dimensioni di un telaio mono-piano con trave a
ginocchio, carichi e muro di contrasto sono stati definiti.
4.7
Task 7 (NODI): Comportamento e rinforzo di nodi (Masi)
Le attività del Task 7 previste nel corso del III anno sono state in larga parte eseguite.
Le attività di ricerca dell‟UR UNIBAS sono state costituite principalmente da una vasta campagna
sperimentale su nodi trave-colonna esterni in c.a. in scala reale, affiancata da una ampia analisi bibliografica
die programmi sperimentali svolti in Italia ed in altri paesi. L‟UR UNIBAS ha svolto le attività previste nel
terzo anno relative, principalmente, alla esecuzione di test su provini aventi diverso livello di progettazione
sismica ed alla analisi dei risultati ottenuti.
L‟UR UNIUD ha svolto tutte le attività secondo programma, senza ritardi né anticipazioni.
L‟attività condotta dall‟UR UNISA risulta completamente in linea con il programma per quanto attiene allo
studio del comportamento di nodi di base pilastro-fondazioni (si ricorda la forte interazione con la Linea 8);
per quanto riguarda i nodi trave-colonna, l‟assemblaggio di un ampio database sperimentale, non previsto
nel programma iniziale, costituisce comunque un utile strumento di indagine per lo studio del loro
comportamento.
Per quanto riguarda l‟UR UNINA, gli studi analitici e le analisi condotte hanno consentito di validare e meglio
individuare i principali parametri meccanici e geometrici coinvolti nei modelli di previsione teorica sia per nodi
interni che esterni, nonché di validare la formulazione di Normativa per la determinazione della crisi del
pannello nodale. La U.R. UNINA ha provveduto a condurre analisi numeriche di simulazione dei test
sperimentali condotti nell‟ambito del Progetto per validare ulteriormente le analisi e le modellazioni teoriche
proposte.
4.8
Task 8 (BIAX): Comportamento e rinforzo di pilastri con presso-flessione e
taglio biassiale (Fabbrocino)
Nel periodo di attività in esame l‟U.R UNINA si è impegnata nell‟esecuzione e nell‟analisi dei risultati
provenienti da 8 prove sperimentali condotte su pilastri in c.a. in scala reale di forma quadrata e rettangolare
armati con barre lisce o nervate soggetti a sforzo normale costante e azioni orizzontali uniassiali monotone o
cicliche. Tali prove oltre ad offrire interessanti spunti per la valutazione del comportamento di pilastri in c.a.
tipicamente riscontrabili negli edifici esistenti, costituiscono il naturale punto di partenza per la valutazione e
l‟interpretazione dei risultati sperimentali che si otterranno dalle prove biassiali sugli stessi elementi. In
relazioni a tali prove, in programma nei prossimi mesi, sono state effettuate analisi teoriche al fine di
prevedere il comportamento di elementi soggetti ad azioni di sforzo normale e momento flettente biassiale e
valutare l‟attinenza tra le previsioni teoriche e i dati sperimentali sia in termini di capacità resistente che
deformativa.
L‟attività dell‟Unità di Ricerca UNICT è stata svolta secondo il programma proposto inizialmente, con le
modifiche e miglioramenti concordati durante le riunioni di task svolte durante il secondo anno.
Con riferimento all‟Unità di Ricerca UNICH, le attività sopra descritte sono state seguite secondo
programma. Alcune difficoltà sono state riscontrate nella convergenza delle analisi dinamiche nonlineari, ma
questo è un ben noto problema di questo tipo di analisi.
Dato che le attività dell‟ UR UNIROMA1 sono focalizzate sullo sviluppo di procedure semplificate e che tali
attività sono distribuite su tutti e tre gli anni, i prodotti attesi per il terzo anno sono in accordo con il
programma.
Ad UNIROMA3 si è concluso il programma previsto raggiungendo gli obbiettivi di contratto: valutazione della
risposta di pilastri rinforzati con tecniche innovative, messa a punto di una attrezzatura pseudo dinamica.
Messa a punto e calibrazione di modelli per armature inox. Identificazione dei materiali utilizzati.
4.9
Task 9 (PREFAB): Comportamento e rinforzo di strutture industriali
prefabbricate (Toniolo)
POLIMI: le prove sperimentali su collegamenti tegolo-trave sono state completate con sei mesi di ritardo
rispetto al programma di ricerca per ritardi nella consegna dei prototipi e tempi tecnici allungati per
congestione del Laboratorio.
UNINA_UNIMOL: Per quanto concerne il tema delle unioni ad attrito è stata completata la modellazione
teorica dei risultati sperimentali con l‟individuazione di formule analitiche per l‟interpretazione degli stessi.
Relativamente al comportamento meccanico delle unioni spinottate, le prove progettate non sono ancora
state concluse, a causa di ritardi da parte del partner industriale.
POLIMI_UNIBO: le analisi numeriche, come proposto nel programma si sono effettuate in parallelo all‟attività
sperimentale. Per determinare con maggiore esaustività le maggiori criticità sugli edifici occorre un‟indagine
più estesa, come emerso dalla redazione dei cataloghi. Più analisi devono essere eseguite. Di conseguenza,
anche la fase relative ai criteri di rinforzo è stata limitata a delle indagini numeriche preliminary su limitati
edifici.
REPORT ON THE ACTIVITIES OF THE THIRD YEAR
1. INTRODUCTION
The Research Line 2, coordinated by E. Cosenza and G. Monti, focuses on the seismic performance of
existing reinforced concrete buildings, with the additional aim of providing deeper insight into some
provisions contained in the current seismic code.
The RL 2 is organised in 9 different Tasks, and benefits of the contributions from 16 different Research Units
(RUs). The organisation of the Research Line is presented in the following Figure, where the contribution
from each RU is clearly identified within each Task. Each Task is identified by an acronym, explained in the
following paragraph. Each RU is identified by an acronym, explained in the subsequent table, where the local
leaders are also highlighted.
The organisation below allowed to facilitate the exchange of information and documents among the different
levels of: Line coordinators, Task leaders and RU leaders. Also notice the interactions with the othere
Research Lines.
1
Research Unit
Acronym
Responsible(s)
Involvement in Task(s)
Napoli Federico II
UNINA
Cosenza, Manfredi, Ramasco
MND, FC, IRREG, MIX, SCALE, NODI, BIAX, PREFAB
2
Pavia
UNIPV
Pinho
TAMP
3
Basilicata
UNIBAS
Masi
MND, FC, NODI
4
Roma La Sapienza
UNIROMA1
Monti, Decanini
FC, IRREG, MIX, TAMP, BIAX
5
Milano
POLIMI
Toniolo
PREFAB
6
Udine
UNIUD
Russo
NODI
7
Venezia
IUAV
Foraboschi
MND, FC, IRREG
8
Bologna
UNIBO
Benedetti
IRREG, PREFAB
9
Firenze
UNIFI
De Stefano
IRREG
10
Chieti
UNICH
Spacone
IRREG, TAMP, BIAX
11
Molise
UNIMOL
Fabbrocino
MND, BIAX, PREFAB
12
Salerno
UNISA
Faella
IRREG, NODI
13
Bari
POLIBA
Mezzina
MND
14
Catania
UNICT
Ghersi
IRREG, SCALE, BIAX
15
Research Unit
Acronym
Responsible(s)
Involvement in Task(s)
Palermo
UNIPA
Papia
TAMP
Spadea
MND
Nuti
TAMP, BIAX
16
Calabria
UNICAL
17
Roma Tre
UNIROMA3
During the third year of the Research Project of RL 2, the nine different Tasks have carried out a series of
activities and delivered products according to the program scheduled.
The activities and the results obtained have been the object of a National Conference held in Roma on 29-30
May 2008, with more than 200 participants from 23 different Italian Universities, from the professional and
enterprise world, where 82 papers have been presented, equally divided between methodological and
applicative.
The papers presented at the conference are divided among the nine Tasks as follows:
In the following, for each Task, identified by an acronym and whose responsible is highlighted, a brief
summary is presented of the activities and deliverables foreseen for the third year.
1. MND: Non-destructive methods for the knowledge of existing structures (Masi)
a. Development, activation and execution of experimental tests on existing structures or on
specimens purposely realized
b. At the end of the third year of activity this Task delivers a product consisting in a document
and a spreadsheet containing a series of applications regarding the determination of the
existing concrete properties
2. FC: Calibration of confidence factors (Monti)
a. Development of Bayesian models and calibration of CFs on materials and structures
b. At the end of the third year of activity this Task delivers a product consisting in a document
of methodological nature describing the application of Bayesian techniques to the evaluation
of the mechanical properties of existing material, based on a priori knowledge and on
subsequent on site tests.
3. IRREG: Evaluation of the nonlinear behavior of buildings with emphasis on irregular buildings
(Monti, Spacone)
a. Comparison and calibration of different linear and nonlinear methods
b. At the end of the third year of activity this Task delivers a product consisting in a document
containing the synthesis of the comparison carried out between the linear static method for
the assessment of the seismic capacity of existing buildings and higher level methods with
reference to the selected buildings, representative of Italian construction typologies, and
proposal of improvement of the linear static method.
4. MIX: Assessment and strengthening of mixed buildings (Manfredi)
a. Behavioral analysis and derivation of simplified rules
b. At the end of the third year of activity this Task delivers a product, jointly developed with
Tasks NODI and BIAX, consisting in a document containing the synthesis of the comparison
carried out between the linear static methods and higher level methods for the assessment
of the seismic capacity of existing buildings, with reference to the selected buildings,
representative of Italian construction typologies, and proposal of improvement of the linear
static method.
5. TAMP: Influence of infills on the structural performance (Papia)
a. Test program on infills and frames
b. At the end of the third year of activity this Task delivers a product consisting in a document
containing the results of tests carried out on masonry infills and on constituent elements
(blocks, mortar) and that provides elastic-brittle models associated to failure mechanisms for
horizontal sliding, diagonal traction and angles crushing.
6. SCALE: Assessment and strengthening of r.c. stairs (Cosenza)
a. Tests on subassemblies
b. At the end of the third year of activity the results of experimental and analytical tests carried
out will be available.
7. NODI: Assessment and strengthening of beam-column joints (Masi)
a. Tests on subassemblies
b. At the end of the third year of activity this Task delivers a product, jointly developed with
Tasks MIX and BIAX, consisting in a document containing the synthesis of the comparison
carried out between the linear static method for the assessment of the seismic capacity of
existing buildings and higher level methods with reference to the selected buildings,
representative of Italian construction typologies, and proposal of improvement of the linear
static method.
8. BIAX: Assessment and strengthening of columns under biaxial action (Fabbrocino)
a. Test campaign on columns under cyclic biaxial load
b. At the end of the third year of activity this Task delivers a product, jointly developed with
Tasks MIX and NODI, consisting in a document containing the synthesis of the comparison
carried out between the linear static method for the assessment of the seismic capacity of
existing buildings and higher level methods with reference to the selected buildings,
representative of Italian construction typologies, and proposal of improvement of the linear
static method.
9. PREFAB: Assessment and strengthening of industrial prefabricated buildings (Toniolo)
a. Tests on connections
b. At the end of the third year of activity this Task delivers a product consisting in a technical
database for collecting data on existing prefabricated structures and in a series of
catalogues relative to the structural connections and the existing typologies.
In the following sections, the main objectives pursued in each Task are described, with due evidence to the
work carried out by each Research Unit (RU).
1.1
Task 1 (MND): Non-destructive methods for the knowledge of existing
structures (Masi)
Main objective of the RUs working on Task MND is the estimation of the material properties of RC existing
structures, particularly the in situ concrete strength, by using destructive and non destructive methods
(MND). To this purpose, specific objectives have been pursued during the third year by the RUs participating
to the Task and are reported in the following.
UNIBAS: UNIBAS RU research has been mainly focused on the estimation of the in situ concrete strength of
existing Reinforced Concrete (RC) structures, through non-destructive and destructive methods. A wide
experimental program on RC members either extracted from typical Italian existing buildings or purposely
st
nd
constructed in laboratory was designed in the 1 year and partially carried out during the 2 year. Further
rd
experimental investigations have been carried out during the 3 year and the results have been carefully
analysed.
UNISA: The R.U. of the University of Salerno (UniSA, in the following) carried out various research activities
on non-destructive methods for determining the key mechanical properties of concrete, with particular
emphasis on the correlations between the various methods and the possible spatial variability of such
properties throughout the surveyed members.
UNICAL: In this third year of activity, our research has been carried out, in a first stage, by collecting further
experimental data about non-destructive and semi-destructive tests on reinforced concrete structures, and,
in a second stage, by elaborating new data as well as by collecting and presenting the results obatained over
a three-year period.
POLIBA: Analysis and treatment of uncertain variables with different matematical nature has been developed
as the main research issue. The so called “alternative” fuzzy way for uncertain description – where
alternative is referred to standard stochastic way – has been deeper studied and treated by a complete
assiomatic mathematical theory recently developed by prof. Lui.
IUAV: Seismic behavior assessment of buildings with structure composed of unidirectional R.C. frames and
floors, by means of non-destructive in situ tests. A-posteriori estimation (identification) of horizontal loadcarrying capacity and of dissipative capacity, in the floor direction. Parametric estimation of the torsional
behavior.
1.2
Task 2 (FC): Calibration of Confidence Factors (Monti)
UNIROMA1: The goal pursued by the U.R. UNIROMA1 with the cooperation of the U.R. UNINA was the
development of a Bayesian procedure for assessment of mechanical material properties on the basis of prior
knowledge and destructive and non destructive testing and the confidence factors calibration.
UNINA: The objective of the work of the UR was to develop a probabilistic methodology for seismic
assessment of existing buildings taking into account explicitly the uncertainties in the material properties and
the structural detailing parameters and implementing the available test and inspection results. This
methodology serves as a benchmark against which the code-based method can be compared, and may be
used for determination of confidence factors. The achievement of such objective called for the development
of a Bayesian framework, organization of the structural analyses, characterization of the prior probability
distributions for the modeling parameters and finally evaluation of the structural reliability implementing the
available test and inspection results in the Bayesian framework.
1.3
Task 3 (IRREG): Assessment of NL behaviour of buildings, with emphasis on
irregular ones (Monti, Spacone)
UNIROMA1: The main objectives pursued by UNIROMA1 have been: to contribute, together with the other
R.U., to the drafting of a guide line on the use of nonlinear analysis for the assessment of existing R.C.
buildings; to identify the parameters governing the NL seismic behaviour of asymmetric-plan structures and
to define a new PO method for their evaluation.
UNICH: Validation of modeling procedures of plan and elevation irregular reinforced concrete structures for
nonlinear static and dynamic analyses. Coordination of guidelines for nonlinear analyses according to OPCM
3431 and Eurocode 8, together with R.U. of UNIROMA1, UNIFI, UNIVE, UNICT, UNISA, UNINA.
UNIFI: 1) Study of nonlinear seismic response of plan-wise irregular buildings; 2) Simplified method for
definition of structural parameters for multi-storey buildings; 3) Assessment of applicability of pushover
analysis for existing structures and structural models irregular in plan and in elevation.
UNINA: Validation of the assessment procedures regarding existing buildings characterized by irregularities,
either in plan or in elevation, selected by UNIROMA1 and UNIFI R.U.; in particular, the influence of the shear
and of the vertical strength irregularity is investigated.
UNIBO: On the basis of the results obtained during the second year of the project (individuation of a single
synthetic parameter capable of capturing the essence of the torsional response of linear-elastic asymmetric
structures), the objectives of the research work of the third year of the U.R. UNIBO are:
(1) verification of the effectiveness of the identified parameter in capturing the essence of the rotational
dynamic behaviour of non linear asymmetric structures;
(2) development of a synthetic tool capable of providing an estimation of the increase of the maximum
displacement at the flexible side of the system due to the eccentricity.
IUAV: Non-linear static analyses with Sap2000, MIDASGen, Perform 3D: output dependence on the
assumptions (seismic action direction, plastic hinge modeling, force distribution); post-processing method
development; parameters to measure the irregularity of the building. Relationships with the Padua University
UNICT: The main goals of the Research Unit UniCT have been the individuation of a criterion able to provide
a better correspondence of pushover versus dynamic non-linear analysis of 3D irregular systems (use of
corrective eccentricities) and of the relation between corrective eccentricities and geometrical and
mechanical parameters of the system.
UNISA: The UniSA R.U. mainly worked on some open issues in non-linear analysis of existing RC
structures; in particular, three case studies have been selected and shared with the other RUs working on
the same task with the aim of comparing the results of analyses carried out on them and pointing out general
observations and remarks on the accuracy of the various methodology currently available in the scientific
literature.
1.4
Task 4 (MIX): Assessment and strengthening of mixed-type (masonry/rc)
buildings (Manfredi)
A synergic work has been developed by the two R.U. implicated in this task (UNINA and UNIROMA1) on the
evaluation of the seismic response of mixed-type buildings behaving as parallel systems, with regard to both
local (interaction between masonry and RC elements) and global features, by performing a series of non
linear numerical analyses. In particular, the U.R. UNINA has been focused on problems concerning the
modelling of mixed-type buildings and on the distribution of the seismic action between masonry and
reinforced concrete elements by performing a series of numerical analyses through the computer code 3muri
obtaining by these analysis the capability curves of individuals resistance elements and the building as a
whole, changing the size and then the stiffness of the RC elements but retaining the geometry of the building
and comparing the seismic behaviour of the mixed-type building with the original masonry one.
The UR UNIROMA1 research activity has been focused on the study of the response of mixed-type buildings
-behaving as parallel systems - subjected to horizontal forces. To this aim, the results of non linear static
analyses were analyzed and discussed.
1.5
Task 5 (TAMP): Influence of infills on structural response (Papia)
The objectives of the third year of this research mainly concerned the following subjects: 1) nonlinear
dynamic analyses of RC infilled frames representing structural schemes of existing Italian building subjected
to input accelerograms corresponding to actual earthquakes (R.U. 04 – Roma1); 2) nonlinear pushover
analyses of RC infilled frames mainly considering the possible shear collapse of the colums due to the
interactions with the infill panels (R.U. 10 – Chieti); 3) experimental tests on infilled meshes of RC frames by
using the three different kinds of masonry infills that had been tested experimentally during the second year
of research (R.U. 15 – Palermo); 3) execution of a shaking table test of a 3D reinforced concrete infilled
frame, representing a typical 50‟s/60‟s RC construction, featuring no seismic design provisions; the test
specimen was scaled to 1:2 with respect to its prototype counterpart (R.U. 02 – Pavia). The activities of this
year were a natural continuation of the ones taken up at the beginning of this research program; they were
carried out in accordance with the initial planning of the research work conferred to this Task; 5) Set up
simple models, single and three struts, for evaluation of the seismic response of infilled frames. Calibration
for different type of infill blocks. Set up of design criteria for the retrofitting and upgrade of infilled frames
through nonlinear dissipative brace systems (R.U. 17 – Roma3).
1.6
Task 6 (SCALE): Behaviour and strengthening of stairs (Cosenza)
The main objectives of the Task that have been reached after the first year are the followings: Identification
of the main stairs typologies used in the past construction practices; Analysis of the design methodologies
and criteria used for the stairs in seismic and non seismic areas.
The main objectives of the Task that have been reached during the second year are the followings:
Execution of numerical analyses on typical existing buildings aimed at the investigation of the stair
substructure influences on the structural seismic response. In particular, both global and local seismic
performance have to be investigated with reference to frame and stairs members connections; Design of a
building sub-assemblages, including a stair substructure, for experimental tests execution specifically
targeted at the understanding of their seismic performances; numerical simulation on the building subassemblage model will be performed in order to predict the experimental results.
The main objectives of the Task in the third year are the followings: A series of numerical analyses based on
different and progressively refined modeling assumptions will be performed in order to investigate the
principal failure modes. The experimental campaign will be performed and its results will be analyzed in
order to evidence modes of failure.
1.7
Task 7 (NODI): Behaviour and strengthening of beam-column joints (Masi)
Main objective of Task 7 is to investigate on the experimental behaviour of RC structural members,
particularly beam-column joints without or with strengthening, thus providing a contribution to a more reliable
evaluation of the seismic vulnerability of RC existing buildings.
rd
To this purpose specific objectives have been pursued during the 3 year by the RUs participating to the
Task activities as reported in the following.
UNIBAS: In the framework of the main objective pursued by the Task, the UNIBAS R.U. has set up,
designed and carried out a wide experimental campaign on beam-column joints representative of typical
members present in Italian existing buildings. In particular, the research activities were devoted to outline the
influence of some parameters on the mechanical behaviour and the failure mechanism of the joints, such as
axial force, amount of steel reinforcement and earthquake design level. Furthermore, the research focused
the attention on the code expressions for the evaluation of the ultimate rotation of RC elements in order to
highlight possible discrepancies between the theoretical and experimental results.
UNINA: The main objectives of the UNINA R.U are: (i) the analytical modelling by using DIANA software to
analyze the main parameters affecting the seismic response of beam-column joints and (ii) the analytical
modelling of experimental tests conducted by the UNIBAS R.U. on external beam column joints
representative of typical joints of RC existing structures.
UNIUD: The analysis of the results obtained from the experimental tests performed in the first two years has
been the main objective of the research. In particular, to plot the force-displacement diagrams, the
corresponding envelopes, the diagrams of dissipated energy, in terms of work done, and secant stiffness,
obtained from the tests on not-strengthened joints and to compare them with those of strengthened joints.
UNISA: The activities of the UniSA RU on joints in RC structures basically followed two main branches: on
one hand, a series of either reinforced or unreinforced base joints have been tested in the Laboratory of
Structures of UniSA, and, on the other hand, a wide database of tests on beam-to-column joints has been
built.
1.8
Task 8 (BIAX): Behaviour and strengthening of columns under combined axial
load and biaxial bending and shear (Fabbrocino)
The main objectives pursued by the different research units are herein summarised. As the R.U. UNINA is
concerned, the work has been done as follows:
- 8 experimental tests on r.c. full scale square and rectangular columns reinforced by plain or
deformed rebars have been performed under constant axial load and uniaxial monotonic or cyclic
actions;
- analysis and discussion of experimental tests to evaluate the rebar typology (plain or deformed)
influence on the global behaviour of columns under axial load and uniaxial bending moment;
- test setup definition for biaxial tests on full scale r.c square or rectangular columns;
- theoretical analyses in order to predict the experimental behaviour of columns under axial load and
biaxial bending.
UNICT Research Unit developed a fibre model able to effectively describe the non-linear behaviour of a
member. The model analyses a member subjected to combined axial load and biaxial bending, thus allowing
to analyse both beams and columns.
UNICH Research Unit : Validation of modeling procedures of structural element under biaxial bending for
nonlinear static and dynamic analyses. Coordination of guidelines for nonlinear analyses according to OPCM
3431 and Eurocode 8, together with R.U. of UNIROMA1, UNIFI, UNIVE, UNIICT, UNISA, UNINA.
The work done by U.R. UNIROMA1 (Monti) during the third year had the intent of develop simple procedures
for the assessment of resistance and deformation capacity of rectangular columns, with two-way steel
reinforcement, subjected to combined biaxial bending and axial load.
UNIROMA3 set up retrofitting and upgrade methods for bending and shear of piers damaged by previous
seismic events, through the use of innovative materials such as FRP (for wrapping), self compacting
concrete (SCC) and stainless steel for substitution of longitudinal reinforcement. Set up models for the
evaluation of cyclic behavior of reinforcing stainless steel bars including buckling. Set up of a pseudo
dynamic system to carry out lab tests on structures subjected to seismic action.
1.9
Task 9 (PREFAB): Behaviour and strengthening of prefabricated industrial
structures (Toniolo)
- Experimental investigations (monotonic and cyclic) on typical dry connections pi-greca element-beam made
with steel L plate and fasteners. Proposals of enhanced solutions, which modifying the existing connections,
allow to increase the global ductility and energy dissipated by the connection (POLIMI).
- Theoretical analysis of the experimental results on the typical friction beam-column connections and
experimental tests design for the determination of the mechanical properties of the precast dowel beam –
columns connections (UNINA, UNIMOL).
- Numerical investigations on the most common typologies of one-storey industrial buildings: evaluation of
the structural vulnerabilities (diaphragm behaviour, interaction with cladding panels), (POLIMI; UNIBO).
- Numerical investigations on buildings with dissipative connections; the aim is to propose the use of
dissipative connections as a structural efficient and economic retrofit technique (POLIMI; UNIBO).
2. ACTIVITIES
In the following sections, the main activities carried out in each Task are described.
2.1
Task 1 (MND): Non-destructive methods for the knowledge of existing
structures (Masi)
rd
During the 3 year the UNIBAS, UNISA and UNICAL RUs performed further experimental investigations
using destructive and non-destructive methods and analysed the obtained results. Further, UNIBAS RU
upgraded the procedure set up in the previous years to estimate the in situ concrete strength based on the
Sonreb method and particularly useful in case of poor quality concrete. POLIBA RU analysed the methods
for uncertainty treatment based on approaches alternative to the classical probabilistic approaches providing
a software (language Matlab) for the management of different types of data relevant to a single variable.
nd
Details on the main activities carried out during the 2 year, as provided by each RU, are reported in the
following.
UNIBAS: During the third year the wide experimental campaign, based on in situ and laboratory tests, set up
during the previous years, has been concluded. Test results have been carefully analysed to obtain
methodological and practical directions to estimate in a simple as well sufficiently reliable the concrete
strength of existing structures.
A large number of tests has been carried out on:
(i) RC beam and column members extracted from existing old structures (to be demolished) designed only
for gravity loads,
(ii) specimens purposely prepared in laboratory.
The experimental program has been wholly carried out at the Laboratory of Testing Materials and Structures
of the University of Basilicata, Potenza.
Non destructive (rebound number, ultrasonic velocity, pachometer) and destructive tests (cores) have been
performed in several points uniformly distributed along the structural members under study, and in some
directions as to the member axis and the concrete casting direction.
The estimation capacity of the combined SONREB (sonic + rebound measures) method has been deeply
investigated. A procedure, purposely set up during the previous years to estimate the in situ strength of
concrete, particularly in case of poor quality, has been applied to the experimental data. To make possible
further applications and comparisons, during the third year the procedure, duly implemented in an EXCEL
spreadsheet, was delivered to the other RUs.
Furthermore, the possible difference between the strength as measured on core specimens and the in situ
strength of the structure has been investigated during the research activity. The main factors influencing this
difference has been outlined. A relationship to convert the strength of a core specimen fcore into the
equivalent in situ value fc has been provided. Specifically, during the third year the possible reduction of core
specimen strength due to drilling damage has been examined, thus obtaining a suitable correction
coefficient.
Finally, some column specimens have been selected from extracted or purposely constructed members
aimed at evaluating the effect of drilling on RC member capacity. To this purpose, after NDTs and core
drilling, also monotonic loading-unloading compression tests have been carried out on these specimens.
Based on the results of these tests the effect of core drilling and of subsequent restoration on the strength of
structural elements has been evaluated, by comparing performances of as built columns, drilled columns and
drilled-restored columns.
UNISA: The activities carried out by the RU of UniSa on the non-destructive methods for evaluating the
mechanical properties of existing members and structures mainly focused on investigating both the accuracy
of correlations between the various methods and the possible spatial variability of those properties
throughout the members themselves, as a possible result of the loading history and the casting process. The
work started by a previous research aimed at evaluating the capacity of base joints (connecting columns and
foundations) depending on both mechanical properties and structural details (see. Task 7). A wide
experimental campaign has been carried out on the same specimens mentioned above for determining the
mechanical properties of concrete by means of both non-destructive (rebound and sonic tests) and partially
destructive tests (based on concrete samples). Such tests have been performed on fifteen columns
previously tested within the framework of the activities of Task 7. In particular, three concrete samples have
been taken by each column and both rebound and sonic tests have been performed on the samples
themselves or in the neighbours of the sampling zones located at the bottom, mid and top of the columns.
The research is basically intended at recognizing the possible influence of damage induced by the cyclic
tests carried out on the columns on the measures of the mechanical properties of concrete derived through
the various destructive and non-destructive methods, as well as the possible spatial variability of such
properties.
UNICAL: In this third year of activity, our research has been carried out, in a first stage, by collecting further
experimental data about non-destructive and semi-destructive tests on reinforced concrete structures, both
new and already in place; and, in a second, more extended stage, through the elaboration of accepted
(trusted, tested) values about the strength of concrete, by relying on methods well-established in the
literature. We have then developed the experimental program on reinforced concrete structures, activated in
the first year and progressed upon in the second year, and have analyzed the its results. In particular, our
tests have been perfomed on a school building, located in the Rende County, for which the Province of
Cosenza had requested a study on the seismic vulnerability and the preliminary project for seismic
rehabilitation. Being a pre-existing building, in order to assess the mechanical properties of the materials, it
has been necessary to carry out both semi-destructive (corel) and non-destructive (sclerometric and
ultrasonic) tests, in the same points of the above-mentioned building. This has been done so as to obtain a
certain level of knowledge to be associated with the related confidence factor, which is to be utilized, during
the design stage, to carry out the safety verifications required by the in use technical standards. The
obteined data, properly elaborated, have been compared, reshaped by using graphs and tables, and utilized
to prepare a final report.
POLIBA: The use of a axiomatic theory for the description and treatment of uncertain fuzzy variables has
been the main goal this U.R. activities in this last year. In details the interest has been focused on the
possibility to use a single mathematical theory able to accept both probabilistic and fuzzy variables; the
specific choise of one form is depends on information nature and quality, that often, in existing buildings
analysis presents serious differences. The theory of credibility, recently developed by prof. Liu, has been
used to allow a full symmetry between statistical variables and fuzzy variables. The goal has been to
propose a methodology to use the same information with different nature (probabilistic and fuzzy) of a
specific parameter under investigation. The ambition is to increase the level of data knowledge and therefore
the accuracy in the management of the parameters whose nature is "uncertain". An innovative approach was
developed for this purpose. It consists in using the information entropy for transforming fuzzy and
probabilistic variables so that a mixture of variables - probabilistic and fuzzy – must be transformed in a
single form (fuzzy or probabilistic). It was therefore developed a method for conversion and a software
(language Matlab) for the management of different information of a single variable.
IUAV: The activity of this task, which merges with that of task 2, is mainly devoted to an in situ test program,
which with the IUAV Research Unity had the chance to join together with others subjects (this test program
was not considered when the initial program was developed). More specifically, the activity of this task has
included the test design, experimental campaign execution, acquired data elaboration, and results
interpretation. The in situ tests regarded buildings still in service or in service up to recent time, with structure
composed of unidirectional R.C. frames, unidirectional concrete-brick floors (with or without slab) and without
walls.
The activities were devoted to define (1) the structural system that bears the horizontal forces, (2) and the
structural system that consumes the kinetic energy in the inelastic field. The results prove that the floor
direction can rely on a seismic structure that consists of a fictitious (ideal) frame, which beams are the set of
R.C. unidirectional elements that compose each floor, which columns are the actual R.C. columns of the
building, and which beam-column joints stem from the beams of the actual frames. Although each R.C.
unidirectional element that composes the floor has a moderate structural capacity, the set of such elements
in a floor guarantees a considerable total bending capacity (elastic and inelastic). Each R.C. column does
not exhibit a weak horizontal direction, contrary to the building. Each beam of the actual floor guarantees the
bending capacity of the above-mentioned ideal beam – real column joint by means of its torsional capacity.
2.2
Task 2 (FC): Calibration of Confidence Factors (Monti)
UNIROMA1: The activity done during the third year concerned the development of a Bayesian procedure for
the assessment of concrete and steel strength and the calibration of confidence factors (CF).
The confidence factors to be applied to the mean strength values can be assessed by the bayesian method,
which can take into account kind and amount of individual testing method.
The bayesian method allows to employ destructive and non-destructive testing results to up-date a prior
probability distribution function. Destructive and non-destructive testing results are separately employed,
taking into account individual testing reliability.
The confidence factors value is calculated each time by a closed form equation and is a function of the
number, the kind and the reliability of each testing employed and by the reliability of prior information.
This work assesses the possibility of a large-scale employment of non destructive testing methods for the
evaluation of materials strength.
The equation developed for CF evaluation has been found by regression analysis applied to the reference
values and to the design values.
The procedure for the evaluation of the CF follows the next steps: collection of a priori informations; selection
of testing methods (destructive and non destructive); evaluation of the standard deviation of each testing
method; execution of the tests and evaluation of the mean and the standard deviation for the single methods;
evaluation of the parameters in the equation of CF; evaluation of CF.
UNINA: The case-study structure consisted of the central frame of a four-story RC scholastic building located
in Avellino. The structure in question is designed for gravity loads only. A three-dimensional model of the
structure was developed using SAP, based on the original design documents. An elementary list of the
possible types of the structural detailing parameters (a.k.a., structural defects) was prepared, including a set
of plausible values and their corresponding weights. This list was employed as a basis for the preparation of
a survey questionnaire addressed to the professional engineers in the field. The results of this survey serve
to characterize the prior probability distributions for the structural detailing parameters. A simulation-based
algorithm is implemented for calculation and updating of the structural reliability. The probability of failure is
calculated using numerical integration methods, such as Monte Carlo simulation and Subset Simulation.
Each realization within this simulation algorithm corresponds to a non-linear static analysis followed by the
capacity spectrum method. Both the structural reliability and the probability distributions for the modeling
parameters are updated using the Bayesian framework and based on the results of in-situ tests and
inspections. A simplifying method has been developed which succeeds in efficiently reconstructing the
probability distribution for the structural behavior parameter based on few structural analyses.
2.3
Task 3 (IRREG): Assessment of NL behaviour of buildings, with emphasis on
irregular ones (Monti, Spacone)
UNIROMA1: Initially, the research activity, carried out together with the other R.U., concentrated on the draft
of a guide line for the use of nonlinear analysis in the assessment of existing R.C. buildings. In particular, the
contribution of the UNIROMA1 R.U. to the guide line dealt with the following issues: the definition of the
sources of structural irregularities in plan, the identification of the pros and cons in using the chord rotation
as a parameter for the evaluation of the local seismic demands in beams and columns, and the definition of
three case studies of RC frame buildings for testing and comparing different nonlinear analyses procedures
proposed in codes and literature.
Then, the research activity focused on the evaluation of the critical parameters that influence the nonlinear
seismic response of asymmetric-plan buildings. In order to achieve this objective, the UNIROMA1 R.U.
performed comprehensive nonlinear dynamic analyses on both single and multiple story frames
characterized by different strength and stiffness configurations representative of a large class of existing
buildings. Based on the obtained findings, a new pushover method that explicitly takes into account the
torsional behaviour of asymmetric-plan buildings has been defined. The effectiveness of the proposed
procedure has been finally evaluated by comparing the seismic demand of selected case studies with that
obtained through both nonlinear dynamic analyses and other pushover methods from literature.
UNICH: Different lines of research were followed: a) nonlinear analyses of the regular and irregular
reinforced concrete buildings designed by UNIROMA1. The analyses were carried out with program RAMPerform, which will soon become the nonlinear analysis module of SAP2000; b) nonlinear analyses of a
reinforced concrete building with different levels of modeling details. The sensitivity studies started in
previous years were completed. Sensitivity of the response parameters to uncertainties in the input
parameters were analyzed, mostly the ground motions and the mechanical characteristics of the building.
The quality of natural and generated accelerograms for nonlinear dynamic analyses was also studied, along
with their influence on predicting the seismic demand on the structure; c) investigation of the influence of the
direction of the input ground motion in nonlinear static and dynamic analysis through the application to very
simple nonlinear one-storey reinforced concrete structures; d) coordination of practical guidelines for
nonlinear analysis of reinforced concrete buildings. Task d) was carried out in cooperation with all other
research units. For the other tasks, there was interaction with UNIROMA1, UNISA, UNINA, UNIVE.
UNIFI: This Research Unit (RU) has firstly completed its work on nonlinear seismic response of plan irregular
structures, contributing, among other papers, Section 1.3.5 entitled „Evaluation of rotational response of
nonlinear asymmetric systems‟ to the document „Methods of nonlinear analysis for r.c. existing buildings‟,
developed jointly within the research Line 2.
Furthermore, two simplified methods, easy to be used in the professional practice, have been studied to
evaluate the ratio of uncoupled torsional to lateral frequencies and the static eccentricity; for some case
studies, their results have been compared to those from more complex methods. Such estimates, that can
be drawn rigorously in the case of one-storey buildings or of particular classes of multi-storey buildings only,
are of primary importance both for characterizing torsional response and for extending applicability of
pushover analysis to irregular buildings, as it has consistently emerged from investigations of this RU.
Finally, UNIFI has further investigated applicability of pushover analysis, as modified with a procedure
proposed by Fajfar in 2005, by analyzing one-storey simplified models, multi-storey building models and
existing buildings, the last ones presenting complex irregularity conditions.
During the above-described investigations, UNIFI has co-operated with all other RUs involved in Task 3,
particularly with UNIBO and UNIROMA1.
UNINA: An irregular in elevation plan frame belonging to an existing building placed in Londa (FI) is analysed
in accordance with the New Italian Code (NTC, 2008 and Istruzioni per l‟applicazione delle “Norme tecniche
per le costruzioni”, 2008). The structure has been modelled and analysed both taking into account the
possible shear failure and only considering the non linearity in terms of moment-rotation. This model has
been submitted to non linear static analysis, providing the real building strength.
Furthermore, the seismic response and design of RC frames with strength discontinuities in elevation is also
analysed. The irregularities are obtained assigning overstrengths either to the beams or to the columns of a
“regular frame” (assumed as reference). The “regular frame” is designed according to the Eurocode 8 (EC8)
Medium Ductility Class (DCM) rules. The overstrengths of presumed irregular frames are assigned modifying
the reinforcement either of the beams or of the columns at different floors.
The criteria for the vertical strength regularity assessment provided by many international seismic codes are
applied to all the generated frames. To this purpose, the storey strengths are computed by two different
methods: the first one only takes into account the flexural resistance of columns, while the second one also
considers the beam flexural resistance. Non linear static and dynamic analyses are performed: mechanical
non linearity is concentrated at the element ends. These analyses are carried out according to EC8
provisions: for non linear static analysis the N2 method is applied; in the case of non linear time-history
analyses, seven real earthquakes, selected in order to fit on average the elastic design spectrum, are used
as input.
UNIBO: The activities developed by the U.R. UNIBO can be summarised as follows:
linear and non linear parametric numerical simulations for the evaluation of the effectiveness of the
estimation of the maximum rotations provided by the simplified methodology proposed;
linear and non linear parametric numerical simulations for the evaluation of the effectiveness of the
estimation of the maximum displacements of the flexible side provided by the simplified methodology
proposed;
sensitivity analysis of the torsional response of asymmetric systems upon structural parameters;
investigations aimed at the formulation of a corrective eccentricity capable of leading to an estimation of
the maximum rotational dynamic response of asymmetric systems by means of static pushover
analyses;
analytical (by assimilating the seismic responses of asymmetric systems to stochastic processes) and
numerical investigations aimed at the evaluation of the effects related to the non-contemporaneity of the
maximum rotational and longitudinal responses of the structure.
IUAV: (1) Non-linear static analyses of the case studies and of other cases with the codes Sap2000,
MIDASGen, Perform 3D. These analyses have been carried out with the following different systems of
horizontal forces:
(a) Proportional to the products of the masses times the displacements of the modal shapes, and thus with
the resultant direction equal than the base shear of the relevant modal shapes (accounting for the first two
modes of vibration). (b) Proportional to the masses and directed as the base shear of the first two modal
shapes. (c) With distribution proportional to the masses and directed as the sides of the plant of the analyzed
building. (d) Proportional to the product of the masses times the displacements of a triangular modal shape
(with maximum at the top), and directed as the two sides of the rectangular plant of the analyzed building.
(2) Seismic analysis of buildings with a significant difference in the two horizontal seismic capacity.
(3) Parametric analyses of the relationship between the seismic action direction and the building behavior.
(4) Post-processing, by the Mathcad software, of the results of Sap2000 and Perform 3D as regards chord
rotational and failure modes, in order to perform the seismic assessment as prescribed by OPCM 3431/2005.
(5) Numerical analyses by plastic hinges FEMA PMM of the case studies and other cases with MIDASGen.
(6) Investigation of a-priori parameters that have the potentiality of defining a-priori the seismic behavior.
(7) Development of a result post-processing to use the output of the code MIDASGen in the assessment.
UNICT: In order to solve the problem that pushover analysis, either by itself or with corrections suggested by
other researchers, is not always effective in predicting the in-plan rotations of an asymmetric structure during
the inelastic response to a seismic event, Research Unit UniCT proposed to consider for each element the
maximum displacement provided by two pushover analyses, with forces applied in different positions
(defined by means of “corrective” eccentricities). In order to analyse this approach, R.U. UniCT performed a
wide numerical study in which all the parameters which rule the problem (mass, stiffness and strength
distribution) vary within a large range of values. This study has been performed with reference to one-storey
3D models with only one symmetry axis, subjected to seismic action in the non-simmetric direction. These
models allow an easy manipulation of the parameters and a fast execution of the analyses. It has been
developed a computer program which allows: the automatic generation of 3D one storey models, according
to given criteria and with reference to given values of the main parameters; the performing of non linear
static and dynamic analyses (the first ones with different values of the location C of horizontal force); the
comparison of the results and the evaluation of two limit position of C which allow pushover analyses to
envelope displacements of dynamic non linear analysis. The obtained results pointed out an approximately
linear dependence of corrective eccentricities from eccentricities among mass, stiffness and strength centres
and the substantial non-relevance of other parameters of the system.
UNISA: The activities carried out by the RU of UniSA focused on the comparative application of different non
linear static and dynamic analysis methods for existing RC structures which are more and more common for
reproducing the seismic response of structures and quantifying their seismic vulnerability. In particular, the
following issues have been addressed:
- comparative analysis of various capacity models available in the scientific literature for defining the
relevant performance levels for structures under earthquake shaking; the research started by the
theoretical definition of the different damage measures currently adopted for representing seismic
response of structures (interstorey drift, top-storey drift, chord rotation, plastic rotation, etc.) and
proposed a comparative application of those measures on the three case studies shared with the
other units participating in the task;
- comparisons between non linear static analyses of RC structures aimed at determining the accuracy
of those methods with respect to time history analyses assumed as a reference;
- definition of a simplified procedure based on non-linear static analyses for deriving fragility curves
and evaluating the probability of achieving the relevant Limit States.
Within the framework of the above activities, three case studies have been considered and assumed among
the various RU taking part in the task.
2.4
Task 4 (MIX): Assessment and strengthening of mixed-type (masonry/rc)
buildings (Manfredi)
The main activities of the third year were mainly focused on a series of non linear numerical analyses that
have allowed identifying the importance of slab in sharing the seismic action between masonry and RC
elements on the base of in-plane stiffness slab and emphasizing the important role of masonry in supporting
the horizontal action, in the linear and non linear field.
A three storey building has been studied. Starting from a masonry building (Model A), the internal masonry
walls were replaced with reinforced concrete frames having RC columns in the masonry walls for completing
the structural mesh (Model B). A third model has been obtained by the partial removal of interior walls,
leaving only the stair core to which connecting the beams of the frames (Model C). In the case of models B
and C has been also investigated the seismic action distribution considering the presence of curbs or chains
on the masonry walls. In fact the presence of these elements strongly increase the masonry walls resistance.
The flexural and shear failure modes of masonry walls have been considered in numerical analysis with the
achievement of collapse walls conditions governed by the inter-storey drift. A bilinear model has been
adopted for RC elements with limited resistance and the same slope in charge and discharge.
A lumped plasticity model has been adopted for RC elements and flexural and shear failure modes have
been considered.
The use of non-linear models for RC and masonry elements is essential in order to investigate the seismic
elements behaviour with the evolving process of loading up in non-linear field. In fact, the analysis
highlighted in the linear field the fundamental masonry role in withstanding the seismic action, due to high
masonry stiffness compared to the reinforced concrete elements, whereas in non-linear field, the contribution
of different technology elements to sustain the seismic action may become comparable.
The UR UNIROMA1 research is the development of the numerical study started during the second year on
different models. The analyzed models represent mixed building with RC frames and masonry panels acting
in parallel and connected through beams and slabs.
The first model is a simple in plane model constituted by an RC frame and a masonry wall connected
together at the top by means of an elastic element with different stiffness values. The dimensions and
materials of the frame are typical of structures designed with no seismic actions.
The second one is a three dimensional model consisting of perimeter masonry walls and internal RC frames.
It is a three stories building with a rectangular plan. The frames are three span frames, with beams
supported by two intermediate columns and two masonry buttress. Moreover, a model in which the RC
internal frames are substituted with masonry walls is also examined with the aim of analysing the structural
effects due to the replacement of internal masonry walls with RC frames.
All of the models were studied by means of non linear static analyses (push-over) performed with the code
ADINA. The masonry was modelled by means of a smeared cracking material. RC columns were modelled
as “multilinear-plastic beam” while beams and slabs as “linear elastic beam” and “shell” elements,
respectively.
2.5
Task 5 (TAMP): Influence of infills on structural response (Papia)
With reference to the numerical analyses, a first series of investigations was carried out by R.U. 04 (Roma
1): the seismic behaviour of the infilled RC buildings, which had been analysed by means of nonlinear static
analysis during the second year, was detected by a step-by-step nonlinear dynamic analysis, considering
different infill panels distributions over the building height. Mainly, recorded accelerograms were used in the
analyses. The structural response was examined mostly through the analysis of displacement parameters,
such as the inter-storey drift, the top displacement, the displacement ductility and the columns rotations, and
energy parameters, such as the energy dissipated through inelastic deformations. A comparison was
performed between the demands and the corresponding capacities. Moreover, with the aim of evaluating the
structural damage levels, a global damage index, which involves the evaluation of the maximum inter-storey
drift and the hysteretic energy demands and capacities, was adopted.
A second series of numerical investigations was carried out by R.U. 10 (Chieti), where the equivalent
diagonal strut proposed by FEMA 273-274 (Federal Emergency Management Agency) was adopted to
model the infill panels. This model will soon be included in the U.S. seismic codes. The model parameters
were calibrated considering the results of the experimental campaign by Mehrabi & Shing (1997) on RC
frames with 1 and 2 bays and with solid and hollow concrete block infills. The model was implemented in the
Opensees environment; the concrete frame was modelled with nonlinear fibre elements. Two different
approaches were considered to model the shear behaviour of the columns: in the first case, the likely failure
of the columns was assigned to zero-length elements located at the height of the diagonal equivalent strut
ends; in the second case a V-γ law was associated to every column section through the section aggregator
provided by Opensees.
The experimental part of the research program was carried out by R.U. 15 (Palermo) and R.U. 02 (Pavia).
Six one-bay one-storey RC frames, representing typical meshes of a RC framed structure, were tested by
R.U. 15. The infills were constructed by using the three kinds of masonry materials that had been tested in
the previous year of the research program. For each kind of infill panel (made by using calcarenite ashlars,
hollow clay bricks or light-weight concrete blocks) two square frames, having side measuring about two
meter, were tested. During each test the columns were subjected to a constant level of compression in order
to simulate the vertical load transmitted by ideal upper floors. With reference to the lateral actions
representing seismic effects, a cyclic load history with increasing maximum value at each cycle was adopted
up to the achievement of the lateral resistance of the frame; subsequently, a cyclic lateral displacement
history was adopted, by assigning increasing amplitudes up to the collapse. These experimental tests had
the following objectives: - to verify the reliability of the lateral resistance values that can be deduced by the
knowledge of the mechanical properties of the infill panels; - to observe the cracking picture and collapse
mechanism of the infilled meshes; - to calibrate the parameters characterizing the hysteretic cyclic behaviour
of a diagonal strut model proposed by the R.U. 15 components in a previous study.
The experimental investigation carried out by R.U. 02 (Pavia) refers to a three-storey 3D framed RC
structure. It was completed in accordance with the following four phases: 1) Transportation of the test
specimen into the laboratory: in order to avoid possible damage during the transportation from the outside,
where it had been constructed, to the inside of the laboratory, where it would be tested, the framed structure
was heavily stiffened with a complex scheme of internal bracing. Hydraulic actuators were then employed to
lift the structure from the ground; they allowed the subsequent introduction of industrial airbags (AeroGO –
Load Modules system) that permitted the specimen to be pushed onto the shaking table. 2) Arrangement of
additional storey masses and infill panels: the additional 27 tonnes mass, which was required to respect fully
the laws of similitude between the full-scale prototype and its reduced-scale counterpart, was introduced by
means of nine 25 cm thick concrete blocks per storey. The external infill panels, with and without openings,
were also added at this stage. These 5 cm thick panels, tailor-made so as to ensure that their stiffness
rapport with respect to the RC frame elements corresponded to that typically found in actual buildings, were
constructed by using Gasbeton material (supplied by RDB). 3) Model instrumentation: with a view to
measure all structural response quantities of interest, 180 analogical transducers were attached to the
different parts of the model, with typical higher density in areas of expected damage concentration. In
addition to “traditional” instruments (accelerometers, potenziometers, etc), high-resolution video cameras
were also employed. 4) Dynamic tests: the test specimen was then finally subjected to a record from the
Montenegro 1979 earthquake (Herceg-Novi station), acting in the longitudinal direction (Y), scaled to
different levels of intensity (i.e. different values of PGA) with a view to simulate earthquakes of low, medium
and high intensity.
At UNIROMA3 experimental tests on infilled r.c. frames (1: ½ scale), on materials (concrete, steel, blocks
and mortar), on subassemblages (small panels) have been performed. In order to calibrate equivalent strut
models, comparisons between numerical and experimental response have been carried out. Further
comparisons have been made among experimental results on both bare and infilled frames in order to
evaluate the infill effects as well as its uniaxial force-displacement relationship. Characterization of strut
parameters have been carried out on the basis of mechanical properties of materials and components. The
constitutive models for masonry infills have been also calibrated in order to predict the cyclic response of
infilled frames.
A design criterion for protection of infilled frames through nonlinear dissipative brace system based on
pushover analysis has been set up. It has been validated by non linear dynamic analyses. The validation is
based on the comparison between design target in terms of displacement and the resulting displacement
from non linear dynamic analysis under natural accelerogram.
All the activities were developed in accordance with the research program pertaining to each R.U., which
was established from the beginning of the research itself and updated during its carrying out. In the
occurrence of the fully attempted Conference of the research groups concurring to the objectives of Line 2
program (Rome, may 2008) the progress level of the activities was verified in order to complete in time the
research program concerning this Task.
2.6
Task 6 (SCALE): Behaviour and strengthening of stairs (Cosenza)
The main objectives pursued are the followings: (a) technical literature review of the main stairs typologies in
the existing buildings; (b) design/construction practices analyses of the main stairs typologies with reference
to codes provisions enforced between 1940s-1980s. With reference to the former point, several available
manuals and books at the time of construction and codes used from 1909 to the 1980 has been analysed in
details with a critical judgement based on the actual knowledge. Examples of stairs designed for only
gravitational loads have been studied with reference to different typologies.
The knowledge of structural solutions and design practice of stairs of gravity load designed structures is of
great importance to define their real geometric definitions and to understand their performances. The
attention has been focussed on the design approach related to the main stair substructure members (stairs
slabs and inclined stair beam). Some numerical modal linear and non linear analyses on typical buildings
have been performed, giving some interesting results and some good features on the problems related to the
mechanical and geometrical modelling of the structural elements of the stair. The first results have confirmed
the importance of considering the interaction among the different element internal forces, in particular the
axial force-moment interaction in the inclined stair beam, the shear-moment interaction in the columns. A
critical study has been conducted on the different shear strength formulations present in literature, in order to
simulate a potential shear failure in short columns, that can be easily found in most buildings. The pushover
analysis by using a lumped plasticity model has been performed to evidence critical zones and possible
failures. Preliminary seismic static studies by using spread plasticity models have been also performed, this
modelling will be used in the third year to conduct dynamical analyses.
An experimental set-up has been defined, a single span frame having an inclined beam in real scale has
been designed.
2.7
Task 7 (NODI): Behaviour and strengthening of beam-column joints (Masi)
Further tests were carried out during the third year by the UNIBAS RU, and the experimental results of
tests carried out during the project were carefully analysed (UNIBAS UNIUD and UNISA RUs). UNINA
mainly dealt with the analytical modelling of the joints. All the RUs went on a wide literature review on
subject.
rd
Details on the main activities carried out during the 3 year, as provided by each RU, are reported in
following.
the
RU
the
the
UNIBAS: Main activity of the UNIBAS RU has been the execution of a wide experimental program on
external beam-column joints relevant to typical existing RC buildings having different Earthquake Resistant
Design (ERD) level. Specifically, joints designed to resist only to gravity loads and joints relevant to
structures designed according to the recent Italian seismic code (OPCM 3274 and 3431) have been
considered. The experimental program has been carried out at the Laboratory of Testing Materials and
Structures of the University of Basilicata, Potenza. Experimental activity has been supported by a wide
literature review on experimental programs made in Italy and in other countries.
In particular, the main activities carried out during the third year of the Project are as follows:
- State of the art of experimental programs carried out by other authors all over the world concerning test
modalities, joint shape (i.e. L, T and C joints), and type of observed failure mechanism. Main objective of this
state of the art was to correlate the failure mechanism to reinforcement amount and details (as a
consequence of the seismic design level), to the axial force applied and to loading scheme used in the tests.
- An interactive database containing all the collected papers on the subject has been constructed. The
papers were collected taking into account the type of specimen and test set-up, the reinforcement detailing
and the axial load value.
- As for the experimental part of the program, external RC full scale beam-column joints were designed and
built with different characteristics in terms of earthquake resistant design (ERD) level and yield strength of
reinforcement (always deformed steel but having different ductile capacities). Specifically, a number of tests
have been performed on:
 specimens relevant to non seismic joints designed for gravity loads only;
 specimens related to joints designed for seismic zone 2 (medium seismicity);
 specimens related to joints designed for seismic zone 4 (very low seismicity).
The tests were executed controlling the displacement imposed at the top of the column applying an
increasing drift repeated for three cycles.
- Before the experimental tests, numerical simulations were performed in order to estimate the yielding drift
and shear of the specimen under consideration and to predict which element of the subassemblage (beam,
column, joint panel) could firstly collapse. Numerical simulations were carried out using a fiber finite element
model provided in the SeismoStruct software.
- During the tests several parameters related to the behaviour of the specimen have been monitored. In fact,
24 displacement transducers were installed to record deformations of the beam, columns and joint panel.
Other transducers were used to monitor displacements at the top of the column and at the beam end. Some
load cells allowed to record the axial and the horizontal load. Generally, tests were executed up to the failure
of the specimens.
- The experimental data have been analyzed to obtain the force-drift relationships, to estimate the dissipated
energy and the strength degradation, thus a comparison between the results from each test could be made
and the role of the selected parameters could be evaluated. For each test a report containing specimen
characteristics and main results (also displayed in some diagrams) has been prepared. The reports have
been also provided with a series of pictures taken during the tests.
- During the project a frequent interaction with the other RUs was developed mainly based on file and
document exchange, as well as during the general meetings of the Research Line 2 or during some specific
th
meeting of the Task. It has to mentioned the joint paper presented at the 14 World Conference on
Earthquake Engineering (Masi A., Santarsiero G., Moroni C., Nigro D., Dolce M., Russo G., Pauletta M.,
Realfonzo R., Faella C., Lignola G.P., Manfredi G., Prota A., Verderame G.M., Behaviour and strengthening
of RC beam-column joints: experimental program and first results of the research activity in the framework of
th
DPC-Reluis project (Research Line 2), Proc. of 14 WCEE, October 12-17, 2008, Beijing, China). Interaction
has been particularly deep with UNINA RU. Experimental data of some tests have been shared with UNINA
RU to carefully analyse the test results performing numerical simulations based on accurate non-linear finite
element models.
UNINA: The main activities carried out by the UNINA R.U. are described in the following.
Analytical modelling by using Finite Element DIANA software to analyze real scale tested specimens
characterized by geometrical and mechanical properties, e.g. concrete materials and smooth bars, and also
deficiencies typical of the existing structures, as they have been individuated in the available scientific
literature during first year activities. Following the numerical analyses conducted during the second year
(plane internal joints), during the third year external plane joints have been analyzed based both on joint
layouts available in literature and those tested by the UNIBAS R.U.. The numerical (F.E.M.) parametric
investigations allowed evaluating the typical failure modes and cracking patterns and the impact of the main
parameters involved in the formulation of the analytical models for strength predictions available in literature,
individuated in the first year. The numerical model has been accurately validated based on experimental
campaigns available in literature and those conducted by the UNIBAS R.U.. The analytical equations for
strength prediction available in the Code have been explicitly checked through numerical simulations on joint
panels deigned to fail or not to fail according to the code definitions.
UNIUD: During the third year all the diagrams of the measures obtained from the tests performed on the
exterior joints in the first 2 years have been plotted. Firstly, the diagrams of force, crack opening at the
beam-column interface, slip of beam longitudinal bars and joint core strains, versus displacement imposed at
the beam end, obtained both from not-strengthened and strengthened joints, have been plotted. Particular
attention has been paid to the interpretation of the force-displacement diagram, on which also the theoretical
calculus values of the forces that should have caused respectively the yielding of the beam longitudinal bars,
the cracking at the beam-column interface and the slip of the beam longitudinal bars anchored into the joint
core, have been reported. The other diagrams, together with the visual observations, have been used to
validate the interpretation of the former. Successively, the results obtained from the not-strengthened joints
have been compared with those of strengthened ones by plotting the diagrams force envelope, dissipated
energy in terms of cumulative work done during the test and variation of the secant stiffness calculated at the
first cycle of every loading step, versus the displacement imposed to the beam.
These diagrams have been interpreted in terms of increase in force, ductility, and energy dissipating
capacity, and in terms of relative reduction of stiffness, at the increase of the imposed displacement.
UNISA: The activities of the RU of UNISA on the present task basically developed onto two main branches
briefly outlined below:
 cyclic tests carried out on base joints for two axial force levels (v=0.14 e v=0.40) pointed out the relevant
enhancement in terms of ductility induced by FRP confinement. Such enhancement of rotational capacity
– basically unaffected by the axial load value – is usually more relevant in the cases of confinement by
glass-fiber composites (GFRP). Moreover, confinement also result in relevant increase in flexural
strength for higher axial load levels (v=0.40); an even more relevant enhancement in terms of strength
has been observed as steel angles, variably connected to the base, have been considered: critical
issues of the various details of connections have been pointed out in terms of resulting ductility and
strength of the structural response. Finally, the different behavior of nodes reinforced by either smooth or
deformed bar emerged by the tests.
 assembling a wide database of experimental results currently available in the scientific literature and
derived by monotonic and cyclic tests on beam-to-column joints in RC structures; several theoretical
models have been proposed for evaluating shear strength in such joints and a wide validation of those
models has been carried out by means of the results collected within the above mentioned database.
The former part of the research program has been developed in strict connection with other activities and
research units involved in the same project, even on other lines (such as Line 8 devoted to composite
materials in structural strengthening of existing members).
2.8
Task 8 (BIAX): Behaviour and strengthening of columns under combined axial
load and biaxial bending and shear (Fabbrocino)
The activity of the R.U. UNINA was focussed on eight experimental tests on r.c. square or rectangular full
scale columns under constant axial load and uniaxial bending; both tests under monotonic or cyclic action
were performed. Details about the experimental program are reported in Table 1. Each test was performed
under displacement control; in particular, in the case of cyclic tests, successive cycles progressively
increased by 12 mm of displacement amplitudes (excepting for the first two cycles characterized by a
displacement increase of 6 mm) in each direction at a rate ranging from 0.2 to 1.0 mm/second. In each cycle
the target displacement was achieved three times. Strain gages were applied on the reinforcing internal
rebars and LVDTs on the columns in order to investigate global and local behaviour as well as energy
dissipation capacity of tested specimens. A comparative analysis of experimental outcomes pointed out the
internal rebars (plain or deformed) influence on the behaviour under seismic action of r.c. columns typically
fundable in existing structures.
30x30
Longitudinal
Reinforcement
Steel Rebars type
Normalized Axial Load,
Action type
Number of tests
8 12
UNIAXIAL TESTS
Cross Section BxH (cmxcm)
30x30
50x30
8 12
12 12
Plain
Deformed
Plain
0.2
0.2
0.1
Monotonic
Cyclic
Cyclic
2
2
2
Table1 – Experimental tests carried out
30x50
12 12
Deformed
0.1
Cyclic
2
Once experimental tests were performed, the R.U. was involved in the definition of biaxial tests test setup.
Sixteen experimental biaxial tests on square or rectangular full scale r.c. columns are foreseen. Reaction
frames, spherical hinges and steel devices have been designed and realized in order to perform tests on
columns under contemporary presence of constant axial load and biaxial bending. Theoretical analyses have
been carried out in order to predict the experimental behaviour in terms of strength and deformability of
columns under combined biaxial bending and axial load; the theoretical analyses have been performed by
using a software, based on a fibre model, specifically implemented during the first two years of the research
project. The execution of experimental tests is scheduled during next months.
UniCT Research Unit analysed the behaviour of a member under axial force and biaxial bending. Many
studies point out the opportunity of taking into account the actual stiffness of a member in the structural
analysis, but they do not provide simple indication on how correctly do this. The study carried on is based on
the research activity performed by the UniCT R.U. in the first two years, which produced a fibre model which
describes the behaviour of r.c. cross sections, subjected to axial force and biaxial bending, differentiating the
behaviour of the cover, which has always a brittle failure, from that of the core, which may present a more
ductile behaviour thanks to the restraining effect of the ties. The fibre model of the whole member, now
proposed, subdivides it into small elements, each described by the previously developed model for the cross
section. Each element, after having reached the maximum bending moment, might go on with increasing
deformation together with decreasing bending moment, or might unload in a linear way. The member model
differentiates the element according to their post-maximum behaviour. The model accounts also for the
bending moment-shear force interaction, by assuming that, because of the slope of the strut, each element is
subjected to the bending moment acting at a distance which depends on the cross section depth and on the
strut slope. The model includes also the deformation of the reinforcing bars in the node, by adding a rotation
at the end of the member.
UniCH research unit: Different lines of research were followed: a) nonlinear analyses of the regular and
irregular reinforced concrete buildings designed by UNIROMA1. The analyses, under way, are carried out
with program RAM-Perform, which should become the nonlinear analysis module of SAP2000. Tests were
also carried out using program MIDAS, which contains force-based fiber section models; b) nonlinear
analyses of a reinforced concrete building with different levels of modeling details. The focus was on the
different between unidirectional and bidirectional seismic input, and therefore on the biaxial response of the
structural elements; c) investigation of the influence of the direction of the input ground motion in nonlinear
static and dynamic analysis through the application to very simple nonlinear one-storey reinforced concrete
structures; d) coordination of practical guidelines for nonlinear analysis of reinforced concrete buildings. Task
d) was carried out in cooperation with all other research units.
The activities of the UR UNIROMA1 (Monti) concerned the development of a simplified method for
assessment of rectangular columns subjected to combined biaxial bending and axial load; the method allows
to avoid the numerical integration required for solution of the equilibrium equations; it is based on the
analytical approximation of the 3D failure surface by sections at constant axial load. The curves which
represents the sections of the 3D failure surface with planes at constant axial load are analytically expressed
by means of equations given as the sum of the acting/resisting moment ratio in the two directions, elevated
to an exponent which is function of the acting axial load, the reinforcement ratio and the section shape. The
work concerns a clearer definition of the dependence of the exponent in the load contour equation on
section‟s geometrics and mechanics parameters and on the axial load. To this aim an analytical relation has
been developed by means of application of least square method. Closed-form equations for computing the
uniaxial resisting moments of sections with two-way steel reinforcement are developed too. The method
developed for the approximation of the 3D failure surface for resisting moments is extended to the evaluation
of the section curvature; closed-form equations for computing the uniaxial curvatures of sections with twoway steel reinforcement are developed too. The proposed method has been developed for FRPstrengthened sections too.
UNIROMA3. Eigth 1:6 scaled column specimens (1.50 m height and 50 cm diameter, 2.30 m height and 50
cm diameter) already damaged in previous research projects have been repaired and retrofitted. Repairing
and retrofitting operations have been carried out in the Laboratory of the Department of Structures at the
University of Roma Tre, by using self compacting concrete (SCC), stainless steel rebars and fiber composite
strips (FRP).
The stainless steel bars, used for damaged reinforcing bar substitution at the column base, have been
welded to the ends of the remaining longitudinal bars. Transversal damaged hoops have been substituted
with frp wrapping. Then, the repaired piers have been subjected to pseudodynamic tests.
The mechanical characteristics of the adopted SCC have been carried out through preliminary tests on both
bare and wrapped cilindric specimens.
The mechanical characteristics of the adopted stainless steel rebars have been obtained through preliminary
monotonic and cyclic tests.
The pseudodynamic system has been completed also on the basis of previous research funds. Test
equipment is able to produce forces up to 500 KN and displacements up to +/- 200 mm.
2.9
Task 9 (PREFAB): Behaviour and strengthening of prefabricated industrial
structures (Toniolo)
The activities of the four U.R. involved are herein reported; the interactions between the U.R. have been
guaranteed by constant informal contacts occurring by email, telephone etc. between the coordinator of the
Task and the leader of the U.R. Moreover, two plenary meetings (10/01/08, 29/05/08) within the participation
of some members of ASSOBETON to inform and update each U.R. on the development of the research
work. The research activities of each U.R. are reported below:
In the following sections, the main activities carried out in each Task are described.
UNINA-UNIMOL: the results obtained by the tests for the determination of the concrete - neoprene friction
coefficient varying the axial stress have been interpreted through an analytical formulation, which has been
compared with the bibliographical ones.
The main objective of this experimental research project is to quantify the characteristic parameters of the
seismic behaviour (in terms of ductility, strength and stiffness) of the beam-column connections commonly
found in precast structures; such connections typically consist of pairs of steel bars passing through the joint,
in order to create a sort of hinge in the vertical plane containing the axis of the beam and to avoid rotations in
the orthogonal plane.
The test procedure has been presented in details, describing the experimental set-up, the load history and
the parameters to be measured, in order to obtain general-validity results, consistent with the models used in
structural analysis.
The dowels of the beam-column connection are embedded inside the columns, with or without composite
slab; The slab is commonly found at the intermediate floors of multi-storey precast buildings.
Shear and longitudinal bending tests are performed under both monotonic and cycling loading. In the former
case, the tests are carried out up to the failure of each specimen, in order to measure the entire loadingdisplacement curve (“skeleton” curve) and to identify the displacement levels to be considered in the cycling
tests.
The experimentally-derived mechanical properties of the connections shall be introduced into global
numerical models that will be used in order to investigate the seismic vulnerability of precast structures.
POLIMI-UNIBO: The experimental activities, carried out by U.R, refer to a typical dry connection between
roof elements and beams. Monotonic and quasi-static cyclic tests according to a loading protocol defined
during the meeting 10.01.2008 have been performed. The aim was to define the strength, global ductility and
energy dissipation and suggest/implement possible modifications to increase the global seismic
performance. Two different test set-up have been considered:
- Tests on concrete blocks: the aim is to inestigate the behavior of the metallic dry connections. Steel L
plates connected through bolts and fasteners are subject to a transversal force simulating the horizontal
inertia forces passing thought the system (4 tests: 2 monotonic, 2 cyclic; imposed displacement);
- Tests on real precast members: these tests have been done with the intent to reproduce the real behaviour
of the system roof element-connection-beam. Full scale tests have been done considering portions of roof
members and beam. (14 test: 6 monotonic, 6 cyclic, 2 additional tests to measure friction due to neoprene,
inserted between the roof member and the beam);
The numerical investigations have been carried out by POLIMI in accordance with UNIBO. As first stage,
linear dynamic analyses (modal analysis, analysis with design spectra) have been carried out on critical
typologies of buildings (referring to the catalogue prepared in the first part of the project). In the second
phase non linear static (push over) and dynamic (time history) analyses allowed to investigate with higher
accuracy the structural effects related to diaphragm behaviour of the buildings. Set of real accelerograms,
opportunely scaled to EC8 Acceleration Design Spectrum have been adopted for the time history analyses.
3. RESULTS
In the following sections, the main results obtained in each Task are described.
3.1
Task 1 (MND): Non-destructive methods for the knowledge of existing
structures (Masi)
The results obtained during the third year are mainly made up by the execution and analysis of the
experimental investigations either on in situ real structures (UNIBAS, UNICAL, UNISA and IUAV RUs) or on
laboratory specimens (UNIBAS and UNISA RUs), by the setting up of some procedures to estimate the in
situ concrete strength (UNIBAS RU) and for the uncertainty treatment in the evaluation of the structural
characteristics of existing strucures (POLIBA RU).
nd
Details on the main results obtained during the 2 year, as provided by each RU, are reported in the
following.
rd
UNIBAS: The main results obtained by the UNIBAS RU during the 3 year come from the completion of the
wide experimental program set up and partially carried out during the previous years. Working on more than
20 RC beam and column members, several hundreds of non destructive tests (NDTs) and more than 50
destructive tests (cores) have been globally carried out.
Analysis of results confirms a large scatter of the core concrete strength both in a single member and among
members extracted by the same story of a building. Lower scatters were detected for the NDT results with
the exception of the surface ultrasonic velocity, as already found in previous investigations. As a result of
these findings, the role of some factors influencing the in situ concrete properties has been carefully
evaluated, and some criteria to suitably select locations for sampling have been provided.
The procedure for the evaluation of the concrete strength based on the Sonreb method, using both core and
NDT measurements, set up in the previous years, has been widely applied clearly showing its higher
prediction capacity when compared to the relationships currently available in the technical literature. It
requires that the relationship between the in situ concrete strength and the NDT measurements is
experimentally derived for the specific concrete under test.
As for the possible damage on core specimens due to drilling, the results have shown that the strength
reduction suffered by cores can be significantly influenced by the original strength value of the in situ
concrete. Consequently, adopting a constant coefficient to take into account drilling damage, as suggested in
the technical literature, can determine incorrect results. On the contrary, it appears suitable adopting
coefficient values, obtained during the research, which are inversely proportional to the core strength as
provided by the compression test.
Finally, some important results have been obtained regarding the effect of core drilling on the structural
members, performing tests before and after a possible restoration. Further, some factors influencing the
relationship between the “local” strength provide by core specimens and the in situ strength of the structural
member as a whole, have been highlighted.
Some results obtained by the UNIBAS RU during the third year of the project have been reported in the
following papers published on journals and in proceedings of national Conferences:
1 Masi, A., Vona M., 2008, La stima della resistenza del calcestruzzo in situ: impostazione delle indagini
ed elaborazione dei risultati, Progettazione sismica, Anno I, No. 1/2008, IUSS Press, ISSN 1973-7432.
2 Masi A., Vona M., Nigro D., Ferrini M., 2008, Indagini sperimentali per la stima della resistenza del
calcestruzzo in situ basata su metodi distruttivi e non distruttivi, Convegno ReLUIS – Linea 2,
Valutazione e riduzione della vulnerabilità sismica di edifici esistenti in c.a., Roma, 29-30 maggio 2008.
3 Masi, A., 2008, Analisi di dati sperimentali per la stima degli effetti dell‟estrazione sulla resistenza di
carote prelevate da strutture in c.a.. Convegno ReLUIS – Linea 2, Valutazione e riduzione della
vulnerabilità sismica di edifici esistenti in c.a., Roma, 29-30 maggio 2008.
UNISA: The results obtained by the RU of UNISA by the activities carried out on the Task 1 are briefly
outlined below:
- the various formulations available within the scientific literature and some structural codes for
deriving the concrete strength by testing concrete samples in partially destructive tests usually lead
to widely scattered results;
- no general trends can be recognized for the spatial variability of the key mechanical properties of
concrete throughout the column axis, even in the case of the members considered in the present
campaign, formerly stressed by a simple load pattern; indeed, in some cases, the strength is smaller
at the bottom, as expected, but in other cases no clear trends can be observed as a possible result
of the combination of the effects of the load pattern and the casting process;
- although the members are cracked and damaged, the results of the sonic tests are affected by
scatters smaller than those deriving by the compression tests on concrete samples, as a possible
result of the discrete nature of cracks;
- the ratio between ultra-sonic velocity derived by indirect and direct measures are normally distributed
around the average value of 0.75;
- the rebound tests confirmed the substantial impossibility of recognizing general trends in the spatial
variability of the mechanical properties of concrete and led to values affected by scatters quite
similar to the destructive ones.
UNICAL: During the current third year of our research we have obtained the following results, in line with the
“cronoprogramme” agreed upon at the beginning:
- expansion of the experimental data collected over the previous three years and to be utilized in the ensuing
statistical analysis, by means, in situ, of non-destructive and semi-destructive tests on reinforced concrete
structures, both new and already existing in place;
- in order to test the compressive characteristich strength Rc of concrete, analysis of the data resulting from
the use of the Sonreb Method, for non-destructive tests,
- collection in a synthetic form, of the data resulting from the above-mentioned analyses;
- papers:
[1] R.S. Olivito, G. Spadea, A. Carrozzini, A.R. Spadafora, Strutture esistenti in cemento armato: controlli e
verifiche mediante tecniche non distruttive. Atti del convegno Valutazione e riduzione della vulnerabilità
sismica di edifici esistenti in cemento armato, Roma, 29-30 Novembre, 2008, E. Cosenza, G. Manfredi, G.
Monti editors, Polimetrica International Scientific Publischer, ISBN 978-88-7699-129-5, pp. 13-22.
[2] R.S. Olivito, G. Spadea, A. Carrozzini, A.R. Spadafora, Controlli non distruttivi di un edificio in cemento
armato in fase di realizzazione, Report 272, Dipartimento di Strutture, Università della Calabria, Facoltà di
Ingegneria, Novembre 2006.
[3] G. Spadea, A.R. Spadafora, Valutazione della vulnerabilità sismica di un edificio scolastico esistente
mediante esecuzione di controlli non distruttivi, Report 281, Dipartimento di Strutture, Università della
Calabria, Facoltà di Ingegneria, Novembre 2008.
POLIBA: Treatment of uncertainties in determining the characteristics of materials and more generally of
existing buildings parameters has been further deepened. The "alternative" fuzzy based approach for
uncertainty treatment has been included on an organic basis of a comprehensive mathematical axiomatic
recently developed by Prof. Liu. By its use has been develop a technique for the simultaneously use of
different forms mathematical variables uncertain.
This method has allowed to develop a code for the implementation of this method to characterize a generic
uncertain variable for which information is available under different nature from tests in number to justify a
full statistical description, such as in case of "expert opinions".
In addition to this software the following works have been produced:
1
Marano G.C.; G. Quaranta; Mezzina M. (2008). Fuzzy Time-Dependent Reliability Analysis of RC
Beams Subject to Pitting Corrosion. ASCE - JOURNAL OF MATERIALS IN CIVIL ENGINEERING
(ISSN: 0899-1561), vol. 20(9); p. 1-10;
2
Marano G., G. Quaranta, M. Mezzina. (2008). Analisi fuzzy della durabilità di strutture in cemento
armato soggette ad attacchi di cloruri. INDUSTRIA ITALIANA DEL CEMENTO (ISSN: 0019-7637) vol.
2, pp. 118-134;
3
G.C. Marano, G. Quaranta and M. Mezzina, “Hybrid technique for partial safety factors calibration”,
Convegno Nazionale RELUIS- Valutazione e riduzione della vulnerabilità sismica di edifici esistenti in
c.a., Roma 29-30 Giugno, 2008;
4
G.C. Marano, E. Morrone and M. Mezzina, “Approccio ibrido fuzzy per l‟integrazione e l‟interpretazione
delle prove non distruttive”, Convegno Nazionale RELUIS- - Valutazione e riduzione della vulnerabilità
sismica di edifici esistenti in c.a., Roma 29-30 Giugno, 2008
IUAV: The present task MND has defined the fictitious frame that gives rise to the seismic structure in the
floors-direction, in the case of R.C. buildings with sub-structural system made of unidirectional frames
(without any structural wall for the staircase and the elevator). The fictitious frame is dictated by the results of
the in situ geometric and mechanic survey. Based on the level of knowledge that has been attained by
means the in situ investigation, a beam is associated to each floor of the building and a beam-column joint is
associated to each support of the floor provided by the beams of the actual frame. In so doing, both
geometric and mechanic characteristics of the fictitious frame are provided, i.e., columns and beams of the
fictitious frame are defined. The results reached by the R.U. in this task include the geometric and mechanic
data that have to be obtained by the in situ investigation in order to reach the minimum level of knowledge by
which the fictitious frame can be defined, as well as how to optimize in situ investigation in order to maximize
the level of knowledge and then minimize the standard deviation of the parameters that define the fictitious
frame.
Further results include the definition of the capacity curve of the beams of the actual frames that have the
torsional rotation in the abscissa and the torsional moment in the ordinate (the latter becomes bending
moment in the floor). Since the torsional capacity of the beam is often inadequate, the results include as well
the strengthening work that increase such capacity and the models that permit to calculate such increment.
3.2
Task 2 (FC): Calibration of Confidence Factors (Monti)
UNIROMA1: The proposed methodology and the equation developed for FC have been testes on several
simulated cases and on testing made on several buildings. The simulated test show that the mean values
obtained applying the calibrated FC compared very well the exact ones; the test on real buildings shows that
the calibrated FC reflects very well the reliability of information.
The results of this work have been published in:
Monti, G., Alessandri, S., Goretti, A., Sbaraglia, L., Sforza, G.
(2006). Metodi non distruttivi: livelli di
conoscenza e fattori di confidenza. Convegno Nazionale “Sperimentazione su Materiali e Strutture”. Venezia
6-7 Dicembre 2006.
Monti, G., Alessandri, S., Goretti, A., (2007). “Livelli di conoscenza e fattori di confidenza”. XII Convegno
ANIDIS, L‟ingegneria sismica in Italia. Pisa 10-14 Giugno 2007.
UNINA: The uncertainty in the structural detailing parameters can significantly affect the assessment of the
seismic risk for the existing structures. It has been shown that the consideration of these uncertainties leads
to a non-negligible increase in both median and the standard deviation of the structural behavior parameter.
This result, in the context of the code-based confidence factors applied to mean material property values,
underlines the importance of the calibration of the confidence factors with respect to the global structural
behavior.
In order to estimate the probability distributions for the structural detailing parameters using the Bayesian
framework, one needs to estimate the corresponding prior probability distributions. It is demonstrated how a
small preliminary list of possible structural defects can be prepared, in which, for each defect, a set of
possible values and their relative weights are reported. Moreover, a questionnaire, destined to be addressed
to the professional engineers as a survey, has been prepared. The results of such survey are going to be
useful in creating a thorough database of the structural defects and their probability distributions.
The implementation of the in-situ test and inspection results in the Bayesian updating algorithm emphasizes
the effect of even a small number of structural tests in improving both the parameter estimation and the
evaluation of the structural reliability.
An alternative definition of the confidence factor has been proposed, in which it is defined as a factor by
which to divide the mean material properties in order to yield a value for the structural behavior parameter
that has a specified probability (say 5% or 1%) of being exceeded. For the case-study structure, it is
observed that the confidence factors calculated based on the above definition roughly agree with those
calculated based on the code specifications.
A simplified method has been proposed which succeeds in reproducing the probability distribution for the
structural behavior parameter based on very few analyses; this may help in the knowledge-based
determination of structure-specific confidence factors.
Publications
Jalayer F., Iervolino I., Manfredi G. “Structural Modeling Uncertainties and their Influence on Seismic
Assessment of Existing RC Structures”, under revision, Structural Safety, 2008.
Jalayer F., Iervolino I., Manfredi G.”Aggiornamento Bayesiamo dei Parametri di Modellazione
Strutturale e dell‟Affidabilità Sismica dei Edifici Esistenti in C.A.”, Atti di Convegno: Valutazione e
ridozione della vulnerabilità sismica di edifici in cemento armato, Rome 29-30 May 2008.
Jalayer F., Iervolino I., Manfredi G.”Influenza dei Parametri di Modellazione e dell‟incertezza
Assosciata nella Valutazione Sismica di Edifici Esistenti in Cemento Armato ”, Atti di Convegno:
ANIDIS 2007, Pisa 210-14 June 2007.
Jalayer, F., Iervolino, I., Manfredi G. “ Bayesian Updating of the Reliability of Existing RC Structures
Based on the Inspection Results”, 14 World Conference on Earthquake Engineering, Bejing 12-17
October, 2008.
Jalayer, F., Iervolino, I., Manfredi, G. “Using Markov Chain Monte Carlo Simulation for Robust
Reliability Assessment of Existing Structures Based on Inspection Results”, presented in:
ECCOMAS 08, Venice 1-4 July, 2008.
Jalayer, F., Iervolino, I., Manfredi, G. “Structural Modeling Parameter Uncertainties and their
Influence on Seismic Reliability of an Existing RC Structure”, presented in: COMPDYN 2007, Crete
13-16 June, 2007.
3.3
Task 3 (IRREG): Assessment of NL behaviour of buildings, with emphasis on
irregular ones (Monti, Spacone)
UNIROMA1: The main products, result of the research activity of the UNIROMA1 R.U., can be identified in
the following: the chapter titled “Applicazione: descrizioni dei tre edifici” and significant contributions to other
two chapters titled “Irregolarità” and “Valutazione della capacita‟” of the guide line prepared by the Task
group 3 on the use of nonlinear analysis for the assessment of existing R.C. buildings; three papers titled
“Seismic behavior of single-story asymmetric-plan buildings under uniaxial excitation”, “A simplified pushover
method for evaluating the seismic demand in asymmetric-plan multi-storey buildings” and “Linee guida per le
analisi non-lineari di edifici esistenti in cemento armato” respectively published in the international journal of
Earthquake Engineering and Structural Dynamics and in the proceedings of the 14th World Conference on
Earthquake Engineering in Beijing and of the congress held in Rome Valutazione e Riduzione della
Vulnerabilità Sismica di Edifici Esistenti in c.a.
UNICH: As for the tasks mentioned above: a) The nonlinear analyses on the regular and irregular buildings
designed and distributed by UNIROMA1 have shown the importance of damping in nonlinear dynamic
analysis. More specifically, as the hysteretic model improves, the damping should be decreased; b) The
sensitivity analyses were carried out following a probabilistic approach developed by PEER (Pacific
Earthquake Engineering Research Center). The results are most sensitive to uncertainties in the input
ground motion, and, secondly, in the damping. A comparison between European and North-American
spectrum-compatibility requirements shows that there is still work to do in this field to reach a unified
approach to the problem; c) The structural demand varies considerably as the seismic input direction
changes, more so for natural accelerograms. However, for both natural and generated accelerograms,
application of the seismic input in the principal directions of the structure may underestimate the demand. As
for the number of input ground motions to use in nonlinear dynamic analyses, enhancements to the EC8
requirements were proposed; d) The guidelines on nonlinear structural analyses are being completed.
UNIFI: Results from the study of nonlinear seismic response of irregular structures have alowed to
differentiate clearly behaviour of framed structures from that of shear wall structures, the latter being
characterized by large torsional stiffness and strength. In framed structures, elastic torsional effects are
larger than the nonlinear ones; conversely, for shear wall structures torsional effects amplify when entering
nonlinear range of behaviour.
Regarding simplified estimate of uncoupled torsional-to-lateral frequency ratio and of static eccentricity for
multistory buildings, it has been found, with reference to some significant case studies, that it is possible to
adopt simplified methods, easy to be used in design offices, with results very close to those obtained with
complex methods available in the technical literature.
Finally, regarding assessment of adequacy of pushover analysis modified according a procedure proposed
by Fajfar, it has been demonstrated that it is suitable, and in any case conservative, for framed structures,
while it is unreliable for shear wall structures. In the case of framed structures, the analyzed case studies,
encompassing multistory building models and existing buildings, have evidenced that modified pushover
analysis is always conservative with respect to nonlinear dynamic analysis, being also able to capture
collapse mechanism.
UNINA: The results of the analyses performed on Londa building confirm the results obtained by other
buildings, i.e. the shear collapse in the existing buildings, not designed according to the hierarchy of strength
and the capacity design rules, is determinant. Indeed, if the only flexural behaviour is considered, the
analysed frame is verified both at the Ultimate and at the Near Collapse Limit State, being the capacity larger
than the demand.
But, performing the same analyses on a model which takes into account the real building capacity, i.e. the
possible shear collapse, it clearly emerges that the structure fails when it is still nearly elastic and then much
before the bending ductile collapse.
Consequently, the aim of the seismic retrofitting of such frame should be the increment of the section shear
strength in order to avoid its fragile collapse and then to satisfy the modern code criteria for construction in
seismic areas, which impose ductile mechanisms.
As the vertical strength irregularity topic concerns, all the examined frames are largely verified both at the
Ultimate and at the Near Collapse Limit State, considering both static and time-history non linear analyses;
consequently they exhibit a regular behaviour. This is also due to the application of beam-column capacity
design rule, that the EC8 also provides to frames designed according to Medium Ductility Class rules.
The two considered methods for the evaluation of the storey strength provide similar results.
The regularity limit of variation of the overstrength between adjacent storeys equal to 20%, provided by the
Italian Code and by some Authors according to analyses made on shear type frames, seems to be too low.
UNIBO: The results achieved by the U.R. UNIBO can be summarised as follows:
the expression has been identified of a corrective coefficient which, on the basis of the ductility demand
at the centre of mass of the structure, allows to extend the use of the synthetic structural parameter
ALPHA also to the study of structures characterised by non linear behaviour;
closed-form solutions have been obtained which, on the basis of few structural parameters, provide the
increase in peak local deformations (due to the seismic input) of eccentric systems with respect to noneccentric systems (ratio between the maximum displacement induced by the seismic action at the
flexible side of eccentric systems and the maximum displacement induced by the seismic action in
corresponding non-eccentric systems);
closed-form solutions have been obtained which, on the basis of few structural parameters, provide the
corrective eccentricity to be used in pushover analyses. This corrective eccentricity being defined as the
correction which is to be applied to the structural physical eccentricity for the estimation, by means of
static analyses, of the dynamic torsional response of eccentric systems;
closed-form solutions have been obtained which, on the basis of few structural parameters, provide the
sensitivity of eccentric dynamic systems to develop rotational response, as well as the sensitivity of the
same systems with respect to the accidental eccentricity;
several numerical simulations have shown that the analytical formulations are capable of providing good
estimation of the effective dynamic behavior of eccentric systems, as evaluated by means of linear and
non linear time-history dynamic analyses.
IUAV: Regarding non-linear static analysis carried out with Sap2000, the following modelings have been
developed: (a) With plastic hinges FEMA PMM at the ends of columns and with plastic hinges M3 at the
ends of all the beams. These analyses have found scarce capability of the software of following the evolution
of the structural system in the non-linear field. One of the major ineffectiveness was the incapacity of
reaching the convergence, starting from the initiation of the first plastic hinges. When the software was
capable of following the modeled structural system during major displacements, moreover, often the plastic
hinges revealed incapable of following the adopted moment-rotation relationship. This lacuna remains also if
the tolerance regarding the convergence criterion were drastically modified. Better convergence was
sometimes reached by using the option “Auto subdivide line object at hinges”, which splits the finite element
in several single-hinge sub-elements. However, this option implies further uncertainty. (b) With plastic hinges
FEMA PM at the ends of columns and with plastic hinges M3 at the ends of all the beams. Sometimes, these
analyses reached better convergence of the numerical procedure, although it implies the additional
requirement of having to consider different models according to the direction of the seismic action. (c) With
fibre-plastic-hinges PMM in all the ends of columns and beams. These analyses have exhibited convergence
difficult similar than those of point (a). At last, the codes revealed a marginal capacity of describing the
inelastic behavior of the analyzed structure, since either the convergence was not attained in many cases or
the moment-curvature relationship was not respected independent of the tolerance of the convergence
criterion. The following figures (that are about to be published) show the main results.
PUSHOVER MODO 2 negativo
P U SH OVER MO DO 1 n egat iv o
2000
3000
Forza (F, kN)
Forza (F, kN)
1500
1000
1000
500
0
2000
0
50
100
150
200
250
0
0
50
100
Spostamento (delta, mm )
P MM
P MM Auto Subdivide
PM
P M Auto Subdivide
150
200
Spostamento (delta, mm)
PMM
PMM Aut o Subdivide
PM
PM Auto Subdivide
250
300
350
y
y
G = (7.75,7.75) m
G = (7.75,7.75) m
75
G
Estremo SX
Rot. alla corda/Rot. plastica cerniera
5.40 m
70°
1.05
1.78 m
F
x
2
25°
1.95 m
Rot. alla corda/Rot. plastica cerniera
G
Estremo DX
2.5
F
x
Influence of the type of plastic hinge and of the options adopted using the SAP calculus code.
1.5
In the following, some results (which are about to be published) reached by the post-processing defined by
1
1
Mathcad
software.
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0
0.005
0.01
0.015
Rotazione plastica cerniera
Rotazione plastica cerniera
150
0.15
50
50
0
100
0
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.015
Rotazione alla corda
150
Rotazione alla corda
0.2
Momento flettente
Momento flettente (kNm)
200
200
100
Estremo 2 (testa)
Estremo 1 (base)
Estremo 2 (testa)
Estremo 1 (base)
0.1
0.01
0.005
0.05
0
0.005
0.01
0
0.015
0
0
0.05
0.15
0.2
0
0.005
Rotazione plastica cerniera
Output results from SAP2000 regarding a first floor column;
L building.
Evaluation of the chord rotation.
Estremo 2 (testa)
Luce di taglio est r.1
0
0.05
0.1
0.15
1.5
0
0.005
0.01
Luce di taglio est r.2
200
200
150
150
Momento Estr. 2 (kNm)
2
1
0.2
Rotazione plastica cerniera
Momento Estr. 1 (kNm)
Rot. alla corda/Rot. plastica cerniera
1
100
50
0.015
0
0.4
Rotazione plastica cerniera
0.5
0.6
100
50
0
0.3
0.7
Luce di taglio/Lunghezza
Influence of the elastic deformation.
0.4
0.5
Luce di taglio/Lunghezza
Shear span
0.2
Capacità di rotazione alla corda
0.17
0.05
.1
j
0.15
0.045
.2
Passo
Capacità di rotazine
Rot. alla corda/Rot. plastica cerniera
2.5
1.05
0.015
Rot. alla corda
Rot. plastica
Rot. alla corda
Rot. plast ica
Estremo 1 (base)
0.01
Rotazione plastica cerniera
Rotazione alla corda
Rotazione alla corda
0.1
0.04
j
3
4
.u1
j 0.1
3
0.035
4
.1
0.03
0
10
20
30
.u2
0.05
j.DS
40
3.538 10
Passo
Estr. 2
Estr. 1
j
5
0
0
0
10
20
j j j j j.DS
Rotazioni alla corda
Rotazione alla corda estr. 1
Rotazione alla corda estr. 2
Cap. (DS) rot azione alla corda estr. 1
Cap. (DS) rot azione alla corda estr. 2
DS
30
40
42
Chord rotational capacity
Comparison demand/capacity
UNICT: The results obtained by R.U. UniCT consist, first of all, in a computer program constituted by
routines in Visual Basic Express, which allow: the automatic generation of a 3D one-storey system
constituted by elastic-perfectly plastic resisting elements arranged in two orthogonal directions, with stiffness
and strength such as to obtain a system with required values of the global parameters (total value and radius
of gyration of stiffness and strength, location of their centres and of mass centre); the performing of pushover
analysis, with a given direction of horizontal force (not necessarily coincident with one of the axis) applied at
a given location C; the performing of dynamic non linear analysis as a response to a given accelerogram; the
evaluation of corrective eccentricities necessary for a proper correspondence of the results of the two kind of
analysis. Further results consist in diagrams which show the correspondence among corrective eccentricities
and system parameters and in the individuation of parameters which describe a linear relation which
approximates the actual correspondence. This relationship may be used in the design phase to define the
corrective eccentricities necessary in any specific situation. These results have been described in a paper
th
presented at the 5 European Workshop on the seismic behaviour of Irregular and Complex Structures
(EWICS) held in Catania on September 2008:
M. Bosco, A. Ghersi, E.M. Marino, “Eccentricities for the evaluation of the seismic response of asymmetric
buildings by nonlinear static analysis”.
Finally, it has been prepared, together with other R.U., a chapter on the problems connected to the lack of
structural regularity, within a more general document on the seismic verification of existing buildings.
UNISA: The results of the RU of UniSA on the activities carried out for the task IRREG have been reported in
various papers and can be outlined below:
- the comparative application of various proposals for defining Limit States in terms of interstorey drift,
plastic rotation and chord rotation generally lead to different values of capacity of the structure and
the limits usually assumed for interstorey drift result in larger chord and plastic rotation than the
usual values proposed by the European and American Codes, respectively; furthermore, the two
formulations, currently proposed by Eurocode 8 for defining chord rotation values at the various limit
states, usually lead to significantly diverse results, being the so-called “empiric” one generally less
conservative than the “mechanical” one, based on integrating member curvature throughout the
plastic hinge length;
- the results of non-linear static (pushover) methods of RC structures are usually in very good
agreement with to non-linear dynamic (time-history) analyses, at least in terms of roof displacement
for regular structures; on the contrary, for irregular ones, multi-modal procedures have to be used for
improving the accuracy of static non linear analyses; however, the results of non linear static
analyses are often on the unconservative side in terms of interstorey drifts or chord rotations;
- a simplified method based for deriving fragility curve and evaluating the probability of failure has
been also proposed; it is based on an incremental application of the so called N2-Method with
natural response spectra, whose irregularity covers the record-to-record variability of the structural
response without the need for performing non-linear dynamic analysis.
3.4
Task 4 (MIX): Assessment and strengthening of mixed-type (masonry/rc)
buildings (Manfredi)
The main conclusions inferred by the third year activity can be summarized as follows. The UR UNINA has
highlighted the main problems concerning the non-linear analyses on RC-masonry mixed buildings.
Particular attention has been devoted to the seismic action distribution between different technology
elements and the results of the analysis carried out on 3D RC-masonry mixed building having external walls
and internal frames, underline the fundamental masonry role to withstand horizontal action, while a
significant translation increase could be offered by introducing RC frames. This research has shown the
growing capacity offered by mixed building to bear the seismic action by increasing the RC elements
stiffness.
The increasing RC elements stiffness is significant for the seismic action distribution both in linear and nonlinear field. From analysis has emerged that increasing the stiffness of internal RC frames, increases the
maximum sustainable seismic action of mixed building and decreases the rate of seismic action supported
by masonry walls. The important slab role in sharing the seismic action between the vertical resistant
elements and the importance of slab to perform this function in order to avoid undesirable behaviour of the
building has been underlined. The results of UR UNIROMA1 activity can be summarized as follow.
Concerning the first model, the analyses highlighted that the presence of the RC frame is generally
detrimental for the masonry wall. In fact, the resisting total base shear of the mixed system is smaller than
that of the masonry wall alone when the contribution of the frame wall is smaller than about 15-20% of the
total base shear. Moreover, when the top connection is non effective, hinges develop at the top and the
bottom of RC columns. Therefore, it seems appropriate to design the RC elements considering seismic
action deriving from the pertinent vertical loads. While, if the connection between masonry and frames are
effective it would be opportune to assign the whole of the horizontal loads to the masonry.
The analyses performed on the 3D model highlighted the difficulties in modelling the masonry and the
connections between different elements (beam-masonry, floor-masonry) and indicated the strong influence
on the global structural behaviour of the connections effectiveness. The parametric analyses showed the
importance of the masonry tensile strength among other mechanical parameters on the global response and
highlighted that the RC elements remain elastic and give a negligible contribution to the overall performance.
Finally, the comparison between the mixed structures results and those obtained for the masonry structures
confirmed how the practice of replacing masonry walls with RC frames, in the interior of old masonry
buildings, can have negative consequences on the vulnerability of the building themselves.
The main results are reported in the following paper.
Liberatore L., Tocci C. (2008). Analisi non lineari su modelli semplificati per la valutazione della risposta
sismica di edifici misti muratura-c.a. Valutazione e riduzione della vulnerabilità sismica di edifici esistenti
in c.a. Roma 29-30 Maggio 2008. MIX-04.
Liberatore L., Tocci C., Masiani R. (2008). Non linear analyses for the evaluation of seismic behaviour of
mixed r.c.-masonry structures. 2008 Seismic Engineering International Conference commemorating the
1908 Messina and Reggio Calabria Earthquake (MERCEA’08), Reggio Calabria 7-11 Luglio. T1_A_198.
Nardone F., Verderame G.M., Prota A., Manfredi G. (2008). Analisi comparativa su edifici misti C.A.Muratura. Valutazione e riduzione della vulnerabilità sismica di edifici esistenti in c.a. Roma 29-30 Maggio
2008. MIX-04.
3.5
Task 5 (TAMP): Influence of infills on structural response (Papia)
The numerical analyses carried out by R.U. 04 (Roma 1) allowed one to confirm and quantify the following
expected effects: 1) The structural behaviour of buildings designed considering only vertical loads is strongly
affected by the presence of infills, which produce a modification of stiffness and strength throughout the
height of the buildings; generally, the effect of infills on the seismic performance is beneficial, provided that
infill panels are regularly distributed all over the height. In this case the structures benefit a lot from the
energy-absorption capacity of infills and from the noticeable decrease of the lateral displacement demand. In
fact, for the fully infilled frames, most of the dissipation occurs in the masonry panels, reducing the energy
dissipation demand in the structural elements, and often preventing the development of plastic hinges. 2) On
the contrary the absence of infills at one storey is strongly detrimental for structures designed under only
vertical loads, while structures designed considering seismic loads are less affected by the irregularity in the
infills distribution. 3) The influence of an open storey on the seismic response is greater if the open storey is
placed at the upper levels, where the lateral stiffness ratio between column and masonry infills is lower;
because of this reduced ratio, the inter-storey drift in this case increases more noticeably.
The nonlinear pushover analyses carried out by R.U. 02 (Chieti) concerned two different types of infilled RC
frames, in order to test the model behaviour under very different conditions. A first series of frames was
designed by using masonry infills made of solid concrete blocks to realize a high lateral stiffness ratio
between frame columns and equivalent diagonal strut; the second series utilized hollow concrete blocks
leading to a low value of this ratio. The results showed that the equivalent diagonal strut proposed by FEMA
273-274 is a simple model implying a few parameters to be calibrated and quick computer runs, but it has to
be improved since it cannot capture all possible failure mechanisms of the infilled mesh of frame, although
RC resisting elements are carefully modelled.
The experimental investigation carried out by R.U. 15 (Palermo) gave useful results concerning the cyclic
response of the infilled meshes of RC frames that were tested. In short, the following comments can be
made: - all three kinds of masonry infills, which were utilized, lead to lateral force – lateral displacement
cycles exhibiting a typical pinching effect. This is because, after cracking, the masonry panel is able to give
again its stiffness and strength contribution only after the more or less spread cracks by which it is affected
are closed; before this occurrence, when the lateral motion is reversed with respect to the direction that
produced the opening of the cracks themselves, the reactive force offered by the infill mainly is due to friction
and engagement effects; - the lateral strength contribution of the infill can be foreseen by the knowledge of
its mechanical properties, obtained by diagonal compressive tests, and by considering the reduced length of
the frame – infill contact zone due to the disconnection of the two sub-systems from the first cycle; - infills
made of calcarenite ashlars and light-weight concrete blocks gave more dissipative hysteretic cycles than
clay brick masonry infills. This is due to more ductile behaviour in compression of the first two kinds of
masonry infills and to local brittle collapse at the corners and expulsion of the external layers of the hollow
clay bricks at the central region of the clay brick masonry infills; - the global collapse of the tested infilled
meshes of RC frames is achieved after the following experimentally observed phases: local failures and
cracking of the infill (more or less evident according to its nature), shear rupture of the infill along the mortar
layers (this is a very common mechanism in all cases), flexural and shear collapse of the resisting elements
of the RC frame. Finally, it must be pointed out that this experimental investigation allowed the calibration of
the six parameters characterizing the equivalent diagonal strut model , which had been proposed by the R.U.
15 researchers in a previous study.
With reference to the experimental tests on the 3D three-storey building, which were carried out by R.U. 02
(Pavia), in short, it must be pointed out that the measured values of the response parameters and the
detected cracking pictures, related to the PGA values utilised for the shaking table tests, gave noticeable
information concerning the stiffness and strength contribution that can be expected by the masonry infills,
also allowing the calibration of suitable parameters in order to model their behaviour. A comment
summarizing the beneficial effects of the infills is that infilled structure was able to withstand horizontal
actions that were almost three times larger than those that lead the corresponding non-infilled frame, tested
at Ispra, to a similar damage state.
The R.U. 17 (Roma3) concluded that the three-strut models seems to be useful for the comprehension of
local behaviour of columns in case of degradation due to shear effect. For what concerns response in terms
of displacement, single strut models seem to give satisfactory results. Strut parameters can be obtained from
mechanical characteristics of infill components, i.e. mortar and blocks too.
A design criterion for dissipative brace systems has been set up. The proposed approach allows to define
the required minimum dimensions giving the desired interstory drift.
Regarding the Task, some details concerning this experimental investigation and that previously described
are shown in the ANNEX to this report; the main results of the research carried out in the whole by this Task
are shown in the final Report (about 200 pages) which will be made available by the deadline fixed by the
coordinators of Line 2; the papers published during this last year of research are listed here:
1. Amato G., Cavaleri L., Papia M. (2008). Caratterizzazione meccanica di pannelli di tamponamento
per la identificazione di puntoni equivalenti nell’analisi di strutture intelaiate. In “Valutazione e
riduzione della vulnerabilità sismica di edifici in cemento armato”, E.Cosenza, G. Manfredi, G. Monti
editori, Polimetrica Int. Scientific Publisher,Monza-Milano, ISBN 978-88-7699-129-5, pp. 393-400
2. Colajanni P., Impollonia N., Papia M. (2008). Effetti delle incertezze nella modellazione dei
tamponamenti sull’efficacia dei criteri di progettazione in telai in c.a.. In “Valutazione e riduzione
della vulnerabilità sismica di edifici in cemento armato”, E. Cosenza, G. Manfredi, G. Monti editori,
Polimetrica Int. Scientific Publisher, Monza-Milano, ISBN 978-88-7699-129-5, pp. 401-408
3. Decanini L.D., Liberatore L. (2008). Il ruolo delle tamponature nella risposta sismica delle strutture
intelaiate. In “Valutazione e riduzione della vulnerabilità sismica di edifici in cemento armato”, E.
Cosenza, G. Manfredi, G. Monti editori, Polimetrica Int. Scientific Publisher, Monza-Milano, ISBN
978-88-7699-129-5, pp. 409-418
4. Lanese I., Nascimbene R., Pavese A., Pinho R. (2008). Simulazioni numeriche di un telaio 3D
tamponato in supporto di prove dinamiche su tavola vibrante. In “Valutazione e riduzione della
vulnerabilità sismica di edifici in cemento armato”, E. Cosenza, G. Manfredi, G. Monti editori,
Polimetrica Int. Scientific Publisher, Monza-Milano, ISBN 978-88-7699-129-5, pp. 385-392.
5. Amato G., Cavaleri L., Fossetti M., Papia M. (2008). Infilled frames: influence of vertical loads on the
equivalent diagonal strut model. Proceedings of the 14th World Conference on Earthquake
Engineering (14WCEE), Beijing, 12-17 October 2008. CD-ROM, Paper ID: 05-01-0479.
6. Borzi B., Crowley H., Pinho R. (2008). The influence of infill panels on vulnerability curves for RC
buildings. Proceedings of the 14th World Conference on Earthquake Engineering (14WCEE),
Beijing, 12-17 October 2008. CD-ROM, Paper ID: 09-01-0111.
The results of the more recent research activity, which are presented in detail in the final version of the
Report, will be rearranged for possible publication in pertinent journals or proceedings of Congresses and
Conferences.
3.6
Task 6 (SCALE): Behaviour and strengthening of stairs (Cosenza)
Manuals, books and codes provisions review have evidenced a clear evolution of the design stairs solution
during the years due to the increasing knowledge on the use of the materials and of computational
machines. Two main stairs typologies can be identified: simply supported stairs and fixed end stairs. The first
typology is characterized by a series of beams supporting slab and steps, the second one is realized by a
inclined beam on which fixed end steps are anchored.
Since the stair structure is generally studied by using a plane model rather than a 3D one and consequently
a series of effect due to the structural members interaction with the stair substructure are not taken into
account. In the second year of activity typical buildings having these two types of stairs have been designed
according to the code and design provision of the time. The buildings have been modelled with lumped
plasticity approach. The performed analyses have evidenced the great importance of the stair on the
structural response: comparing the results of the structure with the ones obtained on the same building
without stair, it is evidenced that the stair increases the seismic capacity of the building adding stiffness and
modifies the modal responses. Moreover more refined analyses accounting for internal force interaction
evidences the importance of accounting shear in the column, axial forces in the inclined beam, moments in
the two directions in the slab, in the intermediate floor slabs in the stair volume. The interactions among the
different internal forces have been considered. First the interaction between axial force and moment in the
inclined beam appears important to understand the behaviour until failure. Shear force have an important
role in the short columns. For this reason different shear strength model have been considered to
understand better the behaviour of the structure until failure: ACI‟s, FEMA‟s, Priesley‟s, Sezen and Moehle‟s
formulation have been analysed.
An experimental set-up has been designed on the basis of some simulations preformed by using different
modelling: dimensions of a single span frame with inclined beam, loads and resisting-wall have been
defined.
3.7
Task 7 (NODI): Behaviour and strengthening of beam-column joints (Masi)
The results obtained during the third year are mainly made up by the execution and analysis of the
experimental program on beam-column joints without strengthening (UNIBAS RU), as well as by the analysis
of the tests carried out in the previous years on strengthened and not strengthened beam-column joints
(UNIUD RU). and on base joints (UNISA RU). Numerical-experimental comparisons have been performed by
UNINA RU regarding some highly representative test campaigns available in the literature and relevant to
some tests carried out in the Project by the UNIBAS RU.
rd
Details on the main results obtained during the 3 year, as provided by each RU, are reported in the
following.
UNIBAS: Literature review has been important in understanding the seismic behavior of RC beam column
joints and their role in the evaluation of existing buildings designed for gravity loads only. The role of the joint
characteristics on the collapse mechanism has been outlined so that, also making use of the results of
preliminary numerical models, the main test results could be predicted. Moreover, based on the experimental
results drawn from the literature, a comparison between the values of the ultimate rotation provided by code
provisions formulae and those ones found in experimental campaigns performed all over the world was
carried out. It is worth noting that, to suitably make this comparison, a question to be faced is the choice of a
(conventional) drift value which the collapse can be related to. Results showed that when the collapse
mechanism of the assemblage is attributable to the beam or to the column, the code formulae provide a
good estimation of the ultimate rotation.
As for the results of the tests carried out during the project, it has to underline that in all the specimens there
was a rather low amount of steel reinforcement, because they belonged to frames not supporting gravity
loads due to floor slabs (only member and infill walls dead loads were considered). For this reason the
collapse mechanisms showed an initial cracking in the beams both for non seismic and seismic joints. More
frequently the collapse was due to tensile failure of the beam reinforcement bars, while in some cases also
the joint panel was heavily involved in the collapse mechanism, showing large diagonal cracking related to
bar slippage in the beam.
Tests on joint specimens without seismic design (NE) or designed for seismic zone 4 (Z4, very low
seismicity) and seismic zone 2 (Z2, moderate seismicity) have been carried out. The level of axial load
applied was either "low" (NL, = 0.15), or "high" (NH, = 0.30). Axial load played a major role on the
collapse mechanism, especially in the seismic joints. A considerable as well as predictable difference in the
behaviour between seismic and non-seismic joints was found: the maximum strength of the NE joints was
about half that one of the joints designed according to the seismic code (20 kN vs 40 kN), irrespectively of
design seismic action because of the minimum code requirements on reinforcement amount. Regarding the
ductile capacity, the difference between NE and seismic specimens was lower. In all the tests with high axial
load a failure mechanism with extensive cracking of the beam and evident deterioration of the concrete at
the beam-column interface has been noted. This had a significant role on the evolution of the test (degrading
behaviour): when concrete was heavily damaged, internal forces from the beam to the column were mainly
transferred through the beam reinforcement that suffered a tensile failure at the end of the test. This type of
failure, although occurred at very high drift values, suggests a careful consideration regarding the
impossibility of a crisis for tension in the steel. As for the axial load level, as already noted, it played an
important role on the observed collapse mechanism. The seismic joints tested under low axial force (NL)
showed a peculiar behaviour in comparison to the NE joints: in the former specimens also the joint panel
was heavily involved in the collapse mechanism, showing large diagonal cracking related to bar slippage in
the beam.
Some of the results obtained by UNIBAS RU during the Project are reported in the following papers
presented at national and international conferences:
Masi A., Santarsiero G., Sperimentazione su nodi trave-colonna in c.a. progettati con diversi livelli di
protezione sismica: primi risultati, Atti del convegno Valutazione e riduzione della vulnerabilità sismica
di edifici esistenti in c.a., Roma 29-30 maggio 2008
Masi A., Santarsiero G., Dolce M., Moroni C., Nigro D., Il programma sperimentale su nodi trave-colonna in
c.a. in corso all’Università di Basilicata, Atti del convegno Valutazione e riduzione della vulnerabilità
sismica di edifici esistenti in c.a., Roma 29-30 maggio 2008
Masi A., Santarsiero G., Moroni C., Nigro D., Dolce M., Russo G., Pauletta M., Realfonzo R., Faella C.,
Lignola G.P., Manfredi G., Prota A., Verderame G.M., Behaviour and strengthening of RC beamcolumn joints: experimental program and first results of the research activity in the framework of DpcReluis project (Research Line 2), The 14th World Conference on Earthquake Engineering October
12-17, 2008, Beijing, China.
Masi A., Santarsiero G., Moroni C., Nigro D., Dolce M., Meccanismi di collasso di nodi esterni trave-colonna
in c.a. sottoposti a test ciclici, Abstract submitted to the XIII Convegno ANIDIS L’Ingegneria Sismica in
Italia, Bologna 28/06-02/07 2009.
UNINA: The behaviour of beam-column joint can affect the seismic global behaviour of a structure and of a
building in particular. Some mechanisms, namely concrete cracking, longitudinal reinforcement bars
slippage, especially in the beams, on one hand are responsible of additional deformability, while on the other
hand, they can alter the capacity design assumptions on the connecting structural members (beams and
columns) and the joint itself, as well as come up with the failure of an external joint. The research activity
focused on these two aspects by means of F.E.M. analyses as an investigating tool, validated by means of
representative experimental test campaigns available in literature (e.g. by H. Shiohara working group) as of
tests conducted by the UNIBAS R.U.. In particular many non linear analyses have been performed on typical
existing external beam-column joints as they can be found in real buildings built in the past. Such activities
allowed publishing papers in proceedings of national conferences.
The definition of typical deficiencies found in real beam-column joints and the description of the main
parameters governing the structural behaviour of such joints allowed highlighting some strengthening
techniques, especially for external joints. Such work allowed validating the theoretical models to predict the
behaviour of external and internal joints, as well as to validate the equations proposed by the Code to assess
the failure of the joint panel.
UNIUD: The force-displacement diagrams of the first 4 not-strengthened joints show that these joints attain a
maximum force close to the theoretical cracking force. Successively the joints undergo to a strength
decrease, down to values close to the theoretical force inducing the bar slippage. As regards the other 2
joints, the force-displacement diagram of the not-strengthened joint shows that the beam bottom bars yield,
while the top reinforcement is insufficient to bear high negative moments. The bars of these joints, anchored
by means an ending hook, do not undergo to slippage. The force-displacement diagrams of the first 4 joints
after the strengthening show an increase in the maximum force, up to values higher than the theoretical
yielding force. The mechanical anchorages are efficient, while the strengthening of the columns by means of
carbon fiber fabrics does not yield improvements. On contrast, in the other 2 joints, the application of carbon
fiber fabrics at the beam extrados improves the strength of about 30%, but brittle failure still occurs, due to
the debonding of the fabric from the concrete surface. The diagrams of the force envelope and of the
dissipated energy show considerable increases in force, ductility and dissipation capacity after the
strengthening of the first 4 joints, while the improvements are slight for the other 2 joints. The secant stiffness
diagrams show relative decreases for the strengthened joints lower than those for not-strengthened ones in
the case of the first 4 joints, while the difference is negligible for the other 2 joints.
Publications:
Russo, G., Pauletta, M., e Nardi, E. (2007). “Indagine Sperimentale su Nodi Esterni Trave-Pilastro Armati
con Barre Lisce”, Atti del XII Convegno ANIDIS “L‟ingegneria Sismica in Italia”, 10-14 giugno 2007, Pisa,
Italia.
Russo, G., e Pauletta, M. (2008). “Comportamento di Nodi Trave-Pilastro Esterni Rinforzati”, Atti del
Convegno RELUIS “Valutazione e riduzione della vulnerabilità sismica di edifici esistenti in cemento armato”,
29-30 Maggio 2008, Roma, Italia.
UNISA: The results obtained by the UNISA RU during the third year of activity on the Task 7 can be briefly
outlined below:
 the tests on base joints between column and foundation pointed out a relevant increase in displacement
capacity as a result of strengthening intervention carried out by means of advanced composites and
particularly significant in the case in which glass fibers have been utilized; such an enhancement in
ductility is rather independent by the axial load level applied on the columns while, for axial load larger
than 0.40 of the ultimate strength, a significant increase in terms of strength can be also observed; an
even greater enhancement has been also obtained in terms of both strength and ductility as steel angles
connected to the base joint, have been considered: different solutions have been tested for connection
and the experiments point out the critical issues of each one;
 the experimental results deriving by about one hundred monotonic and cyclic tests on beam-to-column
joints, available in the scientific literature, have been assembled in a wide database in which all the
relevant geometric and mechanical parameters have been reported; the most well-established models
for evaluating shear strength of RC joints are based on a subset of those parameters that can be utilized
for assessing the accuracy of those models and possibly calibrate better the proposed formulations;
finally, the dispersion parameter C has been evaluated for some of those models and can be utilized in
reliability evaluation (for instance, according to the well-known 2000 SAC/FEMA Methodology) of
structures whose failure can be controlled by joint failure.
3.8
Task 8 (BIAX): Behaviour and strengthening of columns under combined axial
load and biaxial bending and shear (Fabbrocino)
The experimental tests carried out during the third year of the research project pointed out the main aspects
in terms of global, local and energy dissipation capacity of r.c. columns, typically fundable in existing
structure, under axial load and uniaxial bending; in such structures both plain or deformed internal steel
rebars can be found. In particular, the experimental outcomes clearly indicate that the contribution of the
base rotation on the global deformation mechanism is noticeably different in case of columns reinforced by
plain or deformed rebars, however, the overall member global deformation and energy dissipation capacity is
not strongly affected by the bond performances of the internal rebars. The global deformation capacity in the
case of plain rebars, is mainly due to a localized source of deformability at the column foundation interface
(fixed end rotation), while a more diffused crack pattern along the column end was observed in columns
reinforced by using deformed steel rebars. The significant influence of P- effect on the global behavior of
specimens has also clearly emerged by the experimental tests; if such effect is neglected, the ultimate
rotation recorded on columns reinforced by deformed steel rebars is clearly less than that observed in
columns reinforced by using plain rebars. However, by taking into account the P- effect the ultimate
rotations related to the two different columns typologies is very close. Such result can be explained by
considering two main aspects: the higher strength of members reinforced with deformed rebars and the
higher slope of the softening branch of the shear-drift curves, if P- effect is considered.
In order to predict the experimental behavior of r.c. columns under combined axial load and biaxial bending,
theoretical analyses were performed by using a fiber model and a distributed plasticity model. The analysis
of the cross section has been performed by assuming the hypothesis that plane sections remain plane
(classical Bernoulli-Navier hypothesis). The cross-section is meshed into small rectangles and the relevant
material is assigned to each discrete element; the stress in each material is computed based on the relevant
constitutive law. Linear and nonlinear, also with softening, stress-strain relationships (constitutive law) have
been considered to perform the analyses. The internal axial force and moments are computed as the integral
of the internal stress field over the cross-section; the element global displacements are obtained by
integrating the strain field at different cross section along the whole element. The theoretical prediction
obtained by using such model will be compared with experimental outcomes in terms of both strength and
deformability capacity.
The results obtained by R.U. UNICT mainly consist in a set of routines in Visual Basic within a computer
program in Windows style, in which input windows allow to describe cross section and member and to select
a proper model for the materials; results are showed in output windows and saved in files. More in detail,
input windows allow to define cross section and reinforcement in a general way, which may account for the
usual differences between beams and columns, and to define member length. They also allow to define the
mechanical properties of concrete and steel and to select the stress-strain relationship for these materials.
The program does not explicitly differentiates beams and columns, being this aspect defined by the user with
a proper distribution of reinforcing bars and by considering (or neglecting) axial force. Anyway, the program
allows to obtain as an output force-displacements diagrams (typical of columns) or moment-rotation
diagrams (typical of beams). A further development of the research carried on by UniCT R.U. consisted in
comparing the results provided by the developed member model to those provided my simpler models. It has
been observed that the first phase of the behaviour is well described also by classical concrete models
(cracked section with linear response), provided that the bending moment-shear force interaction is added to
the model. No simplified model is, on the contrary, able to describe last phases of the member response.
The results of the research have been presented at the XIV World Conference of Earthquake Engineering,
held in Peking on October 2008, in the paper: M. Bosco, A. Ghersi, S. Leanza “Force displacement
relationship for r/c members in seismic design”.
R.U. UNICH: As for the tasks mentioned above: a) The nonlinear analyses on the regular and irregular
buildings designed and distributed by UNIROMA1 have shown several problems in modeling the building
with either lumped or distributed plasticity particularly for biaxial bending. It appears that for practical
applications, practicing engineers should be advised to use lumped plasticity models; b) The analyses
showed great differences in the structural demand with uni and bidirectional input ground motion, especially
for the prediction of the seismic safety; c) The structural demand varies considerably as the seismic input
direction changes, more so for natural accelerograms. However, for both natural and generated
accelerograms, application of the seismic input in the principal directions of the structure may underestimate
the demand; d) During two plenary meetings of Task IRREG, the table of contents of the guidelines were
prepared. At the moment, chapter 1 (a review of dynamics of linear and nonlinear structures) is ready, the
drafts of two additional chapters (nonlinear methods of analysis and modeling of reinforced concrete frames.)
are ready.
The results obtained testing the approximate approaches developed by the UR UNIROMA1 (Monti) on
rectangular rc sections, with different geometric and mechanical characteristics, are compared with that
obtained form an exact one, which makes use of the discretization fibre method. The resulting interaction
domains obtained with the first show very little deviation from the exact one, with the significant advantage of
using extremely simple equations.
The results of this work are published in:
Monti, G., Alessandri, S. (2005). Design equations for FRP – strengthening of columns FRPRCS7, 6-9
Novembre 2005, Kansas City, MO USA.
Monti, G., Alessandri, S. (2006). Assessment of RC Columns Under Combined Biaxial Bending and Axial
Load. The Second fib Congress. 5-8 June 2006, Naples, Italy.
Monti, G., Alessandri, S. (2007). “Formule di progetto per la verifica ed il progetto del rinforzo in FRP di
pilastri in c.a. soggetti a presso flessione deviata”. Materiali ed Approcci Innovativi per il Progetto in Zona
Sismica e la Mitigazione della Vulnerabilità delle Strutture. Università degli Studi di Salerno – Consorzio
ReLUIS, 12-13 Febbraio 2007.
Monti, G., Alessandri, S. (2007). Design equations for FRP-strengthened RC rectangular columns under
combined biaxial bending and axial load. FRPRCS-8, University of Patras, Greece, July 16-18, 2007.
Monti, G., Alessandri, S. (2007). “Formule per la verifica ed il progetto di pilastri rettangolari in c.a. soggetti a
presso flessione deviata”. Giornate AICAP 2007. L‟innovazione delle strutture in calcestruzzo nella tradizione
della Scienza e della Tecnica. Sicurezza di costruzione e sicurezza di servizio. 24° Convegno Nazionale.
Salerno 4-6 Ottobre 2007.
Monti, G., Alessandri, S. (2008). Design equations for evaluation of strength and deformation capacity for
unstrengthened and FRP strengthened RC rectangular columns under biaxial bending and axial load. The
14th world Conference on Earthquake Engineering. October 12-17, Bejing, China.
S. Alessandri and G. Monti. Design equations for the assessment and FRP-strengthening of reinforced
rectangular concrete columns under combined biaxial bending and axial loads. (2008). Journal Mechanics of
Composite Materials, Volume 44, Number 3 / May, 2008, Pages 197-324, ISSN 0191-5665 (Print) 15738922 (Online). Springer New York.
At UNIROMA3 the efficiency of the adopted retrofitting procedure by means of self compacting concrete and
stainless steel rebars welded to the end portions of removed rebars already damaged, has been pointed out.
The retrofitting design has been made according to CNR DT 200.
Preliminary tests have been carried out in order to characterize all the adopted materials: SCC, Frp and
stainless steel. The last one has been also modelled in terms of cyclic behaviour including buckling.
First results from experiments seem to confirm the efficiency of the retrofitting approach.
The pseudodynamic system seems to be versatile as well as capable to offer high performance with very
competitive costs.
3.9
Task 9 (PREFAB): Behaviour and strengthening of prefabricated industrial
structures (Toniolo)
The most significative results obtained by U.R. involved in the task and papers/reports are descibed as
follow:
UNINA-UNIMOL: he comparison between tests results and friction coefficient values provided by PCI
Handbook (1999), CNR 10018 (1999), and UNI-EN 1337:3 (2005), is shown in Figs. 1 and 2. In Figure 1 the
neoprene compressive stress ( ) is reported on the horizontal axis, while the shear one ( ) on vertical axis; in
Figure 2 on this axis the friction coefficient is presented. It is evident that PCI Handbook and CNR 10018
curves well approximate the experimental data linear regression curve; this does not happen in the case of
UNI-EN 1337:3 curve. However CNR 10018 provides a bit larger friction strength with respect to the
experimental results, while PCI Handbook provides larger friction strength only for compressive stress lower
2
than 3 N/mm . Furthermore, the tests results confirm the light increment of friction strength, which
corresponds to a light decrement of the friction coefficient, as the compressive stress increases.
On the base of experimental results, the following relationships for neoprene-concrete friction coefficient are
proposed:
0.49
if
v
0.1
if
0.15
0.15 N / mm 2
5N / mm 2
v
v
where
v
is the compressive stress and
0.055 ;
v =5
2
N/mm is the neoprene maximum compressive
strength according to CNR 10018. These formulations along with the linear regression curve of tests mean
results are plotted in Figure 3: the two curves are almost coincident.
Diagramma estratto dal PCI Handbook con i risultati delle prove
1.6
Shear stress [N/mm2]
1.4
PCI Handbook
1.2
CNR 10018/99
UNI-EN 1337:3-2005
1.0
Regression curve of experimental results
0.8
0.6
240 (4)
240
240 (2)
(3)
(1)
200
(2)
200
(1)
200 (3)
(4)
160
160 (1)
(3)
160
(5)
(2)
0.4
80 (5)
80 (4)
(2)
80
80 (3)
0.2
120 (4)
(2)
120
120 (5)
(3)
0.0
0
1
2
3
4
Compressive stress [N/mm2]
5
6
7
8
Figure 1. Comparison between compressive-shear stress curves provided by PCI Handbook, CNR 10018
and UNI-EN 1337:3 and tests regression curve
Diagram of the concrete - neoprene friction coefficient
Concrete - neoprene friction coefficient
0.8
0.7
PCI Handbook
0.6
CNR 10018
UNI-EN 1337:3-2005
0.5
Regression curve of experimental tests
0.4
0.3
0.2
120
80
0.1
160
200
240
0.0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Compressive stress [N/mm2]
Figure 2. Comparison between compressive stress – friction coefficient curves provided by PCI Handbook,
CNR 10018 and UNI-EN 1337:3 and tests regression curve
Diagram of the concrete - neoprene friction coefficient
Neoprene - concrete friction coefficient
0.5
0.5
Proposed analytical curve
Regression curve of experimental tests
0.4
0.4
0.3
CNR limitation for
neoprene crushing
0.3
0.2
0.2
80
120
160
0.1
200
240
0.1
0.0
0
1
2
3
4
5
6
Compressive Stress [N/mm2]
Figure 3. Proposed compressive stress - concrete–neoprene friction coefficient relationship
At the moment the tests design phase on dowel connection is concluded and the tests set up preparation is
started.
PAPERS / REPORTS:
Magliulo G., Fabbrocino G., Manfredi, G.. Seismic assessment of existing precast industrial buildings
using static and dynamic non linear analyses. Engineering Structures 2008, 30(9), pp. 2580-2588,
doi: 10.1016/j.engstruct.2008.02.003.
Capozzi, V, Magliulo,M, Fabbrocino, G and Manfredi, G. 2008. Prove sperimentali sulle connessioni
trave – pilastro delle strutture prefabbricate, Proceedings of the Conference “Valutazione e riduzione
della vulnerabilità sismica di edifici esistenti in c.a., Rome, Italy, May 29-30 2008.
Magliulo,M, Capozzi, V, Fabbrocino, G and Manfredi, G. 2008. Determinazione sperimentale del
coefficiente di attrito neoprene – calcestruzzo per la valutazione della vulnerabilità sismica delle
strutture prefabbricate esistenti, Proceedings of the Conference “Valutazione e riduzione della
vulnerabilità sismica di edifici esistenti in c.a., Rome, Italy, May 29-30 2008.
Capozzi, V, Magliulo,M, Fabbrocino, G and Manfredi, G. 2008. Experimental tests on beam – column
connections of precast buildings, Proceedings of the 14th World Conference on Earthquake
Engineering, Beijing, China, October 12-17 2008.
Magliulo,M, Capozzi, V, Fabbrocino, G and Manfredi, G. 2008. Experimental determination of
neoprene – concrete fiction coefficient for seismic assessment of existing precast structures,
Proceedings of the 14th World Conference on Earthquake Engineering, Beijing, China, October 1217 2008.
Capozzi, V, Magliulo,M, Fabbrocino, G and Manfredi, G. 2008. Prove sperimentali per la
determinazione delle caratteristiche meccaniche delle unioni spinottate trave - pilastro, Proceedings
of the 17° CTE Conference, Rome, Italy, November 5-8 2008.
Magliulo,M, Capozzi, V, Fabbrocino, G and Manfredi, G. 2008. Legge di variazione del coefficiente di
attrito neoprene – calcestruzzo al variare dello sforzo normale determinata mediante prove
sperimentali, Proceedings of the 17° CTE Conference, Rome, Italy, November 5-8 2008.
Capozzi, V, Magliulo,M, Fabbrocino, G and Manfredi, G. 2008. Experimental tests on the dowel
connections currently used in the beam-column joints of precast buildings; Proceedings of the
Symposium in honour of Prof. Toniolo, Milano, Italy, December 5 2008.
POLIMI-UNIBO: The extended experimental campaign has been carried out at POLIMI, The experimental
test results in terms of force displacement allowed to characterise the connection roof element to beam, as
global ductility, ultimate strength and dissipative capacity. In figure 4, force-displacement curves are
illustrated (monotonic test on rigid blocks) comparing the traditional existing connection with a modified
solution of the connection. While a brittle behaviour is expected for the traditional existing connection
(concrete crash of the beam edges), a ductile behaviour is then obtained if the steel plate in the connection
is opportunely reduced. Almost similar conclusions can be obtained for quasi-static cyclic tests as reported in
the research reports and papers.
Test set-up
Curve sperimentali forza-spostamento
180
Traditional
connection:
brittle failure
160
P.O.1
Forza [kN]
140
120
Modified
connection:
ductile behaviour with
deformation of steel plates
100
80
60
40
20
0
0
P.O.2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
Spostamento [mm]
P.O.1
P.O.2
Figure 4 – Push-over test: comparison of the two different solution (traditional vs. slightly modified)
The numerical investigations, carried out by POLIMI and UNIBO have highlighted that the most vulnerable
buildings are those with disarticulated diaphragm behaviour. However as emphasised in Palermo et al 2008
th
(14 World Conference) an accurate study on the modelling of connections needs to be done in order to
correctly predict the overall response of precast concrete buildings.
PAPERS / REPORTS:
Bonfanti, C., Carabellese, A., Toniolo, G., “Strutture prefabricate: catalogo delle tipologie esistenti”,
catalogo tecnico, Febbraio 2008 in collaborazione con ASSOBETON e Progetto Triennale 2005/08DPC/RELUIS (in Italian).
Mandelli Contegni, M., Palermo, A., Toniolo, G. “Strutture prefabricate: schedario di edifici prebbricati
in c.a.”, Maggio 2008 in collaborazione con ASSOBETON e Progetto Triennale 2005/08DPC/RELUIS (in Italian).
R. Felicetti, M. Lamperti, G. Toniolo, C. Zenti. 2008. Rapporto scientifico delle prove quasi-staitche
cicliche su collegamenti tegolo-trave. elazione di calcolo prove Napoli. in collaborazione con
ASSOBETON e Progetto Triennale 2005/08-DPC/RELUIS (in Italian).
Palermo, A., Camnasio, E. and Poretti, M., 2008, “Role of Dissipative Connections on the Seismic
th
Response of One-Storey Industrial Buildings”, 14 World Conference on Earthquake Engineering,
Beijing, China, October 12-17.
Biondini, F., Palermo, A., Toniolo, G., “Lifetime Seismic Performance of Precast Reinforced Concrete
st
Industrial Buildings”, Proc. of the 1 International Symposium on Life-Cycle Civil Engineering,
th
Varenna, June, 11-14 , 2008, pp. 279-284.
Felicetti, R., Toniolo, G., Zenti, C., “Comportamento sismico delle connessioni delle strutture
prefabbricate: analisi sperimentale dell’unione solaio-trave”, Convegno RELUIS “Valutazione e
riduzione della vulnerabilità sismica di edifici in c.a.” Roma, 29-30 Maggio, 2008, CD-ROM, pp. 683690 (in Italian).
Bonfanti, C., Carabellese, A., Toniolo, G., “Industrial Precast Structures: Construction Typologies and
Seismic Vulnerability”, Convegno RELUIS “Valutazione e riduzione della vulnerabilità sismica di
edifici in c.a.” Roma, 29-30 Maggio, 2008, CD-ROM, pp. 691-698(in Italian).
Biondini, F., Palermo, A., Toniolo, G., “Indagini preliminari sull’ influenza del degrado nel tempo sulla
risposta sismica degli edifici prefabbricati”, Convegno RELUIS “Valutazione e riduzione della
vulnerabilità sismica di edifici in c.a.” Roma, 29-30 Maggio, 2008, CD-ROM, pp. 733-741, (in Italian).
Camnasio, E., Poretti, M., Palermo, A., “Ruolo delle connessioni dissipative nella risposta sismica
degli edifici industriali monopiano”, XVII Congresso C.T.E., Roma, 5-8 Novembre 2008, Italy, pp.
827-837, (in Italian).
Felicetti, R., Lamperti, M., Toniolo, G., Zenti, C., “Analisi sperimentale del comportamento sismico di
connessioni tegolo-trave di strutture prefabbricate”, XVII Congresso C.T.E., Roma, 5-8 Novembre
2008, Italy, pp. 867-874, (in Italian).
Palermo, A., Toniolo, G., Tsionis, G., “Vulnerabilità Sismica degli Edifici Prefabbricati esistenti: analisi
di un edificio critico senza diaframma di copertura”, XVII Congresso C.T.E., Roma, 5-8 Novembre
2008, Italy, pp. 817-827, (in Italian).
Aprile, A., Benedetti, A., Marani, F., “Ruolo delle connessioni nel comportamento sismico delle
strutture prefabbricate monopiano in c.a.”, Convegno RELUIS “Valutazione e riduzione della
vulnerabilità sismica di edifici in c.a.” Roma, 29-30 Maggio, 2008, CD-ROM, pp. 699-706, (in Italian).
4. CONFORMITY TO THE PROGRAM
In the following sections, the activities carried out according to the research program are described. Possible
delays or anticipations are indicated, and the related justifications are expressed.
4.1
Task 1 (MND): Non-destructive methods for the knowledge of existing
structures (Masi)
rd
The activities of Task 1 scheduled within the 3 year have been to a great extent carried out, as specified in
the following for each RU.
UNIBAS: The activities scheduled in the project have been thoroughly performed. Particularly, the
experimental program arranged during the previous years has been concluded carrying out and carefully
analysing a large number of non destructive and destructive in situ and laboratory investigations. As a result,
criteria for planning and performing testing investigations, as well as methods and expressions to estimate
the in situ concrete strength have been obtained.
UNISA: The activities developed by the RU of UniSA substantially matches the original research programme
and its final aims and scopes.
UNICAL: In line with the “cronoprogramme” agreed upon at the beginning of the research, during the current
third year we have collected further data on existing concrete structures, analized the data resulting from
applying the appropriate methodologies, and sinthetically collected the results obtained during the three year
period.
POLIBA: With reference to the original program, in the last year many attentions have been placed on the
theoretical analysis of fuzzy variables, by using a more sophisticated mathematical model recently
developed. For this reason some more attention has been placed on the applicative part, that has been
partially reduced.
IUAV: At the end of the first year of research, the IUAV R.U. availed of the opportunity of investigating real
framed R.C. buildings (together with others), included the possibility of executing in situ testing.
Consequently, the initial program has been altered in order to profit of this special opportunity, which
appeared to be interesting.
4.2
Task 2 (FC): Calibration of Confidence Factors (Monti)
UNIROMA1: The activities of the UR UNIROMA1 agree with the results expected for the third year
concerning the development of a Bayesian procedure and the calibration of confidence factors.
UNINA: The part on probabilistic methodology has been completely developed. Particularly, the simulationbased algorithm can be used to estimate the structural reliability, to estimate the confidence factors, and to
update the structural reliability based on available test results. Moreover, a simplified method for the
estimation of the structural reliability is proposed based on few structural analyses. A questionnaire has been
prepared for doing a survey among the professional engineers. Currently the possibility of obtaining a few
more existing case-study structures with available test and inspections is considered.
4.3
Task 3 (IRREG): Assessment of NL behaviour of buildings, with emphasis on
irregular ones (Monti, Spacone)
UNIROMA1: The research activity of the UNIROMA1 R.U. produced three papers respectively published in
an international journal and in a national and international congress. According to the program the R.U. also
contributed to the draft of guide lines prepared by the Task group 3 on the use of nonlinear analysis for the
assessment of existing R.C. buildings.
UNICH: All the activities described followed the predefined schedule. Some difficulties were found because
of convergence issues in the nonlinear dynamic analyses, but this is a well-known problem in such analyses.
UNIFI: During the 3-years project, research goals of this RU have been globally fulfilled. During the third
year, in addition to finalizing results obtained in the previous years, new results have been obtained
particularly for multistory buildings, namely simplified evaluation of key structural parameters and use of
pushover analysis in the presence of complex irregularities. Publication of results will continue also in 2009.
UNINA: According to the program, analyses on plan and vertical irregular buildings are performed in order to
validate the procedures for identification and analyses of such structures. Many papers are published on the
topic both at national and international level. The draft of the final report on reinforced concrete existing
buildings non linear analyses methods is almost completed.
UNIBO: The research activities have been carried out in conformity with what expected.
IUAV: The activity has followed the initial program. At the moment, however, only a part of such program has
been carried out, since the softwares required several improvements and also because the IUAV R.U. has in
part suffered from some problems triggered by a recent reorganization of IUAV University.
UNICT: The activity of Research Unit UNICT has been performed according to the program initially
proposed, with the improvement discussed in the task meetings during the second and third year.
UNISA: The research program carried out by the RU of UNISA is completely coherent with the initial project
and the activities carried out on the present task led to point out some critical issues in non-linear methods
for seismic analysis of structures.
4.4
Task 4 (MIX): Assessment and strengthening of mixed-type (masonry/rc)
buildings (Manfredi)
The U. R. have pursued the proposed objective of the third year of activity. In particular, the U.R UNINA has
investigated the themes related to the behaviour of mix-type buildings through non linear analysis. These
analysis have highlighted the different steps in which the resistant elements withstand the seismic action.
The performed analyses from the UR UNIROMA1 allowed the identification of the main parameters affecting
the structural behaviour of mixed building and gave indications on feasible modelling and verification criteria.
4.5
Task 5 (TAMP): Influence of infills on structural response (Papia)
The research activities to be carried out during this last year were completed with reference to both
numerical analyses and experimental investigations. The scientific report of the second year pointed out
some delay in the experimental activities concerning tests on the infilled frames and the shaking table test on
the 3D building, but the present report shows that this delay was recovered, so that all the objectives of this
Task can be assumed to be achieved. The final Report, the published papers and the ones in progress show
research activities on the whole were carried out by this Task. They could turn out useful for further possible
studies concerning the role of the infill panels in the capacity assessment of RC buildings in seismic areas.
4.6
Task 6 (SCALE): Behaviour and strengthening of stairs (Cosenza)
The R.U. involved in the Task have pursued the proposed objectives. In particular, some numerical
investigations have been performed in order to understand the seismic behavior, and the possible failure
mechanisms of buildings having the most common stair typologies. The importance of accounting possible
brittle failures due to shear has been evidenced. An experimental set-up has been designed on the basis of
some simulations preformed by using different modelling: dimensions of a single span frame with inclined
beam, loads and resisting-wall have been defined.
4.7
Task 7 (NODI): Behaviour and strengthening of beam-column joints (Masi)
rd
The activities of Task 7 scheduled within the 3 year have been to a great extent carried out.
Research activities of UNIBAS RU were mainly made of a wide experimental campaign on full scale external
RC beam-column joints, supported by a wide literature review of the experimental programs made in Italy
and other countries. UNIBAS RU performed the activities scheduled within the third year, mainly relevant to
the execution of tests on joint specimens having different earthquake resistant design level, and to the
analysis of the test results.
UNIUD RU performed all the research activities according to the program, without delays or anticipations.
The activities carried out by the RU of UNISA on the present task is completely coherent with the initial
program, developed in strict connection with the Line 8 of the same project, as far as base joints. Further, the
assembly of a wide database of experimental tests on beam-to-column joints is a useful tool for investigating
their behavior.
UNINA RU performed analytical studies and parametric analyses to validate and to refine the main
mechanical and geometrical parameters, both in the case of internal and external joints, involved in the
available theoretical strength models. Numerical analyses allowed also to validate the equations proposed in
the Code to asses the failure of the joints. Further, some experimental tests conducted by the UNIBAS RU
during the Project were analyzed by means of numerical models to further validate the proposed theoretical
analyses and models.
4.8
Task 8 (BIAX): Behaviour and strengthening of columns under combined axial
load and biaxial bending and shear (Fabbrocino)
The analysis of eight experimental uniaxial tests on r.c. full scale square and rectangular columns reinforced
by plain or deformed rebars has been performed. The experimental outcomes pointed out the main aspects
related to the global, local and energy dissipation capacity of r.c. columns fundable in existing structures.
Theoretical analyses have been performed in order to predict the behaviour of r.c. columns under combined
axial load and biaxial bending.
The activity of Research Unit UNICT has been performed according to the program initially proposed, with
the improvement discussed in the task meetings during the second year.
All the activities described followed the predefined schedule. Some difficulties were found because of
convergence issues in the nonlinear dynamic analyses, but this is a well-known problem in such analyses.
Given that the activities of the UR UNIROMA1 is mainly focused on the development of simplified
procedures and these activities are spread in all the three years, the products for the third year are in
agreement with the program.
At UNIROMA3 the work program has been concluded by reaching the contract target: response evaluation
of retrofitted piers through the use of innovative materials, set up of a pseudodynamic system for lab tests,
set up and calibration of models for stainless steel reinforcements, characterization of used materials.
4.9
Task 9 (PREFAB): Behaviour and strengthening of prefabricated industrial
structures (Toniolo)
POLIMI: the experimental tests on roof element to beam have been completed with 6 months of delay
respect to the scheduled program due to delays related to the delivery of materials.
UNINA_UNIMOL: concerning the topic of friction connections, the theoretical modelling of tests results has
been completed, providing analytical expressions for their interpretation; concerning the mechanical
properties of dowel connections, the designed tests are not performed, due to the delay of the industrial
partner.
POLIMI_UNIBO: in parallel with experimental works the numerical investigations have been carried out in
order to evaluate which buildings have high seismic vulnerability. More analyses need to be done since the
typologies of buildings are almost variegated. As a consequence, also the third part related to the retrofit has
been delayed; some preliminary investigations have been started.