Studio e Monitoraggio del quadro fessurativo e del comportamento sismico
i i del Duomo
d lD
di O i
di Orvieto
Verifiche e validazione,
valutazione del rischio sismico
Gerardo De Canio
Laboratorio UTTMAT‐QUAL Qualificazione di Materiali e Componenti
ENEA C R Casaccia
ENEA C.R. Casaccia
Kick off Meeting ‐ Orvieto, 9 Aprile 2013
DIREZIONE REGIONALE PER I BENI CULTURALI E PAESAGGISTICI DELL’UMBRIA ‐Soprintendenza per i Beni Architettonici ‐e Paesaggistici dell'Umbria
[email protected]
Le attività ENEA si articolano in 7 fasi intermedie ed un prodotto finale.
A ‐ Fasi intermedie
A 1 Modello numerico tridimensionale sulla scorta del rilievo fotogrammetrico
A.1 Modello numerico tridimensionale sulla scorta del rilievo fotogrammetrico A.2 Rilievo completo e dettagliato del quadro fessurativo A.3 Analisi del degrado strutturale nel tempo degli elementi strutturali critici
A.4 Monitoraggio degli spostamenti relativi dei macro elementi strutturali (facciata, transetto, A.4
Monitoraggio degli spostamenti relativi dei macro elementi strutturali (facciata, transetto,
navata, cappelle laterali,…) mediante telerilevamento A.5 Identificazione dinamico strutturale tramite monitoraggio a vibrazioni gg
A.6 Monitoraggio sismico nel tempo, per la durata di 4 anni, e definizione dell’input sismico
A.7 Verifica della risposta reale dell’edificio ad un evento sismico, validazione del modello numerico tridimensionale ai fini della verifica sismica del duomo
B‐ Prodotto finale
B.1 Valutazione delle vulnerabilità sismica B.2 Eventuale proposta di intervento di miglioramento del comportamento sismico con progetto di massima delle opere da realizzare.
D.P.C.M. 09.02.11, “Linee Guida per la valutazione e riduzione del rischio sismico del Patrimonio Culturale tutelato con riferimento alle NTC 2008”, (in accordo al testo approvato dal CSLP il 23 luglio 2010 armonizzato con il DM 14.01.2008).
testo approvato dal CSLP il 23 luglio 2010 armonizzato con il DM 14.01.2008).
Valutazione della sicurezza sismica LV3 per l’intero
Valutazione della sicurezza sismica LV3 per l
intero manufatto.
manufatto
¾ Per ottenere un livello di sicurezza sismica LV3 le Linee guida sottolineano che è possibile
9 un modello tridimensonale globale (analisi lineare per individuare le zone di maggiore energia di deformazione)…….
9 scomporre la struttura in parti (macroelementi), valutando la ripartizione delle azioni sismiche tra i diversi sistemi strutturali, in ragione delle diverse rigidezze e dei collegamenti tra le stesse;
collegamenti tra le stesse; ¾ la ripartizione deve garantire l’equilibrio nei riguardi della totalità delle azioni orizzontali (longitudinali e trasversali) . (longitudinali e trasversali)
¾ La valutazione può quindi essere eseguita sistematicamente su ciascun elemento della costruzione.
costruzione
¾ Per la valutazione LV3 occorre definire l’accelerazione del suolo che porta allo stato limite ultimo la costruzione nel suo complesso (input sismico)
la costruzione nel suo complesso
(input sismico)
Duomo di Orvieto: Macro Elementi Longitudinali
Macro Elementi trasversali
Volte, vele, connessioni tra elementi longitudinali e
elementi longitudinali e trasversali
D.P.C.M. 09.02.11, “Linee Guida per la valutazione e riduzione del rischio sismico del Patrimonio Culturale tutelato con riferimento alle NTC 2008”, (in accordo al testo approvato dal CSLP il 23 luglio 2010 armonizzato con il DM 14.01.2008).
testo approvato dal CSLP il 23 luglio 2010 armonizzato con il DM 14.01.2008).
FC = Fattore di Confidenza
FC Fattore di Confidenza
¾ Rilievo geometrico: rilievo geometrico completo ‐> FC1=0;
¾ Identificazione delle specificità storiche e costruttive: restituzione completa
p
p
‐> FC2=0;
¾ Proprietà meccaniche dei materiali ‐ valutazione della risposta globale: limitate indagini ‐> FC3 = 0.06 ‐ valutazione dei meccanismi locali ‐> FC3 = 0.12
l
i
d i
i i l li FC3 0 12
¾ Terreno e Fondazioni: limitate indagini ‐> FC4 = 0.06. Terreno e Fondazioni: limitate indagini > FC4 = 0 06
¾ In definitiva:
In definitiva:
‐ Valutazione della risposta globale: fattore di confidenza FC = 1.12 a uta o e de ecca s oca : atto e d co de a C . 8
‐ Valutazione dei meccanismi locali: fattore di confidenza FC = 1.18
Indagini 1987: Fuori piombo e quadro fessurativo delle colonne
Carichi asimmetrici, Sollecitazioni comprese tra 2 e 6 Mpa
comprese tra 2 e 6 Mpa
Fuori piombo delle colonne e orientamento delle fessure
orientamento delle fessure
o Il nuovo quadro fessurativo dopo il 6 Aprile 2009 è concentrato nella sola colonnata di destra.
colonnata di destra.
o Le nuove lesioni non sono presenti dove è
sono presenti dove è in opera la cerchiatura fatta nel 1600.
Fuori piombo e quadro fessurativo delle colonne
p
q
Fuori piombo e quadro fessurativo delle Fuori
piombo e quadro fessurativo delle
colonne rilevato nel 1986‐87.
o IlIl nuovo quadro fessurativo dopo il 6 nuovo quadro fessurativo dopo il 6
Aprile 2009 è concentrato nella sola colonnata di destra.
o Le nuove lesioni non sono presenti dove è in opera la cerchiatura fatta nel 1700.
l 1700
o Carichi asimmetrici rispetto agli assi delle navate
o So
Sollecitazioni comprese tra 2 e 6 MPa
ec ta o co p ese t a e 6
a
Monitoraggio delle vibrazioni ambientali e caratterizzazione dinamica dei macro elementi
Macro elementi trasversali
Macro elementi longitudinali
connessioni tra macro elementi
D.P.C.M. 09.02.11, “Linee Guida per la valutazione e riduzione del rischio sismico del Patrimonio Culturale tutelato con riferimento alle NTC 2008”, (in accordo al testo approvato dal CSLP il 23 luglio 2010 armonizzato con il DM 14.01.2008).
testo approvato dal CSLP il 23 luglio 2010 armonizzato con il DM 14.01.2008).
criterio di verifica: Analisi Prestazionale ‐‐> Performance Based Assessment
La AP (PBA) consiste nel verificare che la struttura soddisfi gli obiettivi prestazionali (stati limite) , graduati e differenziati al variare di differenti livelli di input sismico atteso (cioè associati a diversi periodi di ritorno e probabilità di occorrenza)
periodi di ritorno e probabilità di occorrenza). • Curve di Capacità Vs. Domanda Sismica: L curva di capacità è confrontata con la domanda sismica
La
c r a di capacità è
f t t
l domanda sismica in termini di spettro di risposta i t
i i di
tt di i
t
tramite analisi statiche non lineari e/o analisi cinematiche non lineari ‐ analisi statiche non lineari analisi statiche non lineari
‐ Analisi cinematiche non lineari
Analisi cinematiche non lineari
D.P.C.M. 09.02.11, “Linee Guida per la valutazione e riduzione del rischio sismico del Patrimonio Culturale tutelato con riferimento alle NTC 2008”, (in accordo al testo approvato dal CSLP il 23 luglio 2010 armonizzato con il DM 14.01.2008).
testo approvato dal CSLP il 23 luglio 2010 armonizzato con il DM 14.01.2008).
‐ analisi statica non lineare: applicazione incrementale di forze statiche orizzontali, le quali “portano” la struttura in li i
i
t l di f
t ti h
i
t li l
li “ t
” l t tt
i
campo non lineare fino al collasso. Risultato: curva taglio alla base Vs. spostamento, che rappresenta la capacità della struttura da confrontare con la domanda sismica.
‐ Analisi cinematica non lineare: p
permette di determinare l’andamento dell’azione orizzontale che la struttura è in grado di g
sopportare all’evolversi del meccanismo. Tale curva è espressa attraverso un moltiplicatore α (rapporto tra le forze orizzontali applicate ed i corrispondenti pesi delle masse presenti) rappresentato in funzione dello
applicate ed i corrispondenti pesi delle masse presenti) , rappresentato in funzione dello spostamento di un punto di riferimento del sistema. D.P.C.M. 09.02.11 ‐ Abaco dei meccanismi ci collasso delle chiese
D.P.C.M. 09.02.11 ‐ Abaco dei meccanismi ci collasso delle chiese
Schema di calcolo per la verifica prestazionale, in accordo D.P.C.M. 09.02.11, “Linee Guida per la valutazione e riduzione del rischio sismico del Patrimonio Culturale Tutelato Verifica Prestazionale del macro elemento N°………
Meccanismo di collasso N°………
Valore
units
PLV ‐‐‐> Moltiplicatore di attivazione del cinematismo: a0
…………..
[‐]
…………
[ m]
n +m
Spostamento normalizzato
d* = dk
∑ Pδ
i
i =1
n +m
2
x,i
δ x,k ∑ Piδ x,i
i =1
[m/s^2]
Accelerazione spettrale ……….
[m/s^2]
Accelerazione corrispondente allo spostamento ds
Accelerazione corrispondente allo spostamento d
…………
Periodo Secante Ts
…………….
Spettro di spostamento corrispondente a Ts : SDe (Ts)
……………
[sec]
Verifica du > SDe (Ts)
[m]
Si/No
Esempio: Obelisco, Cinematismi
Esempio: Cinematismo di minima energia
Mechanism III°
Weight of the involved macro elements
w1
[daN]
w2
[daN]
0
w3
[daN]
∑ w i
[daN]
127896.5 70290.35 198186.85
partecip. F actor
*
e
[ ‐ ]
0.6885
Mechanism IV°
Weight of the involved macro elements
w1
[daN]
w2
[daN]
0
w3
[daN]
∑ w i
[daN]
12 896
127896.5
70290.35
0290 3 198186.85
198186 8
partecip. F actor
*
e
[ ‐ ]
0 8482
0.8482
Mec hanis m V°
W eight of the involved macro elements
w1
[daN]
w2
[daN]
259528.65 127896.50
w3
[daN]
∑ w i
[daN]
70290.35 457715.50
P articip. factor.
*
e
[ ‐ ]
0.7206
Esempio: Obelisco, Curva di capacità
1.6
FROM PULL RELEASE TESTS ‐ period corresponding to different amplitude of motion
0.13 g
1.2
0.1 g
1
0.8
0.08 g
Sa [[m/s2]
0.6
0.06 g
‐ Slenderness. 2G/b=8.94; ‐ overturning acceleration: a
overturning acceleration: a0=g/l=1.098 =g/l=1 098
m/s2; ‐ displacement capacity: bL(1)/2= 0.24 m. 1.4
0.2
0
0
0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07
d* [m]
4.8
4.4
4
36
3.6
3.2
2.8
2.4
2
1.6
1.2
0.8
0.4
0
0.005
0.01
0.015
Sd [[m]]
0.02
0.025
PGA=0.13 g
PGA=0.6 g
max displacements
capacity
p y curve
dmax,HHousner
The non‐linear dynamical model is
dynamical model is assumed as a bilinear curve (continuous line).
0
dmax,bilinear
pull release test
rigid block
elastic branch
Saa [m/s2]
a* [m/s2]
1.2
1.1
1
0.9
0.8
07
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0.04 g
0.4
CAPACITY CURVE
CAPACITY CURVE
0.04 g
0.06 g
0.08 g
0.1 g
0 13 g
0.13
capacity curve
max experimental displacement
displacement demand
du
0
0.03 0.06 0.09 0.12 0.15 0.18 0.21 0.24 0.27
Sd [m]
Grazie per l’attenzione !!