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Studio e Monitoraggio del quadro fessurativo e del i i d l D di O icomportamento sismico del Duomo di Orvieto
Modello Numerico tridimensionaleModello Numerico tridimensionaleApplicazioni ENEA di Modellazione e Analisi agli Elementi Finiti per la Applicazioni ENEA di Modellazione e Analisi agli Elementi Finiti per la
protezione sismica di macroelementi strutturali di edifici storico protezione sismica di macroelementi strutturali di edifici storico monumentali e singole opere d’artemonumentali e singole opere d’arte
Marialuisa Mongelli
monumentali e singole opere d’artemonumentali e singole opere d’arte
Laboratorio di Qualificazione Materiali e ComponentiENEA C.R. Casaccia UTT MAT‐QUAL
Kick off Meeting ‐ Orvieto, 9 Aprile 2013
[email protected]@enea.itDIREZIONE REGIONALE PER I BENI
CULTURALI E PAESAGGISTICI DELL’UMBRIA ‐Soprintendenza per i Beni Architettonici
‐e Paesaggistici dell'Umbria
Studio del Modello 3DLe chiese sono elementi strutturali con:
‐) forma particolareRibaltamento della facciata
) p‐) elevate dimensioni
Presentano meccanismi di danno localePresentano meccanismi di danno locale
Studio dei singoli macroelementi :“parti delle chiese architettonicamente riconoscibile (facciata abside arco trionfale) caratterizzati da una Meccanismi di “fuori piano delle pareti laterali(facciata, abside, arco trionfale), caratterizzati da una risposta sismica autonoma dal resto della fabbrica” (Doglioni et al. 1994)
f p p
Criticità degli archi principali
[email protected]@enea.itLaboratorio di “Qualificazione Materiali e Componenti” UTT MAT‐QUAL (C.R. ENEA Casaccia)
Studio del Modello 3DScomposizione del manufatto in più elementi architettonici detti macroelementi…macroelementi…solitamente è formato da più pareti ed elementi orizzontali connessi tra loro a costituire una parte costruttivamente unitaria ...pur se in genere collegata e non indipendente dal complesso della costruzione[D li i 1994]
Analisi 3D statica e dinamica
[Doglioni 1994].
Analisi 3D statica e dinamica dell’intero complesso
Analisi non lineare dei macroelementi
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Modellazione e Analisi agli elementi finiti
1 Valutazione del rischio sismico di un1. Valutazione del rischio sismico di un BC è imprescindibile dall’analisi strutturale
2. Analisi FE (statica lineare, non lineare
D.P.C.M. 09.02.11, “Linee Guida per la valutazione e riduzione del i hi i i d l PC t t l t 2. Analisi FE (statica lineare, non lineare
e dinamica) rappresenta una metodologia affidabile per valutare il comportamento sismico della
rischio sismico del P.C. tutelato con riferimento alle NTC 2008”, Supplemento ordinario G.U. n.54,
comportamento sismico della struttura 26‐02‐2011
Forme modali
Analisi FE preliminare per Materiali e Vincoli ipotizzati diversi scenari possibili
FEA dinamica modale FEA statica non lineare
Forme modaliFrequenze proprie
Mappatura delle deformazioniMappatura delle sollecitazionipp
Nella validazione il modello FE viene tarato per passi successivi in funzione dei risultati sperimentali ottenuti dal monitoraggio in situ
Laboratorio di “Qualificazione Materiali e Componenti” UTT MAT‐QUAL (C.R. ENEA Casaccia) [email protected]@enea.it
Modellazione e Analisi agli elementi finiti
Definizione del modello numerico
A i i i d l ili f iAcquisizione del rilievo fotogrammetrico
Eventuale Integrazione dati tramite scansione laser
I t i i i di diti d ll t iImportazione in un pre‐processore e operazione di editing della geometria
Definizione del modello agli elementi finiti
Analisi preliminare agli elementi finiti al fine di individuare:Analisi preliminare agli elementi finiti al fine di individuare:
forme e modi di vibrare della struttura
aree critiche ai fini del monitoraggioaree critiche ai fini del monitoraggio
Aggiornamento e Validazione del modello numericoIndagini per la caratterizzazione del sottosuolo (definizione del modelloIndagini per la caratterizzazione del sottosuolo (definizione del modello geologico del sottosuolo) e definizione della risposta sismica locale
Prove in situ: monitoraggio strutturale, endoscopia, georadar, ultrasuoni
Definizione delle condizioni al contorno
Carichi e vincoli
Proprietà degli elementi (proprietà dei materiali)
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Modellazione e Analisi agli elementi finiti
Struttura continua => Struttura a infiniti gradi di libertàStruttura continua => Struttura a infiniti gradi di libertà
L’analisi FE approssima il comportamento di una strutturaL analisi FE approssima il comportamento di una struttura continua con un numero finito di nodi (gradi di libertà)
Il metodo agli elementi finiti (FEM)offre SOLUZIONI APPROSSIMATESOLUZIONI APPROSSIMATE
sostituendo alle equazioni differenziali alle derivate parziali un sistema di equazioni algebricheparziali un sistema di equazioni algebriche
Il modello FE studia i macroelementi strutturali significativiIl modello FE studia i macroelementi strutturali significativi ai fini dell’individuazione delle zone critiche della struttura
Laboratorio di “Qualificazione Materiali e Componenti” UTT MAT‐QUAL (C.R. ENEA Casaccia) [email protected]@enea.it
Chiesa di Santa Maria in Gradi (VT)Meccanismi di collasso
Analisi agli elementi finiti per gli elementi macrostrutturali: Facciata e Timpanotipo I : ribaltamento verso l’esterno dell’intera facciata
tipo II: ribaltamento verso l’esterno del solo timpano
tipo III: rottura a taglio per azioni nel piano della facciatatipo III: rottura a taglio per azioni nel piano della facciata
Intervento di consolidamento proposto
Tecnica CAM (cucitura attiva delle murature) per:
ammorsamento facciata‐timpano
azioni di taglio nel pianotipo I e II tipo III
Distribuzione dell’ energia di deformazione per effetto di un’accelerazione costante fuori piano pari a 1g
Distribuzione dell’ energia di deformazione per effetto di un’accelerazione costante nel piano pari a 1g
Azioni fuori piano: tipo I e II Azioni nel piano: tipo IIIAzioni fuori piano: tipo I e II p p
Laboratorio di “Qualificazione Materiali e Componenti” UTT MAT‐QUAL (C.R. ENEA Casaccia) [email protected]@enea.it
Tamburo della chiesa di San Nicolò l’Arena (CT)Collaborazione ENEA “MAT‐QUAL” ‐ CE.P.I S CEntro di Prevenzione e Istruzione Sismica
ObiettiviR li i d ll i l 1 6Realizzazione modello in scala 1:6Intervento di miglioramento: Sistema DIS‐CAM
Cucitura Attiva della Muratura con elementi DISsipativi
MetodologieStudio preliminare medianteStudio preliminare mediantemodelli numerici (FEM)Prove dinamiche su tavola vibrantedel modello integro danneggiato edel modello integro, danneggiato erinforzato mediante elementidissipativi in corrispondenza dellefinestrefinestre
Sezione trasversale del sistema cupola tamburo
Monitoraggio con sensori in fibra ottica a reticolo di Bragg (FBG)
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gg gg ( )Utilizzo del sistema 3DVision e messa in rete dell’esperimento
Laboratorio di “Qualificazione Materiali e Componenti” UTT MAT‐QUAL (C.R. ENEA Casaccia)
Tamburo della chiesa di San Nicolò l’Arena (CT)Collaborazione ENEA “MAT‐QUAL” ‐ CE.P.I S CEntro di Prevenzione e Istruzione Sismica
Risultati 3DVision e validazione del modello FE
3D‐Vision D1S marker = FEA 4841 nodo
Colfiorito Input time‐history
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Distribuzione FE Sforzi-Deformazioni Laboratorio di “Qualificazione Materiali e Componenti”
UTT MAT‐QUAL (C.R. ENEA Casaccia)
Progetto PERPETUATE (VII P.Q.)
• PERformance‐based aPproach to Earthquake proTection of cUlturAl h d dheriTage in European and mediterranean countries
• www.perpetuate.eu
ObiettiviIl progetto intende sviluppare delle linee guida per la
valutazione e del rischio sismico e la protezione dei benivalutazione e del rischio sismico e la protezione dei beni culturali mediante possibili interventi di miglioramento sismicoRealizzazione modelli in scala ridotta o realeRealizzazione modelli in scala ridotta o reale
Obelisco lateranense (Roma)Volta a crociera del Palazzo del Day (Algeri)
Attività ENEADefinizione delle misure di valutazione del danno (WP1)Tecniche diagnostiche, proprietà dei materiali, ed identificazione strutturale (WP4)g , p p , ( )Individuazione degli elementi macrostrutturali da verificare su tavola vibrante, progettazionedei modelli in scala e prove sperimentali su tavola vibrante (WP5)Contributo alla definizione di nuove linee guida per la protezione del P.C. (WP8)g p p ( )
Laboratorio di “Qualificazione Materiali e Componenti” UTT MAT‐QUAL (C.R. ENEA Casaccia) [email protected]@enea.it
Obelisco Lateranense (Roma)
ObiettiviStudio cinematico dei possibili meccanismiStudio cinematico dei possibili meccanismi di “sliding” e “rocking” dei tre blocchi
MetodologieMonitoraggio Ambientale a lungo termine dovuto al traffico e/o microsismi/Prove NDT per la definizione delle proprietà meccaniche dei materialiEndoscopia, tomografia sonica, e georadarp g gModello e analisi agli elementi finitiVulnerabilità sismica
Laboratorio di “Qualificazione Materiali e Componenti” UTT MAT‐QUAL (C.R. ENEA Casaccia) [email protected]@enea.it
Volta a Crociera – Progetto PERPETUATEMoschea del Palazzo del Dey (Algeri)Moschea del Palazzo del Dey (Algeri)
Modello in scala reale con pareti non simmetricheDue campagne sperimentali:
Modello Rinforzato (catene).M d ll T l Q l ( i f )Modello Tal Quale (non rinforzato)
Studio del comportamento degli inserti in legno inseriti alla base di ogniarcoarco.
[email protected]@enea.itLaboratorio di “Qualificazione Materiali e Componenti” UTT MAT‐QUAL (C.R. ENEA Casaccia)
Hagia Irene (Complesso Topkapi ‐ Istanbul)
ObiettiviIndividuazione zone criticheValutazione possibili interventi di rinforzoRealizzazione modello (scala 1:10) con rigidezza e massa riproducenti le proprietàmeccaniche del macro‐elemento strutturale arco centrale ‐ pilastri (punto critico)
MetodologieStudio preliminare mediante modelli numerici(FEM)
.
(FEM)Prove dinamiche u tavola vibrante del modellointegro, danneggiato e rinforzato mediantediverse tecniche:diverse tecniche:‐) tradizionali‐) non tradizionali
Il sistema 3DVision consente la misuradiretta degli spostamenti e la messa in retedelle campagne sperimentali
Laboratorio di “Qualificazione Materiali e Componenti” UTT MAT‐QUAL (C.R. ENEA Casaccia)
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Isolamento sismico dei Bronzi di Riace Museo Archeologico Nazionale della Magna Grecia (R C )
ObiettiviMassimo isolamento dal terremoto
d b d
Museo Archeologico Nazionale della Magna Grecia (R. C.)
Bassa rigidezza + basso attrito + Grandi SpostamentiIsolamento 3D (nelle 3 direzioni XYZ)
Coefficiente di isolamento >90 % (no rocking)I l i l d iIsolamento componente verticale dannosa per i
punti critici (braccia e gambe)Riduzione delle celle di carico applicate ai tiranti pari a 2/3 d l l tt l2/3 del valore attuale
Materiali CompatibiliReversibilitàSemplice manutenzioneSemplice manutenzioneDurabilità
MetodologieProve sperimentali su tavola vibrante con input sismici di:terremoti artificiali (spettro compatibili con lo spettro sismico di
Stato Limite Ultimo (SLU) al piano espositivo dell’edificio) terremoti naturali con periodo di ritorno 24745 anni (Max hazard).
Granito / Marmo /
CeramicaLaboratorio di “Qualificazione Materiali e Componenti”
UTT MAT‐QUAL (C.R. ENEA Casaccia) [email protected]@enea.it
Isolamento sismico dei Bronzi di Riace Museo Archeologico Nazionale della Magna Grecia (R. C.)Museo Archeologico Nazionale della Magna Grecia (R. C.)
Convenzione ENEA e Direzione Regionale per i Beni Culturali e Paesaggistici della Calabria
http://webtv.sede.enea.it/index.php?page=listafilmcat2&idfilm=495&idcat=32
Riduzione delle forze di ritenuta applicate ai tiranti pari a 1/3 del valore attuale
[email protected]@enea.it
pari a 1/3 del valore attuale
Laboratorio di “Qualificazione Materiali e Componenti” UTT MAT‐QUAL (C.R. ENEA Casaccia)
Grazie a tutti per la partecipazione!!!
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Laboratorio di “Qualificazione Materiali e Componenti” UTT MAT‐QUAL (C.R. ENEA Casaccia)