un esempio di valutazione del danneggiamento e …

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1 Graduate School in Concrete Structures – Fratelli Pesenti Politecnico di Milano, Italy UN ESEMPIO DI VALUTAZIONE DEL DANNEGGIAMENTO E STUDIO DEL MIGLIORAMENTO SISMICO DI UN EDIFICIO STORICO DELL’AQUILA A. Franchi 1 – P. Crespi 2 – P. Ronca 1 – G. F. Ransenigo 3 ABSTRACT L’articolo riassume gli studi condotti per la valutazione del danneggiamento subito in seguito al terremoto del 6 aprile 2009, dalle strutture in muratura di pietra e mattoni di “palazzo Paone” nel centro storico de L’Aquila. Gli studi hanno compreso analisi numeriche sismiche con l’implementazione di un modello dell’edificio ad elementi finiti. Le analisi condotte hanno confermato la distribuzione del danneggiamento sismico osservato in sito, e forniscono importanti considerazioni sulla valutazione della tecnica di miglioramento sismico da adottare per l’intervento sull’edificio. I risultati ottenuti dalle analisi, in termini di sforzi puntuali, sono stati valutati in relazione ai criteri di verifica di resistenza imposti dalla norme tecniche italiane e sono proposti opportuni confronti con i criteri di rottura presenti in letteratura. Con riferimento all’edificio analizzato si è elaborata una stima numerica dei parametri utili alla formulazione di tali criteri. E’ risultata una interessante proposta di verifica di resistenza. E’ emersa la necessità di perseguire lo studio attraverso l’approntamento di prove addizionali di taglio sui materiali in sito, per la valutazione sperimentale di coesione e coefficiente d’attrito della muratura. KEYWORDS: historical building, cohesion, angle of friction, Coulomb failure criterion, stone masonry 1 Full professor – Politecnico di Milano 2 Assistan professor – Politecnico di Milano 3 MSc Civil Engineer, Brescia, Italy – Student of Master School F.lli Pesenti

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Page 1: UN ESEMPIO DI VALUTAZIONE DEL DANNEGGIAMENTO E …

1

Graduate School in Concrete Structures – Fratelli Pesenti

Politecnico di Milano, Italy

UN ESEMPIO DI VALUTAZIONE DEL DANNEGGIAMENTO

E STUDIO DEL MIGLIORAMENTO SISMICO DI UN

EDIFICIO STORICO DELL’AQUILA

A. Franchi1 – P. Crespi

2– P. Ronca

1 – G. F. Ransenigo

3

ABSTRACT

L’articolo riassume gli studi condotti per la valutazione del danneggiamento subito

in seguito al terremoto del 6 aprile 2009, dalle strutture in muratura di pietra e

mattoni di “palazzo Paone” nel centro storico de L’Aquila.

Gli studi hanno compreso analisi numeriche sismiche con l’implementazione di

un modello dell’edificio ad elementi finiti. Le analisi condotte hanno confermato

la distribuzione del danneggiamento sismico osservato in sito, e forniscono

importanti considerazioni sulla valutazione della tecnica di miglioramento sismico

da adottare per l’intervento sull’edificio.

I risultati ottenuti dalle analisi, in termini di sforzi puntuali, sono stati valutati

in relazione ai criteri di verifica di resistenza imposti dalla norme tecniche italiane

e sono proposti opportuni confronti con i criteri di rottura presenti in letteratura.

Con riferimento all’edificio analizzato si è elaborata una stima numerica dei

parametri utili alla formulazione di tali criteri. E’ risultata una interessante

proposta di verifica di resistenza.

E’ emersa la necessità di perseguire lo studio attraverso l’approntamento di

prove addizionali di taglio sui materiali in sito, per la valutazione sperimentale di

coesione e coefficiente d’attrito della muratura.

KEYWORDS: historical building, cohesion, angle of friction, Coulomb failure

criterion, stone masonry

1 Full professor – Politecnico di Milano

2 Assistan professor – Politecnico di Milano

3 MSc Civil Engineer, Brescia, Italy – Student of Master School F.lli Pesenti

Page 2: UN ESEMPIO DI VALUTAZIONE DEL DANNEGGIAMENTO E …

2

1. INTRODUZIONE

Lo studio ha interessato un palazzo nobiliare del XIX° secolo di carattere storico e

monumentale4, situato sul perimetro del centro storico della città dell’Aquila. In

seguito al sisma dell’Aquila del 6 aprile 2009 di intensità MW = 6.3 l’edificio è

stato dichiarato inagibile con esito “E” (ai sensi della scheda AeDES 06/2008

contenuta nell’ordinanza O.P.C.M. n° 3753/2009).

Lo studio è stato condotto durante i lavori di ristrutturazione eseguiti dalla ditta

Paterlini Costruzioni di Brescia, IT. I documenti redatti dai professionisti incaricati

per l’estensione delle pratiche di ristrutturazione [1], [2] sono stati presi come

riferimento iniziale per i rilievi e le indagini sperimentali relative alla geotecnica

ed ai materiali.

1.1 Organizzazione strutturale

L’edificio ha pianta rettangolare di dimensioni massime 33,7m per 20m e altezza

massima 15,2m circa, è isolato sul perimetro da quattro vie, è organizzato attorno

ad una corte centrale ed al vano scale; l’edificio si sviluppa su tre piani abitabili

(piano terra e primo piano presentano una altezza interna maggiore, 4.4m circa,

rispetto al secondo ed ultimo piano, 3.1m circa), sormontati dal piano sottotetto,

parzialmente non accessibile. Le murature sono disposte ortogonalmente secondo

due direzioni principali. Si presentano arretramenti di volume sia al primo che al

secondo piano, si vedano le planimetrie nella Figura 4.

Nel 1930 la facciata su corso Vittorio Emanuele II è stata ricostruita su un

nuovo allineamento, imposto da modifiche di viabilità del centro storico (Figura

2).

Figura 1 – Fotografia relativa a rifacimento di solai in latero cemento eseguiti al

secondo piano.

4 L’intero edificio nel 1986 è stato dichiarato vincolato e tutelato ai sensi della Legge n.

1089 del 1° giugno 1939.

Page 3: UN ESEMPIO DI VALUTAZIONE DEL DANNEGGIAMENTO E …

3

1.1.1 Volte

Al piano terra si trovano prevalentemente volte (gli ambienti voltati coprono

circa il 70% della superficie) con valenza strutturale, le poche volte presenti ai

piani superiori sono coperte da solai piani portanti (Figura 4).

1.1.2 Solai

Con eccezione degli ambienti voltati del piano terra tutti gli orizzontamenti

dell’edificio sono realizzati in solaio piano a putrelle e tavelloni o travetti in

cemento armato e pignatte con soprastante cappa in calcestruzzo armata con rete

elettrosaldata; dai rilievi eseguiti durante i lavori di ristrutturazione è stato

possibile accertare che non sono stati realizzati cordoli perimetrali ai solai (Figura

1). L’edificio ha strutture di copertura non spingenti.

1.2 Murature in pietra

Dai rilievi eseguiti [1] si è desunto che l’edificio è prevalentemente composto da

struttura portante in muratura in pietra. La tipologia di muratura in pietra è

rispondente alle caratteristiche della tipologia costruttiva locale, costituita da conci

in pietra calcarea con spigoli arrotondati di pezzatura media (dimensione circa

20cm) apparecchiata su due fodere, con un nucleo interno spesso e scadente [3].

Con riferimento alle classi di muratura proposte dalla normativa italiana (Tabella

C8A.2.1 della [4]) la classe che maggiormente si avvicina alle caratteristiche della

muratura in esame risulta “muratura a conci sbozzati con paramento di limitato

spessore e nucleo interno”, di seguito si abbrevia più semplicemente con muratura

in pietra.

E’ interessante osservare che le pareti portanti sono rivestite e rettificate con

scaglie, tavelle o mattoncini di laterizio e malta e soprastante intonaco (con 3 strati

d’intonaco) per uno spessore complessivo di circa 10cm per lato (Figura 3). Lo

spessore complessivo delle pareti è variabile, al piano terra dell’edifico si trovano

spessori pari a 80-90-100cm, ai piani superiori gli spessori si riducono

gradualmente fino a 50-60-70cm. Il rivestimento in laterizio, oltre che a

contribuire ad aumentare il volume di muratura da trattare nelle fasi di riparazione,

ha subito a causa della sua maggiore fragilità un grado di danneggiamento

superiore rispetto a quello della muratura sottostante.

Ai sensi della norma il livello di conoscenza della struttura raggiunto per questo

edificio è LC2, ovvero conoscenza adeguata. In ragione di ciò i parametri

meccanici di progetto, si sono ottenuti dividendo i valori medi della tabella

C8.A.2.1 della [4] f , average per il fattore di confidenza FC pari a 1.20. Si è

applicato, per la muratura in pietra, il coefficiente 0.8, dedotto dalla Tabella

C8A.2.2 della [4] e relativo alla presenza di nucleo ampio e scadente.

Page 4: UN ESEMPIO DI VALUTAZIONE DEL DANNEGGIAMENTO E …

4

Per quanto riguarda i parametri di resistenza di calcolo della muratura, la

normativa (si veda il paragrafo C8.7.1.5 della [4]) impone di dividere oltre che per

il fattore di confidenza FC anche per il coefficiente di sicurezza del materiale

M .

Il metodo di consolidamento delle murature in pietra, individuato nei

documenti di progetto [1], è l’iniezione di miscele leganti. In ragione di questo le

proprietà meccaniche della muratura in pietra consolidata vengono migliorate

tramite il fattore 1.7.

Per la muratura in pietra, rispettivamente per le proprietà meccaniche e per le

resistenze di calcolo si sono ottenute le relazioni, e rispettivamente per la muratura

non consolidata e consolidata:

fd f , average

C 0.8 ; fd

f , average

C 0.8 1. (1)

fvd f , average

C 0.8

1

M ; fvd

f , average

C 0.8

1

M 1. ; (2)

Per le altre murature

fd f , average

C ; (3)

fvd f , average

C

1

M ; (4)

Analogamente si è diviso il coefficiente d’attrito per il coefficiente di

sicurezza M e per il fattore di confidenza FC=1.2 ( si veda il paragrafo 4.1).

In Tabella 1 ed in Tabella 2 si mostrano le caratteristiche meccaniche e le

resistenze dei materiali utilizzati per modellare l’edificio.

Figura 2 – Progetto di apertura del corso Vittorio Emanuele del 1930 con

modifiche strutturali sull’edificio studiato, tratto da [5].

Page 5: UN ESEMPIO DI VALUTAZIONE DEL DANNEGGIAMENTO E …

5

Tabella 1 – Caratteristiche meccaniche dei materiali utilizzati nel modello, con

riferimento alla norma italiana: E modulo elastico, G modulo a taglio, w peso

specifico.

Materiale E

[MPa]

w

(kN/m3)

Muratura in pietra Stato iniziale 820 0.2 20

Consolidata 1394 0.2 20

Muratura in mattoni pieni 1250 0.2 18

Muratura in mattoni semipieni 3792 0.2 15

Calcestruzzo 31475 0.2 25

Tabella 2 – Resistenza a taglio media fvk,average e di progetto fvd0 della muratura,

coefficienti d’attrito medi e di progetto utilizzati per le verifiche

Muratura fvk, average

[MPa]

fvd0

[MPa]

Muratura in pietra Stato iniziale 0.043 0.400 0.010 0.111

Consolidata 0.073 0.400 0.016 0.111

Muratura in mattoni pieni 0.076 0.400 0.021 0.111

Muratura in mattoni semipieni 0.280 0.400 0.078 0.111

Figura 3 – Stratigrafia delle murature in pietra

1.2.1 Indagini sperimentali sulla muratura in pietra

Sull’edificio sono state svolte indagini sperimentali tramite martinetti piatti singoli

e doppi, per la valutazione dello stato di sollecitazione presente e del modulo

elastico delle murature in vista della successiva verifica sismica della struttura [2].

variable

coatedwith mortarand brick

plaster

10cm

two facings wallwhit thick inner core

10cm

Page 6: UN ESEMPIO DI VALUTAZIONE DEL DANNEGGIAMENTO E …

6

Sono state eseguite prove a livello del piano terra, nelle murature perimetrali

interne ed esterne. Con riferimento alle Figure 4 e 5 il punto FJ.1, corrisponde alla

muratura in pietra ricostruita nel 1930, mentre il punto FJ.2 corrisponde alla

muratura in pietra presente sul cortile interno. Le prove sono state eseguite in

accordo con [6] e [7].

Per ogni punto d’indagine, J.1 e J.2, si è valutato il modulo elastico secante

medio, rispetto all’inviluppo dei diagrammi di carico e scarico; si è ottenuta una

curva con un numero di tratti pari al numero di step di carico (i risultati numerici e

grafici sono riportati in Tabella 3 ed in Figura 6). Le due curve sperimentali, per

FJ.1 e FJ.2, sono state messe a confronto con i valori di modulo elastico proposti

dalla normativa per la muratura con le caratteristiche descritte nel paragrafo 1.2.

Dal confronto è emerso che i valori proposti dalla normativa risultano

cautelativi rispetto ai risultati sperimentali riscontrati nei due punti d’indagine. Si è

ritenuto di utilizzare nei calcoli i valori della normativa.

Figura 4 – Floor plans of the building

VIA FILETTO

LA

RG

O T

UN

ISIA

CO

RS

O G

AR

IBA

LD

I

B

A'

0 1 3 5 10m

FJ.1

FJ.2A

B'

VIA FILETTO

LA

RG

O T

UN

ISIA

CO

RS

O G

AR

IBA

LD

I

0 1 3 5 10m

Largo Tu

nisia

CORSO VITTORIO EMANUELE II

VIA FILETTO

LA

RG

O T

UN

ISIA

CO

RS

O G

AR

IBA

LD

I

VIA FILETTO

LA

RG

O T

UN

ISIA

CO

RS

O G

AR

IBA

LD

I

N

0 1 3 5 10m

N

0 1 3 5 10m

N

N

B

A'A

B'

B

A'A

B'

B

A'A

B'

3 x

soletta

in c.a.

3 x

GROUND FLOOR FIRST FLOOR

SECOND FLOOR GARRETCORSO VITTORIO EMANUELE II

CORSO VITTORIO EMANUELE IICORSO VITTORIO EMANUELE II

N.A.

N.A.

(N.A. = NOT ACCESSIBLE)

STONE MASONRY BRICK MASONRY HOLLOW BRICK MASONRYTIE ROD

EMPTY

EMPTY EMPTY

EMPTY

Page 7: UN ESEMPIO DI VALUTAZIONE DEL DANNEGGIAMENTO E …

7

(a) (b)

Figura 5 – Esecuzione della prova a martinetto piatto singolo: (a) posizione FJ.1,

(b) posizione FJ.2

Tabella 3 – Risultati dei test condotti tramite martinetti piatti, ̅ tensione media sui

sensori nel test a martinetto piatto singolo; intervallo di pressione idraulica,

modulo elastico secante sull’intervallo di carico; ricavati dal test

eseguito sulle medesime posizioni con martinetto piatto doppio.

Test ̅ [MPa] [MPa] [MPa]

FJ.1 0.79Mpa 0÷0.6 2650

0.6÷0.9 2650

0.9÷1.2 2650

1.2÷1.5 2450

1.5÷1.8 2070

1.8÷2.05 1570

FJ.2 0.79Mpa 0÷0.5 5140

0.5÷1 4960

1÷1.5 4680

1.5÷2 2250

1.2.2 Indagini sperimentali sulla qualità della malta

Sulle murature dell’edificio sono state eseguite delle prove per la valutazione della

resistenza a compressione delle malte mediante metodi non distruttivi. La

campagna d’indagine è stata svolta individuando n°12 paramenti murari (Tabella

4), realizzati con diverse tecniche e con diversi materiali (muratura in pietra a

sacco, in mattoni e mista), sia prima che dopo l’intervento di consolidamento

Page 8: UN ESEMPIO DI VALUTAZIONE DEL DANNEGGIAMENTO E …

8

mediante iniezione di miscele a base di leganti idraulici naturali (principalmente

calce e pozzolana).

I risultati delle prove sono ottenuti applicando il metodo penetrometrico di cui

al [8] che consiste nell’inserimento di una punta metallica nella malta mediante le

battute di un comune sclerometro per calcestruzzi (forza d’impatto nota pari a 2,2

J) opportunamente modificato.

I risultati di queste prove consistono in una serie di diagrammi (Figura 8) nei

quali viene riportata la profondità totale di penetrazione della sonda in funzione

del numero di battute impresse con il penetrometro.

Figura 6 - Confronto grafico tra i moduli elastici sperimentali FJ.1 e FJ.2 con il

valore fornito dalla normativa per la categoria di muratura descritta nel paragrafo

1.2.

La determinazione del valore di resistenza a compressione avviene mediante

una correlazione empirica tra la velocità di penetrazione (w) e la resistenza

cilindrica a compressione della malta (fc) determinata dagli autori della

pubblicazione. La correlazione è descritta mediante la seguente funzione:

(5)

assumendo per le costanti i valori α = 2.07 mm/battuta e fco = 1.0 MPa.

0

0,5

1

1,5

2

2,5

0,00% 0,05% 0,10% 0,15% 0,20% 0,25% 0,30%

s[MPa]

e = s/E FJ.1

FJ.2

stone masonry - italian code

consolidated stone masonry - italian code

Page 9: UN ESEMPIO DI VALUTAZIONE DEL DANNEGGIAMENTO E …

9

La tecnica di indagine scelta può essere applicata solo alle malte di resistenza

non superiore a 4÷5 MPa. Tuttavia, tale limite non ha pregiudicato l’applicabilità

di questo metodo alla maggior parte delle murature in questione.

Tabella 4 - Individuazione dei pannelli di prova e delle relative caratteristiche

della muratura e della malta. Note: (1)

in prossimità della prova con doppio

martinetto; (2)

rinzaffo a copertura delle iniezioni (3)

parete destinata a prova di

compressione diagonale (4)

giunti di allettamento (5)

muratura di mattoni di epoca

recente (6)

in prossimità della volta scarica (7)

elevato danneggiamento.

I risultati di prova sono costituiti dai valori di resistenza a compressione delle

malte analizzate (Tabella 5). Tra questi è possibile notare che il paramento

denominato “PATE ” non ha fornito risultati accettabili vista l’elevata presenza

di pietra nella muratura la quale ha permesso la realizzazione di sole 3 prove

significative con un valore praticamente allineato.

Inoltre, come era lecito attendersi, la dispersione di tali valori è molto elevata,

indice di una elevata disomogeneità del materiale.

Figura 7 - Attrezzatura di prova

Test Dislocazione

Tipo di muratura Tipo di malta Note Piano Posizione

PATE 1 Piano terra Esterno Pietra e Mattoni Stato esistente (1)

PATE 2 Piano terra Scala Pietra e Mattoni Stato esistente (1)

PATE 3 Piano terra Cortile Pietra e Mattoni Stato esistente (1)

PATE 4 Secondo Esterno Mattoni Stato esistente (1)

PATE 5 Primo piano Interno Pietra Nuova (2)

PATE 6 Primo piano Interno Pietra Stato esistente (3)

PATE 7 Primo piano Interno Pietra Nuova (4)

PATE 8 Primo piano Interno Mattoni Nuova (4)

PATE 9 Primo piano Interno Mattoni Stato esistente (5)

PATE 10 Primo piano Interno Pietra Stato esistente (6)

PATE 11 Primo piano Interno Pietra Stato esistente (7)

PATE 12 Primo piano Interno Pietra Nuova (4)

Page 10: UN ESEMPIO DI VALUTAZIONE DEL DANNEGGIAMENTO E …

10

Figura 8 - Paramento murario sul quale sono state eseguite le prove con i relativi

risultati

Tabella 5 - Elaborazione dei valori derivanti dalle prove con penetrometro per

malte. I valori di resistenza a compressione [MPa] riportati sono tabulati indicando

per ciascun pannello la resistenza minima, media e massima oltre che la relativa

deviazione standard.

Test Risultati

Minimo [MPa] Medio [MPa] Massimo [MPa] dev. std.

PATE 1 0,11 1,02 3,61 1,34

PATE 2 0,11 0,42 1,05 0,26

PATE 3 P.N.D. 0,15 P.N.D. P.N.D.

PATE 4 0,16 0,80 1,76 0,40

PATE 5 0,28 0,91 2,51 0,83

PATE 6 0,03 0,64 1,78 0,47

PATE 7 0,38 1,96 3,55 0,80

PATE 8 1,98 < 4,5 > 4,5 1,4

PATE 9 0,44 1,66 3,77 1,02

PATE 10 0,32 0,68 1,07 0,23

PATE 11 0,24 0,77 1,34 0,41

PATE 12 0,40 1,20 2,59 0,76

P.N.D. Parametro Non Determinabile

Dalle prove è emerso il basso valore di resistenza a compressione della malta

indagata. Si è riscontrato che il paramento “PATE 8” (post–iniezione) ha fornito i

valori di resistenza della malta più alti. Anche i paramenti “PATE ” e “PATE 12”

(post–iniezione) presentano valori mediamente più alti rispetto agli altri (ante–

iniezione), anche se più bassi rispetto al “PATE 8”, ciò probabilmente a causa del

Page 11: UN ESEMPIO DI VALUTAZIONE DEL DANNEGGIAMENTO E …

11

numero di vuoti nella malta iniettata ma anche di una possibile segregazione tipica

di questi materiali.

2. ANALISI DEL DANNO

L’edificio in oggetto non ha subito danni tali da comprometterne la stabilità, tutti

gli elementi strutturali, seppur danneggiati, hanno mantenuto la capacità portante.

Il danneggiamento è prevalentemente presente al piano terra ed al primo piano,

e quasi assente al piano secondo ed in copertura.

2.1.1 Volte, archi e architravi

Il meccanismo di ribaltamento innescato sui fronti di via Vittorio Emanuele e via

Garibaldi ha causato il distacco della testata delle volte dalle facciate, (Figura 10);

si è rilevata l’estensione delle giunzioni delle due catene lunghe interessate dal

meccanismo (Figura 9). Ulteriori danneggiamenti localizzati si hanno in

corrispondenza delle lunette.

Al primo piano: la volta a crociera risulta diffusamente danneggiata, come pure

le pareti su cui appoggia (Figura 12 a).

Le piccole volte a sostegno delle rampe scala e in generale le volte

dell’androne d’ingresso e le volte sui pianerottoli d’accesso agli appartamenti,

caratterizzati dalla presenza di decori a stucco, risultano diffusamente danneggiati

(Figura 12 b, c). Durante l’esecuzione dei lavori di ristrutturazione si è accertato

che le lesioni sulle volte del vano scala hanno riguardato esclusivamente lo strato

d’intonaco e gli stucchi, separatosi e distaccatosi dalle volte.

Gli archi, di luce inferiore ai 2m, d’imposta alle volte sui pianerottoli risultano

danneggiati; gli architravi sulle porte interne e sulle finestre risultano compromessi

(Figura 12e).

2.1.2 Pareti

Sulle facciate esterne sono visibili lesioni inclinate, al piano terra ed al piano

primo. In corrispondenza delle fasce sottofinestra e dei sopraporta sono presenti

lesioni causate dalla forte riduzione di spessore della muratura in questi punti

(Figura 11 a, b, c; Figura 1 f). Alcune lesioni a croce sono presenti nei maschi

murari, sia al piano terra che al primo piano: di queste la più rilevante si trova in

corrispondenza della parete d’appoggio della volta a crociera al primo piano

(Figura 12 a).

Tuttavia si è notato che la maggior parte delle lesioni sulle facciate esterne

hanno interessato una frazione dello spessore della muratura o solamente lo strato

di rivestimento, di cui si parla al paragrafo 1.2. Si rileva una lesione verticale

(Figura 11d), in corrispondenza della discontinuità muraria del fronte su via

Vittorio Emanuele II (di questo si parla nel paragrafo 0).

Page 12: UN ESEMPIO DI VALUTAZIONE DEL DANNEGGIAMENTO E …

12

Le murature interne, perpendicolari ai piani delle facciate, presentano un grado

di danneggiamento molto più intenso e di maggiore approfondimento nello

spessore. Queste lesioni sono localizzate, in gran parte, in corrispondenza delle

discontinuità nella tessitura muraria (nicchie, vuoti della muratura, presenza di

pietre di dimensioni maggiori, archi di scarico inglobati nella muratura, caminetti,

canne fumarie e fori per il passaggio di impianti).

Figura 9 - Estensione del giunto su una catena sollecitata dal sisma

(a)

(b)

(c)

Figura 10 - Lesioni causate dall’ innesco del meccanismo di ribaltamento della

facciata su via Vittorio Emanuele II: (a) lesione verticale sul muro perpendicolare

alla facciata, (b) lesione sul pavimento, (c) distacco della volta dalla facciata

Page 13: UN ESEMPIO DI VALUTAZIONE DEL DANNEGGIAMENTO E …

13

(a) (b)

“Via Garibaldi“ vie , relief of damage

(c) (d)

“Corso Vittorio Emanuele II“ vie , relief of damage

(e)

“Largo Tunisia“ vie , relief of damage

Figura 11 - Relief of the damage on the building views

Page 14: UN ESEMPIO DI VALUTAZIONE DEL DANNEGGIAMENTO E …

14

(a)

“Via iletto“ vie , relief of damage

(b) (c)

Longitudinal section on the stairwell, relief of damage

(d) (e)

(f)

Transverse section, relief of damage

Figura 12 - Relief of the damage on the building views and sections

Page 15: UN ESEMPIO DI VALUTAZIONE DEL DANNEGGIAMENTO E …

15

3. ANALISI NUMERICHE

Lo studio del comportamento sismico dell’edificio è stato eseguito tramite

un’analisi dinamica lineare basata sullo studio delle forme modali. I risultati

possono essere considerati validi solo per piccole ampiezze di oscillazione, ed in

assenza di fonti di non linearità quali diffusi stati di danneggiamento.

3.1 AZIONE SISMICA

Si utilizza lo spettro di risposta determinato dalla normativa italiana per valutare

gli effetti del terremoto sulla costruzione associati a ciascun modo di vibrare.

3.1.1 Spettro di risposta di progetto

L’azione sismica viene valutata utilizzando gli spettri di risposta indicati dalla

normativa italiana in relazione alla pericolosità sismica locale. Ai fini dello studio

si è preso in considerazione lo stato limite di salvaguardia della vita umana, SLV,

corrispondente ad una probabilità di superamento del 10% in 475 anni. In Tabella

6 sono elencati i parametri necessari alla determinazione dello spettro di risposta

corrispondente ai sensi della norma italiana. Le informazioni geotecniche sono

desunte dalle relazioni contenute nel progetto di ristrutturazione [1]. All’edificio

si assegna una vita di riferimento pari a 50 anni.

3.1.2 Fattore di struttura

Si è tenuto conto del grado di comportamento inelastico della struttura scalando lo

spettro di risposta del fattore di struttura, per struttura in muratura ordinaria non

armata e struttura non regolare in altezza, come specificato nel C8.7.1.3 della [4] è

stato assunto il valore:

q 1. u 1⁄ (6)

con u 1⁄ 1. , ottenendo il valore indicato in Tabella 6. Mentre per la

componente verticale dell’azione sismica, come indicato nel 7.3.1 della [9] è stato

assunto il valore di q pari a 1.5 (Tabella 6).

The maximum spectral acceleration values are 0.316g for the horizontal

earthquake, and 0.283g for the vertical earthquake (Figura 13).

3.2 DESCRIZIONE DEL MODELLO

La geometria tridimensionale del primo modello corrisponde allo stato originale

dell’edificio precedentemente al sisma, nel secondo modello sono state inserite

delle modifiche in osservanza alle istruzioni contenute nel progetto di

ristrutturazione.

Page 16: UN ESEMPIO DI VALUTAZIONE DEL DANNEGGIAMENTO E …

16

Tabella 6 - Parameters for the calculation of the response spectrum.

Coordinates (ED50) latitude 42°.352877

longitude 13°.400673

Soil category B

Topographic category T1

Life reference 50 years

Fattore di struttura Horizontal earthquake q = 2.25

Vertical earthquake q = 1.5

Figura 13 - Spectra design response

3.2.1 Elementi finiti

Sono stati utilizzati elementi finiti bidimensionali in sforzo piano per pareti, volte

e solette, con una mesh regolare formata da elementi di tre o quattro nodi, di

dimensione approssimativamente pari a 50cm. Per modellare travi e pilastri in

cemento armato sono stati utilizzati elementi monodimensionali tipo beam; si veda

la Tabella 7 per dettagli.

3.2.2 Geometria

La geometria delle volte è stata modellata lungo la linea d’asse, facendo coincidere

i nodi delle volte con i nodi delle pareti adiacenti. Le solette esistenti sono

modellate tramite elementi bidimensionali dello spessore della cappa in cemento

armato. Non sono modellate le catene.

La geometria delle pareti è stata modellata tenendo conto oltre alle forometrie

delle porte e delle finestre, anche delle forti riduzioni di spessore presenti in

corrispondenza dei dettagli costruttivi di nicchie e sottofinestra.

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4

Sd

[g]

T [s]

horizontal earthquake

vertical earthquake

Page 17: UN ESEMPIO DI VALUTAZIONE DEL DANNEGGIAMENTO E …

17

L’altezza dei piani è stata modellata costante ad eccezione del piano terra;

l’altezza delle pareti del piano terra sono variabili insieme all’andamento

altimetrico delle strade sul perimetro dell’edificio, infatti i locali al piano terra

presentano altezza interna variabile da 3.3m a 4.4 m. Planimetrie e sezioni

dell’edificio sono mostrate in Figura 4 e Figura 12.

Tabella 7 - Finites elements of the model

Type of

elements

Structure Material Number

of

elements

Plane stress

3-4 nodes

Walls Stone masonry 12324

Brick masonry 1437

Hollow brick masonry 421

Vaults Stone 782

Brick 4248

Slabs Concrete 5362

Beam Columns Concrete 2

Beams Concrete 317

3.2.3 Loads

I carichi gravanti sui solai sono stati dedotti dall’analisi delle stratigrafie esistenti

ed alla destinazione degli ambienti. In Tabella 8 sono riassunti i valori utilizzati.

La parete al piano terra su via Filetto è sollecitata dalla spinta del terreno, la

massima differenza di quota tra interno ed esterno raggiunge 1.8m all’angolo con

Largo Tunisia. La spinta passiva è stata determinata con la teoria di Coulomb

( ), mentre l’incremento di spinta per effetto del sisma è stato

calcolato con riferimento alla teoria di Wood ( ⁄ ). La spinta

applicata in condizioni sismiche è pertanto data dalla somma:

ptot p p

0 (7)

Il massimo valore di applicato per hmax = 1.8m è stato 30.3kN/m2. I dati

utilizzati per la quantificazione della pressione sono elencati di seguito.

16 m ; 0 0. ;

ag

g 0.261 ; S = 1.2

Page 18: UN ESEMPIO DI VALUTAZIONE DEL DANNEGGIAMENTO E …

18

3.2.4 Materiali

I materiali strutturali utilizzati nel modello sono elencati in Tabella 1, nella Figura

14 i materiali sono distinti tramite colori diversi. Gli spessori delle murature e

volte utilizzati nel modello sono riportati nella Tabella 9.

3.2.5 Vincoli

I nodi alla base delle pareti sono incastrati. Nel primo modello non sono presenti

piani rigidi. Solette e travi in cemento armato sono collegate in semplice appoggio

alle pareti.

Tabella 8 - Carichi applicati ai solai secondo la tipologia del solaio: il solaio tipo A

corrisponde al solaio in travetti in c.a., pignatte e soletta collaborante, il solaio tipo

B corrisponde al solaio in putrelle e tavelloni. I carichi permanenti tengono conto

delle stratigrafie delle finiture e delle tramezze dove presenti; i carichi variabili

sono dedotti dalla normativa [9].

Peso strutturale [daN/m2] Peso permanente

[daN/m2]

Carico

variabile

[daN/m2]

Ambienti

interni,

uso

residenziale

Solaio tipo A 350 350

200

Solaio tipo B 205

Volte in

mattoni

1800

daN/m3

Riempimento

- modello n°1:

1500 daN/m3

- modello n°2:

700 daN/ m3

400 200

Volte in pietra 2000

daN/m3

Terrazze Solaio tipo A 350 230 400

Solaio tipo B 205

Scale Volte in

mattoni

1800

daN/m3

240 400

Sottotetto Solaio tipo A 350 - 100

Solaio tipo B 205

Copertura Struttura in

legno

60 110 160

3.2.6 Modifiche introdotte nel secondo modello

Il valore del modulo elastico della muratura in pietra è stato incrementato per

risultato delle iniezioni di consolidamento come discusso nel paragrafo 1.2, i

valori sono riportati nella Tabella 1.

Page 19: UN ESEMPIO DI VALUTAZIONE DEL DANNEGGIAMENTO E …

19

Alcune aperture nelle pareti sono state spostate o eliminate a causa del

riallineamento delle stesse o a causa della chiusura delle nicchie.

Il peso specifico del materiale di riempimento delle volte è stato ridotto

(Tabella 8).

E’ stato aggiunto un piano rigido sopra il primo livello delle volte per simulare

la nuova soletta in cemento armato, connessa con le pareti. Inoltre è stato aggiunto

un pianio rigido a livello della copertura per effetto delle modifiche previste nel

progetto di ristrutturazione (si veda la Figura 16).

Tabella 9 - Spessori murature e volte

Murature / Volte t [cm]

Muratura in pietra 115 – 100 – 90 – 80 – 70 – 60 – 50 – 45

Muratura in mattoni pieni 45 – 25

Muratura in mattoni semipieni 25

Volte in mattoni 12.5

Volte in pietra 30

Look from the street

Vittorio Emanuele

Look from the street

Filetto

view from above

Walls on the ground floor Walls on the first floor Walls on the second floor

Figura 14 - Views of the calculation model, yellow walls and stone vaults;

red walls and vaults in brick, masonry hollow bricks orange.

3.3 Risultati ell’analisi mo ale

3.3.1 Primo modello

L’analisi modale mostra che i primi cinque modi hanno una massa partecipante

superiore al 60% del totale. Questi modi descrivono un comportamento accoppiato

nelle due direzioni, X ed Y, del piano orizzontale, causato dalla non regolarità

Page 20: UN ESEMPIO DI VALUTAZIONE DEL DANNEGGIAMENTO E …

20

dell’edificio. Per raggiungere l’8 % della massa partecipante, almeno in una

direzione, si sono aggiunti oltre 140 modi, e per ognuno di questi la massa

partecipante è inferiore all’1%. Questi modi corrispondono all’oscillazione di

piccole parti della struttura in relazione al grado di discretizzazione e

all’oscillazione fuori piano di singole pareti. Sono stati considerati un numero

sufficiente di modi pari a 150. La Tabella 8 mostra i risultati dell’analisi modale.

In Figura 17 sono mostrate le forme modali dei primi quattro modi.

Initial state - first model State of the project - second model

Figura 15 - Esempio di modifica delle aperture

Il primo modo di vibrare risulta avere un periodo pari a 0.343s, valore simile al

periodo fondamentale calcolato con un modello a telaio equivalente, pari a 0.391s,

dal progettista dell’intervento di ristrutturazione [1].

Figura 16 - Piani rigidi inseriti nel secondo modello

3.3.2 Secondo modello

on essendo intervenute modifiche sostanziali dell’organismo strutturale, si è

verificato che la risposta globale dell’edificio non è stata modificata

significativamente, per cui valgono le medesime considerazioni fatte per l’edificio

in condizioni iniziali.

Si riduce il periodo fondamentale di vibrazione passando da 0,343s a 0,245s,

per effetto sia dell’irrigidimento causato dalla modifica del modulo elastico della

muratura in pietra (che costituisce la quasi totalità delle murature) sia per

l’inserimento dei nuovi piani rigidi. In questo caso la diminuzione del periodo

fondamentale non ha comportato un incremento della massima accelerazione

spettrale. La Tabella 8 mostra i risultati dell’analisi modale.

Page 21: UN ESEMPIO DI VALUTAZIONE DEL DANNEGGIAMENTO E …

21

Tabella 10 - Frequenze e masse modali

M

od

e

Frequency Period Tran-X Tran-Y Tran-Z (r

ad/

sec)

(cy

cle/

sec)

(sec

)

Mas

s

(%)

Su

m

(%)

Mas

s

(%)

Su

m

(%)

Mas

s

(%)

Su

m

(%)

First model

1 18.341 2.919 0.343 8.019 8.019 32.101 32.101 0.004 0.004

2 21.596 3.437 0.291 22.743 30.763 30.934 63.034 0.007 0.011

3 23.520 3.743 0.267 0.009 30.771 0.054 63.088 0.022 0.033

4 26.639 4.240 0.236 30.519 61.291 3.555 66.643 0.000 0.033

5 27.906 4.441 0.225 3.472 64.763 0.076 66.720 0.000 0.033

6 30.639 4.876 0.205 0.024 64.787 0.000 66.720 0.001 0.034

7 31.147 4.957 0.202 0.000 64.787 0.069 66.788 0.004 0.038

8 33.054 5.261 0.190 0.001 64.789 0.006 66.794 0.007 0.045

9 35.023 5.574 0.179 0.000 64.789 0.011 66.805 0.001 0.046

10 36.325 5.781 0.173 0.011 64.800 0.004 66.808 0.003 0.049

11 38.211 6.082 0.164 0.001 64.801 0.002 66.810 0.000 0.049

12 38.627 6.148 0.163 0.000 64.801 0.000 66.810 0.000 0.049

13 38.627 6.148 0.163 0.000 64.801 0.000 66.810 0.000 0.049

... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

150 88.092 14.020 0.071 0.016 83.419 0.041 87.544 0.012 68.130

Second model

1 25.668 4.085 0.245 7.302 7.302 34.685 34.685 0.005 0.005

2 30.039 4.781 0.209 22.262 29.564 29.195 63.880 0.009 0.014

3 32.241 5.131 0.195 0.002 29.566 0.016 63.896 0.008 0.022

4 36.516 5.812 0.172 33.873 63.439 2.723 66.619 0.000 0.022

5 38.717 6.162 0.162 0.114 63.553 0.000 66.619 0.000 0.022

6 42.463 6.758 0.148 0.002 63.555 0.011 66.630 0.059 0.080

7 45.830 7.294 0.137 0.117 63.671 0.002 66.632 0.001 0.081

8 46.700 7.433 0.135 0.003 63.675 0.003 66.635 0.037 0.119

9 48.155 7.664 0.131 0.000 63.675 0.232 66.867 0.000 0.119

10 48.490 7.717 0.130 0.023 63.698 0.000 66.867 0.643 0.761

11 48.651 7.743 0.129 0.009 63.707 0.000 66.867 0.072 0.833

12 49.398 7.862 0.127 0.001 63.708 0.010 66.878 0.038 0.871

13 52.189 8.306 0.120 0.084 63.792 0.000 66.878 0.000 0.872

... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

150 120.719 19.213 0.052 0.001 83.556 0.000 89.294 0.000 70.881

Page 22: UN ESEMPIO DI VALUTAZIONE DEL DANNEGGIAMENTO E …

22

Figura 17 - Forme modali

Primo modello T = 0.343s Primo modello T = 0.291s

Primo modello T = 0.267s Primo modello T = 0.236s

Secondo modello T = 0.245s Secondo modello T = 0.209s

Secondo modello T = 0.195s Secondo modello T = 0.172s

Page 23: UN ESEMPIO DI VALUTAZIONE DEL DANNEGGIAMENTO E …

23

4. METODO DI VERIFICA

Il proposito di questo studio è verificare lo stato di sollecitazione della muratura

utilizzando un criterio di rottura classico proveniente dalla letteratura scientifica: il

criterio di rottura di Coulomb. L’equazione del criterio di Coulomb può essere

scritta:

| | tan (ftu ) (8)

con sforzo di taglio, angolo di attrito interno, resistenza a trazione (come

di seguito specificata) e lo sforzo di compressione o trazione. Cosicché il

prodotto:

tan ftu (9)

è la coesione del materiale.

Per confronto la normativa italiana [9] propone per la muratura una verifica di

resistenza a taglio interpretando il comportamento attritivo della muratura tramite

le equazioni che seguono (per approfondimenti si vedano i paragrafi 4.5.6.1 e

11.10.3.3 delle norme tecniche [9] e il paragrafo 8.7.1.5 della [4] ):

fv fv 0 0. | n| (10)

fvd fv

C M

fv 0

| |

C M (11)

dove è la resistenza caratteristica a taglio, è la coesione, n è lo sforzo di

compressione o trazione, fvd è la resistenza di progetto a taglio, C è il fattore di

confidenza e è il coefficiente parziale di sicurezza del materiale.

L’equazione (10) rappresenta il risultato di numerose esperienze sperimentali

condotte in condizioni limite di scorrimento lungo i corsi orizzontali di muratura

(si veda come riferimento la UNI EN 1052-3:2003). E’ importante inoltre

sottolineare che questo criterio di verifica è limitato alla valutazione

dell’evenienza di lesioni per taglio nel piano orizzontale, mentre per effetto del

sisma le lesioni per taglio si manifestano in direzioni genericamente inclinate. Un

criterio di rottura fornisce invece una valutazione dello sforzo per ogni direzione

di verifica.

Nonostante la somiglianza tra l’equazione (8) e l’equazione (10) sarebbe

sbagliato paragonarle perché l’equazione (8) descrive il tensore di sforzo in un

punto mentre l’equazione (10) descrive lo stato di sforzo nel piano orizzontale.

Volendo imporre una analogia tra le equazioni si può scrivere:

tan ftu fv 0 ⁄ fv 0 (12)

Page 24: UN ESEMPIO DI VALUTAZIONE DEL DANNEGGIAMENTO E …

24

In questo lavoro, come si dimostra di seguito, si è verificata l’ipotesi di non

adeguatezza, allo scopo preposto, dei parametri d’attrito e di resistenza a trazione

derivanti dalla (12), e si è utilizzata la massa di risultati numerici del modello di

calcolo descritto per tentare di identificare analiticamente nuovi valori dei

parametri , ftu utili a definire il criterio di rottura di Coulomb (8) per la

muratura in pietra.

4.1 Adeguatezza dei parametri

Dal modello tridimensionale, calcolato in condizioni statiche di esercizio, SLE,

si è estratto lo stato di sforzo di un punto (si veda la Figura 19 per la localizzazione

nel modello), si è scelto un punto prevalentemente soggetto a compressione e

sottoposto a stato di sforzo modesto caratterizzato da massima compressione

inferiore a 0.3MPa.

Si è rappresentato nel piano di Mohr , (Figura 20) attraverso i cerchi di

Mohr lo stato di sforzo del punto campione. La muratura è in sforzo piano, per cui

un cerchio di Mohr interseca sempre l’origine degli assi. Cosicché esiste sempre

una tensione principale nulla. Dal programma di calcolo si sono estratte le due

tensioni principali non nulle, indicate con le abbreviazioni Sig-Max e Sig-Min.

Nello stesso disegno (Figura 20) si è disegnato il dominio di rottura come se

fosse valida l’analogia tra la (8) e la (10) data dalle relazioni (12), le linee continue

rappresentano i parametri medi, mentre le linee tratteggiate rappresentano i

parametri di progetto. A riguardo si veda il paragrafo 1.2 e la Tabella 2, a riguardo

della muratura in pietra non consolidata.

Nel piano di Mohr (Figura 20) la verifica di resistenza a taglio, nel piano di

scorrimento orizzontale, equazioni (10) e (11), per il punto campione, corrisponde

ad una coppia di coordinate (nella Figura 20, è stata indicata una croce color

magenta). E’ risultato che la verifica di limite di scorrimento sul piano orizzontale,

è soddisfatta, in quanto la coppia di coordinate rientra all’interno del dominio di

verifica dato dalle rette di equazione (11). D’altra parte il dominio di verifica dato

dalle (10) o (11) non soddisfa l’equazione (8) in quanto interseca i cerchi di Mohr.

In considerazione di questo motivo e anche del fatto che lo stato di sollecitazione

preso ad esempio è molto modesto, è risultato evidente che i parametri dedotti

dalla normativa validi per le equazioni (10) e (11) non risultano adeguati a

formulare un criterio di rottura (8) per cui le relazioni (12) non sono corrette.

4.2 Ricerca di nuovi parametri

L’obiettivo è stato ricercare nuovi parametri per definire il criterio di Coulomb

per la muratura in pietra. In letteratura non sono disponibili studi adatti allo scopo.

Per questo motivo si è ipotizzato di determinare analiticamente quei valori dei

parametri, d’attrito e resistenza a trazione o coesione, che potessero soddisfare la

verifica condotta tramite il criterio di Coulomb per una condizione di carico in

esercizio in combinazione rara (Tabella 11), per la quale l’edificio in oggetto fosse

Page 25: UN ESEMPIO DI VALUTAZIONE DEL DANNEGGIAMENTO E …

25

risultato interamente verificato, quindi in condizioni perfettamente integre, come

risultava immediatamente precedente al sisma.

Per le verifiche seguenti è stato considerato il gruppo di elementi costituenti le

murature in pietra nella direzione corta dell’edificio; questo gruppo di verifica

contiene 5429 elementi (Figura 1). La scelta è stata motivata dal fatto che su

queste murature sono appoggiati i solai, orditi principalmente nella direzione

longitudinale, e dal fatto che per effetto dell’azione sismica queste murature hanno

subito un grado di danneggiamento molto alto.

Si è predisposto un foglio di calcolo con le formule necessarie a descrivere il

soddisfacimento della condizione geometrica di tangenza tra il cerchio

fondamentale dello stato di sforzo e il dominio di verifica dato dal criterio di

Coulomb in relazione alla variabilità dei parametri , ftu.

Sono stati rappresentati graficamente nel piano di Mohr (Figura 21) alcuni stati

di sforzo, particolarmente gravosi, relativi al gruppo di verifica, unitamente ad

alcune coppie di parametri che hanno soddisfatto la condizione (8). Sono stati

considerati angoli d’attrito interno pari a: 30°, 45° e 60°; e rispettivi valori di

: 0,11MPa, 0,2MPa e 0,5MPa. In relazione a quanto è emerso dalle verifiche è

stata scelta, con il soddisfacimento del 99% delle verifiche, la coppia di parametri:

ftu 0,2 MPa (12)

Figura 18 - Gruppo di verifica

Tabella 11 - SLE rare coefficienti parziali

NAME ACTIVE TYPE P.P. STRATIGRAFIE ACCIDENTALI NEVE

SLE1 Active Add 1 1 1 0.7

Page 26: UN ESEMPIO DI VALUTAZIONE DEL DANNEGGIAMENTO E …

26

Element n° 8444

Figura 19 - Position of the element used in the example

Elem Load Node Part Sig-xx

[MPa]

Sig-yy

[MPa]

Sig-xy

[MPa]

Sig-Max

[MPa]

8444 pp Cent Top -0.0534 -0.2820 0.0193 -0.0518

Bot -0.0459 -0.2350 0.0183 -0.0441

Sig-Min

[MPa]

Angle

([deg])

Sig-EFF

[MPa]

Max-Shear

[MPa]

8444 pp Cent Top -0.2840 4.7953 0.2620 0.1420

Bot -0.2370 5.4675 0.2180 0.1180

Figura 20 - State of stress for the sample point taken and laws of sliding surfaces.

MPa]

sMPa]

-0.1

-0.2

-0.3

-0.4

+0

.1

+0

.2

+0.142tg 0.4

-0.0

52

-0.2

84

0.043

0.010

-0.1

08

-0.0

90

+0.1

-0.1

-0.2

tg 0.1

Page 27: UN ESEMPIO DI VALUTAZIONE DEL DANNEGGIAMENTO E …

27

Figura 21 - Rappresentazione di cerchi fondamentali sullo stato di sforzo nel piano

di Mohr e di probabili coppie di parametri per il criterio di rottura di Coulomb

5. VERIFICHE SISMICHE CON IL CRITERIO DI COULOMB

Sono state eseguite le verifiche in condizioni sismiche di carico agli stati limite per

la salvaguardia della vita umana, SLV, per il terremoto di progetto sia per il primo

modello (stato esistente) sia per il secondo modello (stato di progetto), utilizzando

il criterio di rottura di Coulomb con i parametri identificati in precedenza (12).

Le verifiche sono state svolte sul gruppo di verifica utilizzato per la scelta dei

parametri. Il gruppo di verifica con 5429 elementi ha portato a verificare 260529

righe di verifica; il numero è determinato dall’aver condotto le verifiche sulle due

facce dell’elemento per ciascuna delle 2 combinazioni di carico sismiche.

Pertanto sono state utilizzate funzioni statistiche automatiche per determinare il

grado di verifica.

Il grado di verifica ottenuto nei due modelli rispetto all’azione sismica è

riporato in tabella:

Tabella 12 – Verifiche sismiche con il criterio di rottura di Coulomb

n° verifiche totali N° verifiche soddisfatte % di verifica

Primo modello 260592 243755 93,5%

Secondo modello 264192 252051 95,4%

MPa]

sMPa]

-0.1

-0.2

-0.3

-0.4

+0.1

+0.2

+0.1

-0.1

-0.2

-0.5

-0.6

-0.7

-0.8

+0.3

+0.4

+0.5

+0.2

+0.3

-0.3

-0.4

+0.4

Page 28: UN ESEMPIO DI VALUTAZIONE DEL DANNEGGIAMENTO E …

28

(a)

(b)

(c)

Figura 22 - Tensioni principali di trazione superiori alla soglia 0.05MPa, (a) primo

modello condizione di carico SLE rare; (b) primo modello condizione di carico

SLV con sisma; (c) secondo modello condizione di carico SLV con sisma

Page 29: UN ESEMPIO DI VALUTAZIONE DEL DANNEGGIAMENTO E …

29

Il diverso numero di verifiche eseguite dipende dal fatto che il secondo modello

contiene più elementi, inseriti per la chiusura delle nicchie.

5.1 Considerazioni sulle tensioni principali

Un ulteriore approfondimento dello studio è stato analizzare la distribuzione

delle tensioni principali di trazione superiori ad una certa soglia, scelta pari a

0.05MPa. Nella Figura 22a è mostrata la sollecitazione descritta per la condizione

di carico statica utilizzata per la taratura dei parametri. Si nota come le tensioni

principali di trazione (in giallo e verde) interessano maggiormente punti particolari

del modello, come i lati di appoggio dei solai, gli appoggi delle travi, architravi e

soglie; queste zone portano a verifiche di sforzo localmente svantaggiose da tenere

relativamente in conto, in quanto riguardano zone in cui nella struttura reale sono

presenti dettagli costruttivi preposti ad assolvere una funzione strutturale specifica,

non presenti invece nel modello di calcolo. Per confronto nella Figura 22b e 22c è

mostrato la stessa soglia della tensione principale di trazione superiore a 0.05MPa

nei due modelli calcolati per la combinazione di carico sismica.

E’ evidente come in condizioni sismiche quasi l’intera superficie sia interessata

da tensioni principali di trazione e non più solo in punti particolari. Questa

osservazione mette in evidenza che la scelta del parametro influenza fortemente

il risultato delle verifiche sismiche, in considerazione del fatto che in condizioni

simiche la muratura presenta tensioni principali di trazione molto diffuse.

6. CONCLUSIONI

L’analisi globale effettuata tramite il metodo degli elementi finiti con un’analisi

modale lineare a spettro di risposta ha fornito una buona corrispondenza tra il

modello numerico e le osservazioni sul comportamento globale della struttura in

riferimento al danno subito dall’edificio.

Gli interventi previsti nel progetto di ristrutturazione non hanno alterato il

comportamento globale dell’edificio, se non nel conferimento di maggior

rigidezza data dal miglioramento dei materiali e dalla presenza dei piani rigidi.

E’ stato utilizzato il criterio di rottura di Coulomb per condurre verifiche

sismiche sulla muratura in pietra dell’edificio. I parametri di attrito interno e

resistenza a trazione sono stati determinati in questo stesso studio per via analitica.

Con riferimento al grado di soddisfacimento delle verifiche raggiunto sia per il

primo che per il secondo modello (Tabella 12) e con riguardo alle considerazioni

fatte sulla criticità del parametro (si veda la sezione 5.1) si è concluso che il

criterio di rottura di Coulomb (8) può portare a verifiche per stati di sforzo in

trazione in maniera non conservativa, per questa ragione può essere interessante il

troncamento del criterio di Coulomb che escluda di verificare con successo stati di

sforzo con tensioni principali di trazione troppo elevate. D’altra parte, per

raggiungere questo obiettivo è opportuno incrementare gli esperimenti volti a

Page 30: UN ESEMPIO DI VALUTAZIONE DEL DANNEGGIAMENTO E …

30

determinare coefficiente d’attrito e coesione (9) della muratura (anziché ) anche

utilizzando test di compressione diagonale [10].

7. RINGRAZIAMENTI

Si ringraziano l’impresa di costruzioni Paterlini Costruzioni, Brescia (IT) per il

puntuale supporto tecnico e operativo fornito in cantiere e la famiglia Paone per

aver reso disponibile l’edificio per le prove non distruttive in situ e per il consenso

alla pubblicazione di questo studio.

8. BIBLIOGRAFIA

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