mge 140327 problematiche strutturali e interventi

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Marcello Giovagnoni – Ingegneria Strutturale

Via Caselle 69 - San Lazzaro di Savena (Bo)mge

ingegneria strutturale

Dalla teoria alla pratica:

Analisi delle problematiche strutturali e

interventi di consolidamento a seguito del

sisma dell’Emilia Romagna

Ing. Marcello Giovagnoni

Ing. Serena Mengoli




CONOSCENZA DEL MANUFATTO

“Linee Guida per la valutazione e riduzione del rischio

sismico del patrimonio culturale – allineamento alle

nuove Norme tecniche per le costruzioni”

Percorso di conoscenza della costruzione storica

ai fini del consolidamento strutturale

• RILIEVO GEOMETRICO DELLA COSTRUZIONE-individuazione degli organismi resistenti, dei solai e delle volte e delle strutture di fondazione;- valutazione dello stato di conservazione dei materiali;- identificazione di corpi di fabbrica realizzati in epoche differenti;- individuazione di vulnerabilità strutturali e non strutturali;- valutazione dell’interferenza con edifici in adiacenza;- restituzione del rilievo geometrico in piante, prospetti e sezioni.

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CONOSCENZA DEL MANUFATTO

“Linee Guida per la valutazione e riduzione del rischio

sismico del patrimonio culturale – allineamento alle

nuove Norme tecniche per le costruzioni”

Percorso di conoscenza della costruzione storica

ai fini del consolidamento strutturale

• RILIEVO DEL QUADRO FESSURATIVO E DEL DANNO- distinzione delle lesioni in base alla tipologia e alla gravità: lievi, medie, gravi;- accurata relazione fotografica di correlazione tra il rilievo delle lesioni e la restituzione grafica del quadro fessurativo;- rilievo delle deformazioni (fuori piombo, rigonfiamenti, ecc…);- studio ed individuazione dei meccanismi di danno e dei cinematismi possibili, distinguendo quelli in atto e quelli pregressi;




ANALISI STORICO - CRITICAEsempio di successione storica:

Palazzo Pepoli (Museo della Città di Bologna)

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RILIEVO GEOMETRICOCHIESA DI S. MARIA MADDALENA a Santa Maria Codifiume (FE)

Rilievo Laser scanner - Pianta





Rilievo Laser scanner - Sezione longitudinale

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Rilievo Laser scanner - Prospetto Nord




QUADRO FESSURATIVOCHIESA DI S. SEBASTIANO di Renazzo (FE)

Pianta

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QUADRO FESSURATIVOCHIESA DI S. SEBASTIANO di Renazzo (FE)

Prospetto Sud




QUADRO FESSURATIVOCHIESA DI S. BARBAZIANO (BO)

Non oggetto di intervento di consolidamento

Sezione longitudinale

Fessura capillareFessura intermediaFessura grave

LEGENDA:

Fessura ristilataDegradi superficiali

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CARATTERISTICHE DEI MATERIALIValutazione delle caratteristiche dei materiali

• RILIEVO VISIVO: per la valutazione qualitativa del grado di degrado e di conservazione dei materiali;

• PROVE NON DISTRUTTIVE O DEBOLMENTE DISTRUTTIVE: per la determinazione dei parametri meccanici e di deformabilità dei materiali. Negli edifici storici in muratura sono molto utilizzati:

- Martinetti piatti doppi per determinare le caratteristiche meccaniche della muratura (debolmente distruttiva);- Prova Shave per resistenza a taglio (RILEM TC 127-MS)- Prove sclerometriche sui giunti di malta (non distruttiva).

In assenza di valori sperimentali è possibile adottare i parametri meccanici forniti dalle NTC2008 e dalla Circolare n.617/2009 al §C8A.2. tab. C8A.2.1., in riferimento alla tipologia di muratura che si presenta e adottando eventualmente i fattori correttivi riportati in tab. C8A.2.2.




ASPETTI GEOTECNICIAccertamento del tipo e della consistenza del sistema di fondazione:

- Caratterizzazione geotecnica del terreno di fondazione per determinare

le caratteristiche fisico-meccaniche dei terreni;

- Caratterizzazione sismica del terreno mediante prove non distruttive

(prove geofisiche tipo MASW);

- Analisi di Risposta Sismica Locale per valutare accuratamente l’azione

sismica di progetto;

- Analisi dell’interazione terreno-struttura per edifici particolari

(es. campanili);

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ASPETTI GEOTECNICI

Massimino M., Maugeri M., Perretti A. (2004) Analisi non lineare dell’interazione terreno-fondazione-sovrastruttura per la Cattedrale di S. Niccolò a Noto




LIVELLI DI SICUREZZA SISMICAPer i beni storici, di interesse culturale, è possibile limitarsi ad interventi

rafforzamento locale con miglioramento sismico, derogando l’obbligo di

adeguamento sismico. E’ comunque necessario definire un LIVELLO DI

SICUREZZA SISMICO DI RIFERIMENTO definendo:

- VN: vita nominale del bene (solitamente 50 anni) a cui riferire la

valutazione di sicurezza;

- CU: classe d’uso del bene storico, dipendente dalla classe di frequenza

di utilizzo riportata nell’Allegato A delle Linee Giuda

classe I: uso saltuario o non utilizzato

classe II: uso frequente con normali affollamenti

classe III: uso molto frequente e/o con affollamenti significativi

classe IV: edificio strategico (non compatibile con la necessità di

conservazione del bene).

Le azioni sismiche di progetto vengono quindi valutate in relazione ad un

periodo di riferimento VR

= VN

x CU

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MODELLI DI VALUTAZIONE DELLA SICUREZZA SISMICA

La più frequente fonte di collasso degli edifici in muratura è legata all’innescarsi di meccanismi locali quali:

Meccanismi Fuori dal Piano:

Dovuti alle forzesismiche che agiscono ortogonalmente al pianomedio della parete.

Meccanismi Nel Piano:

Dovuti alle forzesismiche che parallelamente

al piano medio della parete.





ANALISI DEI MECCANISMI LOCALI DI COLLASSO

Per edifici in muratura:

“Schede illustrative dei principali meccanismi di collasso locali

negli edifici esistenti in muratura e dei relativi modelli cinematici

di analisi”, a cura di: L. Milano, A. Mannella, C. Morisi, A.

Martinelli

Linee Guida/Riferimenti

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MECCANISMI DI COLLASSO

• RIBALTAMENTO SEMPLICE DI PARETE

• RIBALTAMENTO COMPOSTO DI PARETE

• RIBALTAMENTO DEL CANTONALE




MECCANISMI DI COLLASSO

• FLESSIONE VERTICALE DI PARETE

• FLESSIONE ORIZZONTALE DI PARETE

• SFONDAMENTO DELLA PARETE DEL TIMPANO

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ANALISI DEI MECCANISMI LOCALI DI COLLASSO

Per chiese:

“Linee Guida per la valutazione e riduzione del rischio sismico

del patrimonio culturale – allineamento alle nuove Norme

tecniche per le costruzioni”

Linee Guida/Riferimenti




MECCANISMI DI COLLASSO DELLE CHIESE

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VALUTAZIONE DELLA SICUREZZA SISMICA VALUTAZIONE DELLA SICUREZZA SISMICA

In accordo con le “Linee Guida per la valutazione e riduzione del rischio sismico

del patrimonio culturale – allineamento alle nuove Norme tecniche per le

costruzioni”.

- Livello di valutazione LV1: analisi qualitativa e valutazione con modelli

meccanici semplificati (sicurezza simica complessiva del manufatto);

- Livello di valutazione LV2: valutazione su singoli macroelementi (meccanismi

locali di collasso, analisi limite, modelli NL ad elementi finiti applicati a

singole parti di manufatto su cui si interviene);

- Livello di sicurezza LV3: valutazione complessiva della risposta sismica del

manufatto (metodi come per LV2 applicati ad ogni elemento dell’edificio).

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VALUTAZIONE DELLA SICUREZZA SISMICA VALUTAZIONE DELLA SICUREZZA SISMICA –– LIVELLO LV1LIVELLO LV1

- Analisi effettuata a livello del singolo macroelemento, con lo scopo di

controllare l’efficacia dell’intervento, operando un confronto tra sicurezza

prima e dopo.

- Si determina l’accelerazione massima al suolo corrispondente ai diversi stati

limite, correlata ad un indicatore di vulnerabilità iv, ottenuto attraverso

un’opportuna combinazione di punteggi assegnati ai vari elementi di

vulnerabilità e di presidio antisismico presenti.






STEP 1 – CALCOLO INDICE DI VULNERABILITA’

vki = punteggio indicatori vulnerabilità (tab.5.1)

vkp = punteggio presidi sismici presenti (tab.5.1)

ρk = peso attribuito al meccanismo: vale 0 per

meccanismi che non si possono attivare e tra 0.5 e 1

per altri casi descritti nell’Allegato C

Tab. 5.1: in base al numero di

vulnerabilità o presidi antisismici

presenti o introdotti si stima la

pericolosità delle vulnerabilità e

l’efficacia dei presidi, con un valore da 0 a

3. Questo porta alla stima

rispettivamente di vki e vkp , entrando in

tabella una volta per le vulnerabilità e

una volta per i presidi.

Valore da 0 a 1

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Suggerimenti

Allegato C

Calcolo vki e

vkp stato di

fatto

Calcolo vkp

intervento







Tabella completa dei 28 meccanismi dello stato di

fatto. Calcolo dell’indice di vulnerabilità:

= 0.86 (SDF Palata Pepoli)

= 0.42 (SDP Palata Pepoli)

E’ stato calcolato anche il livello di danno dk (da 0 a

5) associato ad ogni meccanismo innescato per una

valutazione dell’INDICE DI DANNO id (variabile da 0

a 1) che rappresenta la media normalizzata dei

danni locali.

= 0.76 (SDF Palata Pepoli)

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STEP 2 – CALCOLO ACCELERAZIONI AL SUOLO (CAPACITA’)

Calcolo delle acc.ni al suolo corrispondenti agli stati

limite SLD e SLV, per lo stato di fatto e per lo stato di

progetto, da confrontare con le acc.ni di progetto da

normativa.

Per la chiesa di Palata Pepoli:

STATO DI FATTO STATO DI PROGETTO

iv = 0.86 iv = 0.42

aSLDS = 0.0223 FS = 0.0223/0.14 = 0.16 aSLDS = 0.0535 FS = 0.0535/0.14 = 0.38

aSLVS= 0.0888 FS = 0.0888/0.35 = 0.25 aSLVS= 0.2128 FS = 0.2128/0.35 = 0. 61




VITA NOMINALE RESIDUA

Dalle analisi strutturali è possibile determinare la vita nominale residua del

bene culturale: nota l’accelerazione spettrale (capacità della struttura) si

determina il tempo di ritorno di uno spettro che ha per ordinata tale

accelerazione associata al periodo proprio della struttura. Dal tempo di ritorno

si ricava poi la vita di riferimento e, in funzione della classe d’uso (Cu), la vita

nominale residua (Vn,residua=VR/Cu).

Linee Guida Patrimonio Culturale §2.4, formula 2.4

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VULNERABILITÀ SISMICA DEGLI EDIFICI





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