ORDINE DEGLI INGEGNERI DI RAGUSA - murature.com · Categoria del suolo : A (Struttura rigidamente connessa al suolo) 2 Strumenti di calcolo 2.1 Cenni sul modello di calcolo in essi

ORDINE DEGLI INGEGNERI DI

RAGUSA

Elaborato di corso

«Stima della vulnerabilità sismica degli edifici esistenti in muratura

e tecniche tradizionali e innovative di miglioramento sismico»

GRUPPO 2

Fabbricato rurale in c.da Lanterne

Emissione n. 02

Gruppo di Lavoro:

Ing. Tiziana Ruggieri

Ordine di Ragusa, n.682

Ing. Salvatore Cilia


Ing. Gianfilippo Piccione


Elaborato di corso

«Stima della vulnerabilità sismica degli edifici esistenti in muratura e tecniche tradizionali e

innovative di miglioramento sismico»

GRUPPO 2


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Elaborato di corso



GRUPPO 2


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1 Descrizione dell’edificio in esame................................................................................................. 4 2 Strumenti di calcolo ....................................................................................................................... 5

2.1 Cenni sul modello di calcolo in essi implementato ............................................................... 5 3 Anamnesi della struttura ................................................................................................................ 6

3.1 Analisi storico critica dell’unità strutturale. .......................................................................... 6 3.2 Considerazioni sull’interazione con le strutture limitrofe ..................................................... 8

4 Diagnosi della struttura .................................................................................................................. 8 4.1 Assegnazione delle caratteristiche elasto-meccaniche ed individuazione dei livelli di

conoscenza. 8 4.2 Proposta di raggiungimento del LC maggiore tramite possibile set di indagini. ................. 15

5 Prognosi della struttura tramite gli strumenti di calcolo prescelti. .............................................. 16 5.1 Valutazione critica delle curve di capacità ottenute ............................................................ 16 5.2 Confronto delle stime di vulnerabilità desunte .................................................................... 22

6 Studio dei meccanismi di primo modo. ....................................................................................... 22 7 Ipotesi di miglioramento tramite interventi diffusi o locali. ........................................................ 23

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1 Descrizione dell’edificio in esame

L’edificio è esistente con struttura in muratura portante. La struttura risulta isolata ad una elevazione,

di pianta regolare di dimensioni circa di 15.50 m per 7.50 m, ha copertura lignea poggiante direttamente sui

muri di spina, senza cordoli sommitali.

Aperture molto alte nella parte anteriore e assenza o quasi di aperture nelle altre pareti.

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Si riportano i parametri relativi alla classificazione sismica del sito di costruzione, la tipologia e

classe dell’opera, la vita d’esercizio dell’opera e la classificazione morfologica e geologica del terreno di

fondazione.

Sito Contrada Lanterne (Ragusa) : E 36° 48’ 38’’ N 14° 37’ 45’’

Accelerazione al suolo : ag = 0.1348

Tipo di costruzione : Opera ordinaria

Classe d’uso : II

Vita nominale : 50

Categoria del suolo : A (Struttura rigidamente connessa al suolo)

2 Strumenti di calcolo

2.1 Cenni sul modello di calcolo in essi implementato

La presente relazione di calcolo illustra due modelli di calcolo che verranno implementati tramite

software 3DMacro e Sismicad per la stima di vulnerabilità sismica (sia per lo stato di fatto che per lo stato di

progetto) di un immobile rurale sito in Contrada Lanterne (Ragusa)

2.1.1 3Dmacro

Si effettua un’ analisi statica non lineare (push-over) su modello globale dell’edificio.

I pannelli murari vengono modellati, nel proprio piano, da un macro-elemento bidimensionale

capace di assumere tutti i possibili meccanismi di collasso (rottura flessionale o rocking, rottura a taglio per

fessurazione diagonale, e rottura a taglio per scorrimento).

Questo modello meccanico equivalente è costituito da un quadrilatero articolato con vertici collegati

da molle diagonali non lineari che simulano la deformabilità a taglio, e con i lati rigidi interagenti con i lati

dei macro-elementi liminari mediante interfacce discrete con limitata resistenza a trazione costituite da molle

trasversali e longitudinali in grado di simulare la deformabilità flessionale (fino al meccanismo di

fessurazione e schiacciamento flessionale) e assiale (fino al meccanismo di scorrimento).

Le analisi elastiche non lineari vengono eseguite applicando una combinazione di carichi verticali e

una distribuzione costante di carichi orizzontali di intensità crescente. Le azioni orizzontali vengono

applicate in una prima fase “a controllo di forze” ed in una seconda fase “per incrementi di spostamento”

applicati ai punti di controllo, fino al collasso della struttura.

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2.1.2 Sismicad

Si effettua un’ analisi statica non lineare (push-over) su modello globale dell’edificio, con una

modellazione ad inelasticità diffusa. I maschi sono in questo caso modellati da un’ asta monodimensionale a

comportamento bilineare elastico perfettamente plastico. La esecuzione della spinta può avvenire in controllo

di forze o in controllo di spostamenti (path following), nel caso specifico si procederà adottando la seconda

metodologia.

In entrambi i casi si ottengono curve di capacità decrescenti e si raggiungono gli spostamenti limite

previsti dalla norma. In questo modo si valutano la vulnerabilità e gli indicatori di rischio sismico come

previsti dalle disposizioni normative.

3 Anamnesi della struttura

3.1 Analisi storico critica dell’unità strutturale.

L’edificio edificato a inizio ‘900 si compone di un unico corpo di fabbrica adibito probabilmente

promiscuamente a granaio e ricovero degli attrezzi ed abitazione dei contadini. Nello stato di fatto l’edificio

appare suddiviso in tre grandi ambienti dei quali soltanto uno presenta una tramezzatura interna ed altri

piccoli segni che lasciano presupporre un utilizzo abitativo seppure con gli standard dell’epoca; per gli altri

due ambienti, analizzandone le dimensioni e la tipologia delle aperture, è plausibile pensare ad un utilizzo

come magazzini e ricovero per gli attrezzi e le sementi, si esclude invece che siano mai stati utilizzati come

ricovero per gli animali.

In epoca più recente i fabbricato è stato ancora utilizzato per il ricovero delle messi, ma pare che sin

dal dopoguerra l’utilizzo è stato sempre più discontinuo fino a divenire totalmente assente dagli ano ’60 ad

oggi.

Si evidenzia pertanto che il fabbricato dalla sua edificazione ad oggi non ha subito alcuna

manomissione o alterazione che possono aver modificato l’impianto originario; l’unico cambiamento subito

è semplicemente determinato dal diverso utilizzo fino a giungere al non utilizzo assoluto.

Ciò significa anche che alcuna opera di manutenzione volta a preservare il manufatto è stato eseguita

negli anni.

L’incuria e l’esposizione alle intemperie con il conseguente crollo di tutte le coperture e dei solai

intermedi, ci consegna il fabbricato nello stato attuale di conservazione.

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3.2 Considerazioni sull’interazione con le strutture limitrofe

L’edificio risulta isolato.

4 Diagnosi della struttura

4.1 Assegnazione delle caratteristiche elasto-meccaniche ed

individuazione dei livelli di conoscenza.

4.1.1 Fondazioni

Trattandosi di un edificio essenzialmente funzionale all’attività agricola, la sua edificazione è

avvenuta, come sempre accadeva, attraverso il reperimento dei materiali di costruzione direttamente sui

luoghi, senza alcuna preventiva sistemazione del terreno circostante, assecondando il leggero declivio del

piano roccioso (la copertura agraria dello strato roccioso è esigua).

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Riguardo la tipologia e la geometria delle fondazioni è stato sufficiente rimuovere la coltre di

terreno circostante per riscontrare che le pareti risultano direttamente poggianti sul terreno, che, per sua

stessa natura, garantisce già a poca profondità una portanza consistente. La profondità del piano di posa

risulta pari a poche decine di centimetri al di sotto del pavimento da una parte (-20 cm) e più consistente (-

220 cm) dall’altra; i pannelli murari longitudinali, aventi sviluppo lineare pari a 17.50 ml, hanno quindi un

piano di posa non perfettamente orizzontale.

Dal punto di vista strutturale la fondazione ha larghezza pari allo spessore della muratura sovrastante

ed è costituita da muratura a sacco con paramenti esterni in conci sbozzati e riempimento di scaglie.

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4.1.2 Strutture murarie

Effettuato un accurato rilievo geometrico dimensionale delle pareti, riportato nei grafici,

comprendendo anche il rilievo delle nicchie che possono determinare consistente riduzione della sezione

muraria, si è proceduto con uno studio della tessitura, una verifica degli ammorsamenti tra le murature

ortogonali, e l’individuazione di eventuali discontinuità murarie.

Si evincono i seguenti punti di rilievo:

Paramento interno:

Muratura con elementi irregolari

Malta di discreta qualità con giunti non particolarmente erosi

Compresenza di elementi di forma irregolare e blocchi di forma squadrata

Prevalgono elementi con dimensione maggiore compresa tra 20 e 50 cm

I giunti verticali si trovano generalmente nella parte centrale dell’elemento

inferiore

I tratti orizzontali interessano l’intera parete

Paramento esterno:

Muratura con elementi squadrati e malta degradata e polverulenta

Prevalenza di elementi di forma sbozzata

Prevalgono elementi con dimensione maggiore compresa tra 10 e 60 cm

I giunti verticali non sempre si trovano nella parte centrale dell’elemento inferiore

I tratti orizzontali interessano l’intera parete

Nucleo:

Il nucleo interno di spessore variabile compreso tra 20 e 40 cm è costituito da materiale incoerente

qual scaglie di pietra di dimensioni minute, terriccio e altro. La presenza del nucleo e il rilievo effettuato

hanno evidenziato uno scarso collegamento tra i paramenti: mancano o sono rarissimi gli elementi passanti

(diatoni)

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4.1.3 Rilievo dello stato di conservazione

4.1.3.1 Fessurazione

Fessurazione sui muri longitudinali visibili su entrambi in paramenti ma più evidenti su quello

interno

La lesione appare pressoché verticale senza rilevante variazione di ampiezza lungo il suo sviluppo.

Si potrebbe pensare ad un meccanismo traslazionale orizzontale

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4.1.3.2 Cantonali

Presenza di cantonali sui quattro pannelli perimetrali.

4.1.3.3 Ammorsamenti

I muri di spina invece risultano scarsamente ammorsati, e in alcuni casi con elementi di

discontinuità, come evidenziato nel rilievo geometrico

4.1.4 Tipo di orizzontamenti

Solaio di interpiano ligneo costituito da travi in legno 14 e tavolato (non recuperabili)

Copertura in legno con travi e tavolato non recuperabili

La vetustà delle coperture e dei solai e la lunga esposizione alle intemperie ne ha determinate il

crollo

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4.1.5 Livelli di conoscenza

Secondo quanto stabilito dalle NTC (§ 8.5) è stata eseguita:

• Analisi Storico-Critica

• Rilievo geometrico-strutturale

• Indagine geologica

• Valutazione del grado di ammorsamento

• Analisi dei dissesti e dei degradi

Il livello di conoscenza raggiunto non potrebbe che configurarsi come LC1 con corrispondente

fattore di confidenza Fc=1.35

Configurando le indagini al punto precedente come estese e sistematiche, sono state quindi

selezionate alcune prove per la caratterizzazione meccanica e le ulteriori indagini necessarie, per esempio

una più precisa valutazione della connessione trasversale, al fine di poter acquisire un livello di conoscenza

LC2 con relativo Fc=1.2

Non avendo potuto completare le indagini con le prove sopra dette, i parametri meccanici sono stati

definiti sulla base della tabella C8A.2.1 utilizzando i valori di resistenza minimi ed i valori medi dei moduli

elastici per le diverse tipologie murarie, intendendo cautelativamente raggiunto un livello di conoscenza

LC1

4.1.6 Materiali esistenti :

Muratura a conci sbozzati con paramento di limitato spessore :

Resistenza media a compressione della muratura : fm = 200 N/cm² (min)

Resistenza media a taglio della muratura : 0 = 3.5 N/cm² (min)

Valore medio del modulo elastico normale : E = 1230 N/mm² (med)

Valore medio del modulo di elasticità tangenziale : G = 410 N/mm² (med)

Peso specifico medio della muratura : w = 20 kN/m³

Muratura a conci di pietra tenera (tufo, calcarenite, ecc.)

Resistenza media a compressione della muratura : fm = 140 N/cm² (min)

Resistenza media a taglio della muratura : 0 = 2.8 N/cm² (min)

Valore medio del modulo elastico normale : E = 1080 N/mm² (med)

Valore medio del modulo di elasticità tangenziale : G = 360 N/mm² (med)

Peso specifico medio della muratura : w = 16 kN/m³

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Essendo quindi le indagini conoscitive delle proprietà dei materiali limitate si assume un livello di

conoscenza LC1.

4.1.7 Normativa di riferimento

- DM 14 Gennaio 2008: “Norme tecniche per le costruzioni” (Testo Unico 2008).

- Circolare 2 Febbraio 2009 n. 617 Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici: Istruzioni per

l’applicazione delle “Norme tecniche per le costruzioni”.

- UNI ENV 1991-1 28 Ottobre 1996 Eurocodice 1: “Basi di calcolo ed azioni sulle strutture”.

- UNI ENV 1992-1-1 27 Dicembre 1991 Eurocodice 2: “Progettazione delle strutture di

calcestruzzo”.

- UNI ENV 1993-1-1 24 Aprile 1992 Eurocodice 3: “Progettazione delle strutture di acciaio”.

- UNI ENV 1995-1-1 01 Febbraio 2005 Eurocodice 5: “Progettazione delle strutture di legno”

- UNI ENV 1996-1-1 31 Marzo 1998 Eurocodice 6: “Progettazione delle strutture di muratura”.

4.2 Proposta di raggiungimento del LC maggiore tramite possibile set

di indagini.

La conoscenza delle caratteristiche del sottosuolo dovrebbe essere quantitativa oltre che qualitativa,

in altre parole una completa indagine geologica effettuata anche mediante sondaggi esplorativi dovrebbe

consentire di caratterizzare il terreno di fondazione. In questo modo si integrerebbe l’analisi svolta a priori

delle lesioni chiarendo l’eventualità di un possibile cedimento fondale.

L’analisi morfologica della muratura è stata effettuando mediante uno smontaggio locale in alcuni

punti accessibili e sufficientemente rappresentativi. I saggi localizzati sono stati effettuati prevalentemente in

corrispondenza dei diversi conci mancanti sul paramento esterno.

Tuttavia potrebbe essere valutata la possibilità di effettuare delle indagini endoscopiche al fine di

ottenere informazioni più precise sulla consistenza del nucleo interno ed una più precisa stratigrafia dei

materiali presenti. Si esclude la possibilità dei carotaggi ritenendo che la natura e la dimensione del nucleo

interno difficilmente garantirebbero la possibilità di ottenere campioni integri.

Eventuali indagini soniche potrebbero fornire indicazione utili ad una valutazione della connessione

trasversale tra i paramenti più precisa rispetto quelle ottenute in saggi localizzati.

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5 Prognosi della struttura tramite gli strumenti di calcolo

prescelti.

L’edificio è stato modellato introducendo quattro diverse elevazioni, con due differenti livelli di

fondazione a quota 0 cm e 200 cm, su fondazione rigida. L’impalcato si trova a quota 490 cm, mentre la

gronda è stata posta 715 cm, il colmo del tetto a quota 840 cm. Per le cortine murarie poste al di sotto di

quota 200 cm è stata considerata la spinta delle terre.

Le analisi eseguite con entrambi i software sono del tipo statico non lineare incrementali, nella fase a

“controllo di forze” si è tenuto conto di un vettore di carico sia con forma proporzionale alle masse che con

forma di distribuzione di tipo triangolare inversa (primo modo). Oltre ai punti di controllo scelti

automaticamente dai software, che coincidevano con i baricentri degli impalcati, essendo in presenza di una

copertura deformabile si è scelto un punto di controllo “target”, comune ai due modelli, posto sul colmo del

timpano centrale, per ottenere risultati comparabili.

5.1 Valutazione critica delle curve di capacità ottenute

Dalle curve di capacità è stata determinato lo spostamento effettivo del sistema al raggiungimento

dello stato limite che va confrontato con la domanda di spostamento richiesta, ricavando dal rapporto tra i

due il coefficiente di sicurezza della struttura. Inoltre per completare le verifiche di sicurezza si confronta il

taglio totale agente alla base del sistema equivalente, calcolato dallo spettro di risposta elastico, ed il taglio

resistente alla base del sistema equivalente, ottenuto dall’analisi non lineare. Questo rapporto denominato q*

deve essere inferiore a 3.

I risultati della verifica sismica della struttura vengono riportati per ciascuna analisi in un grafico che

sintetizza la curva di push-over del sistema reale, quella del sistema ridotto e la bilatera equivalente. Si

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riportano per brevità il grafico relativo all’analisi “push-over –x massa” e quello relativo alla “push-over –y

triangolare” che rappresentano i risultati estremi.

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Curve di Capacità push-over –X Massa

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Curve di Capacità push-over –Y triang

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Si evidenzia una risposta della struttura notevolmente diversa nelle due direzioni, giustificabile considerando

la notevole preponderanza dimensionale dei maschi murari in direzione “x” rispetto a quelli in “y”. A questo

si aggiunge la differente quota del piano di fondazione che accentua la deformabilità trasversale della

struttura.

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5.2 Confronto delle stime di vulnerabilità desunte

I risultati ottenuti dai due programmi si riassumono nella tabella sottostante:

Analisi Stato

limite

3DMACRO SISMICAD

Richiesta Capacita'

Richiesta Capacita'

q* dmax dSL q* dmax dSL

Pushover +X Massa SLV 1.21 0.17 1.25 7.35 0.65 0.052 1.0474 20.14

Pushover -X Massa SLV 1.09 0.14 1.26 9.10 0.64 0.047 1.0266 21.84

Pushover +Y Massa SLV 1.69 0.41 1.02 2.48 0.67 0.0584 1.0098 17.29

Pushover -Y Massa SLV 1.93 0.45 0.58 1.29 0.67 0.0617 1.0056 16.29

Pushover +X Triang SLV 1.78 0.34 1.23 3.58 0.65 0.0525 1.0671 20.32

Pushover -X Triang SLV 1.64 0.32 1.30 4.04 0.65 0.0499 1.0476 20.99

Pushover +Y Triang SLV 2.17 0.56 0.78 1.40 0.69 0.0659 1.2118 18.38

Pushover -Y Triang SLV 2.32 0.57 0.69 1.20 0.69 0.0710 1.0552 14.86

Il confronto tra le stime evidenzia la non adeguatezza del modello a telaio equivalente, per il modello

di studio: la differenza riscontrata tra le due direzioni principali di cui si è detto sopra, non trova riscontro nei

risultati ottenuti con “SISMICAD”.

6 Studio dei meccanismi di primo modo.

Lo studio dei cinematismi di primo modo viene condotto tenendo conto di quanto riscontrato ed

illustrato nell’anamnesi della struttura.

In particolare, il quadro fessurativo preannunciava una sofferenza della parete più snella

dell’edificio: la geometria dell’edificio, la snellezza della parete e non ultimo la mancanza di un vincolo

adeguato a ridurre ridurre i meccanismi fuori piano ( i solai di interpiano hanno insufficiente ammorsamento,

sono privi di cordonatura, …).

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Il confronto tra le curve di capacità e di domanda per la parete in questione sono le seguenti

7 Ipotesi di miglioramento tramite interventi diffusi o locali.

Modificare il vincolo offerto dai solai, intermedio e di copertura, disponendo

adeguata cerchiatura ed adeguato ammorsamento dei solai, determina già un

miglioramento del meccanismo di primo modo in esame per il quale si hanno

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Si ipotizza di realizzare quanto sopra detto mediante una cerchiatura in

acciaio, alla quale collegare le travi lignee del solaio intermedio

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