LOCALE NELLE STRUTTURE - Architettura Strutturale

MECCANISMI DI COLLASSO
LOCALE NELLE STRUTTURE
IN MURATURA
Marcello Giovagnoni – Ingegneria Strutturale
Via Caselle 69 - San Lazzaro di Savena (Bo)
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ingegneria strutturale
MECCANISMI DI COLLASSO
Meccanismi Fuori dal Piano:
Dovuti alle forze
sismiche che agiscono
ortogonalmente al piano
medio della parete.
Meccanismi Nel Piano:
Dovuti alle forze
sismiche che parallelamente al
piano medio della parete.
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VULNERABILITÀ SISMICA DEGLI EDIFICI
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MECCANISMI DI COLLASSO
Tipicamente, i meccanismi fuori dal piano si innescano per primi durante un
evento sismico.
Per questo motivo, gli interventi di messa in sicurezza, miglioramento e
adeguamento sismico degli edifici esistenti devono avere l’obiettivo di
contrastare l’innescarsi di tali meccanismi.
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MECCANISMI DI COLLASSO
Fattori condizionanti
•
•
•
•
•
•
•
qualità della muratura
incatenamenti/cordoli di piano (vincolamento)
qualità del collegamento tra pareti ortogonali
solai deformabili e/o mal collegati alle pareti
coperture spingenti
sconnessioni/cavità
disposizione delle aperture
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ANALISI DEI MECCANISMI LOCALI
Considerazioni preliminari
1. Condizioni di vincolo della parete interessata dal meccanismo
(presenza o meno di catene e/o cordoli, ecc..)
2. Carenze e vulnerabilità associate al meccanismo (Solaio di
copertura mal collegato alla muratura, presenza di coperture
spingenti, qualità della muratura, ecc..)
3. Sintomi che manifestano l’avvenuta attivazione del
meccanismo (quadro fessurativo, rigonfiamenti, sfilamento
delle travi del tetto, ecc…)
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ANALISI DEI MECCANISMI LOCALI
Analisi cinematica lineare
IPOTESI:
• resistenza a trazione nulla della muratura
• assenza di scorrimento tra i blocchi
• resistenza a compressione infinita della muratura
Equilibrio tra momento ribaltante e
momento stabilizzante
(Principio dei Lavori Virtuali)
Moltiplicatore delle forze
orizzontali che determina
l’innescarsi del
meccanismo
Accelerazione di
attivazione del
meccanismo di collasso
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ANALISI DEI MECCANISMI LOCALI
Linee Guida/Riferimenti
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
Per chiese:
“Linee Guida per la valutazione e riduzione del rischio sismico
del patrimonio culturale – allineamento alle nuove Norme
tecniche per le costruzioni”
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MECCANISMI LOCALI IN
EDIFICI IN MURATURA
(Le immagini seguenti sono state tratte dalle “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)
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MECCANISMI DI COLLASSO
• RIBALTAMENTO SEMPLICE DI PARETE
• RIBALTAMENTO COMPOSTO DI PARETE
• RIBALTAMENTO DEL CANTONALE
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MECCANISMI DI COLLASSO
• FLESSIONE VERTICALE DI PARETE
• FLESSIONE ORIZZONTALE DI PARETE
• SFONDAMENTO DELLA PARETE DEL TIMPANO
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RIBALTAMENTO SEMPLICE DI PARETE
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RIBALTAMENTO COMPOSTO DI PARETE
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RIBALTAMENTO DEL CANTONALE
Il meccanismo si manifesta attraverso la
rotazione rigida di un cuneo di distacco,
delimitato da superfici di frattura ad
andamento diagonale nelle pareti concorrenti
nelle angolate libere, rispetto ad una cerniera
posta alla base dello stesso.
Meccanismi di questo tipo sono frequenti in
edifici che presentano spinte concentrate in
testa ai cantonali dovute in particolar
modo ai carichi trasmessi dai puntoni dei tetti
a padiglione. Si suppone che il ribaltamento
avvenga nella direzione di spinta
del puntone e che il cinematismo sia definito
dalla rotazione del macroelemento individuato
intorno ad un asse perpendicolare
al piano verticale che forma un angolo di 45°
con le pareti convergenti nell’angolata e
passante per la cerniera suddetta (A).
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FLESSIONE VERTICALE DI PARETE
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FLESSIONE ORIZZONTALE DI PARETE
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SFONDAMENTO DELLA PARETE DEL TIMPANO
Il meccanismo si manifesta con
l’espulsione di materiale dalla zona
sommitale della parete del
timpano e col distacco di corpi
cuneiformi definiti da sezioni di
frattura oblique e verticali per
azioni fuori dal piano. Il
cinematismo è in genere
provocato dall’azione ciclica di
martellamento della trave di
colmo della copertura.
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MECCANISMI LOCALI
NELLE CHIESE
(Le immagini seguenti sono state tratte dalle “Linee Guida per la valutazione e
riduzione del rischio sismico del patrimonio culturale – allineamento alle nuove Norme
tecniche per le costruzioni”)
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MECCANISMI DI COLLASSO DELLE CHIESE
I concetti di sicurezza statistica
sono supportati dalla raccolta
di dati sul campo!
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MECCANISMI DI COLLASSO DELLE CHIESE
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MECCANISMI DI COLLASSO DELLE CHIESE
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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MECCANISMI DI COLLASSO DELLE CHIESE
VALUTAZIONE DELLA SICUREZZA SISMICA – LIVELLO 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.
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MECCANISMI DI COLLASSO DELLE CHIESE
VALUTAZIONE DELLA SICUREZZA SISMICA – LIVELLO LV1
STEP 1 – CALCOLO INDICE DI VULNERABILITA’
vki = punteggio indicatori vulnerabilità (tab.5.1)
vkp = punteggio presidi sismici presenti (tab.5.1)
k=
peso attribuito al meccanismo: vale 0 per
meccanismi che non si possono attivare e tra 0.5 e 1
Valore da 0 a 1
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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.
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MECCANISMI DI COLLASSO DELLE CHIESE
VALUTAZIONE DELLA SICUREZZA SISMICA – LIVELLO LV1
STEP 1 – CALCOLO INDICE DI VULNERABILITA’
Calcolo vki e
vkp stato di
fatto
Calcolo vkp
intervento
Suggerimenti
Allegato C
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MECCANISMI DI COLLASSO DELLE CHIESE
VALUTAZIONE DELLA SICUREZZA SISMICA – LIVELLO LV1
STEP 1 – CALCOLO INDICE DI VULNERABILITA’
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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VALUTAZIONE DELLA SICUREZZA SISMICA – LIVELLO LV1
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
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FS = 0.2128/0.35 = 0. 61
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VULNERABILITÀ SISMICA DEGLI EDIFICI
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