Cause di Danno negli Edifici in Muratura Soggetti ad Eccitazione Sismica

CAUSE DI DANNO NEGLI EDIFICI IN MURATURA SOGGETTI AD ECCITAZIONE SISMICA

• Inadeguata integrità strutturale
• Inadeguata distribuzione degli elementi resistenti
• Inadeguata resistenza dei materiali
• Inadeguato sistema di fondazione

INADEGUATA INTEGRITA' STRUTTURALE

• Collegamenti tra pareti che si intersecano insufficienti o assenti
• Collegamenti tra pareti e solai insufficienti o assenti
• Inadeguata rigidezza dei solai nel proprio piano

(a) (b) (c)

INADEGUATA INTEGRITA' STRUTTURALE

Ribaltamento parete

Duomo di Mirandola - Emilia 2012 0 Ribaltamento parete

INADEGUATA INTEGRITA' STRUTTURALE

Ribaltamento timpano

Ribaltamento timpano Edificio centro L'Aquila - L'Aquila 2009 Chiesa centro L'Aquila - L'Aquila 2009 Ribaltamento timpano - San Gregorio (AQ) 2019

INADEGUATA INTEGRITA' STRUTTURALE

Chiesa delle Anime Sante - L'Aquila Prima terremoto 2009 PERGAMO" Dopo terremoto 2009

INADEGUATA INTEGRITA' STRUTTURALE

Flessione verticale fuori piano

Flessione fuori piano - L'Aquila 2009 Municipio di Sant'Agostino - Emilia 2012

INADEGUATA INTEGRITA' STRUTTURALE

Flessione orizzontale fuori piano

Flessione orizzontale fuori piano - L'Aquila 2009 Ribaltamento cantonale Ribaltamento composto facciata Flessione orizzontale fuori piano Flessione orizzontale - Salò 2004

INADEGUATA INTEGRITA' STRUTTURALE

Flessione verticale fuori piano

INADEGUATA INTEGRITA' STRUTTURALE

Meccanismo di rottura arco

DISTRIBUZIONE DEGLI ELEMENTI RESISTENTI

1. --

   Distribuzione dissimmetrica rispetto ad un asse. Distribuzione dissimmetrica rispetto ai due assi

DISTRIBUZIONE DEGLI ELEMENTI RESISTENTI

TTT Neftegork, Russia 1995 Collasso in una direzione

INADEGUATA RESISTENZA DEI MATERIALI

Le pareti murarie degli edifici possono essere soggette ai seguenti tipi di collasso quando eccitate dal sisma

1. Disgregazione della tessitura muraria
2. Separazione strati (più paramenti, sacco)
3. Collasso della parete fuori dal proprio piano

4. Collasso della parete nel proprio piano A 0000,00

DISGREGAZIONE TESSITURA MURARIA

Espulsione del paramento esterno

DISGREGAZIONE TESSITURA MURARIA

q Hʼ V -H' H H - I V+P IV+P Se la muratura si disgrega, non si arriva alla formazione di meccanismi.

SEPARAZIONE MURATURE A STRATI

• Quadri fessurativi nel piano della muratura (rigonfiamenti in superficie)

SOLLECITAZIONE CRITICA PARETE FUORI PIANO

• Ribaltamento

Sollecitazione sismica Sollecitazione ismica CP CP: P A A1 Al +b+++b:+ Fso Moltiplicatori di collasso molto diversi.

SOLLECITAZIONE CRITICA PARETE FUORI PIANO

• Ribaltamento

Coefficiente C per pareti a sacco e monolitiche

0.24 H=400 cm 0.20 -Parete a sacco 90cm monolitica Coefficiente C 0.16 doppio paramento 0,08 1000000000000 0.04 -SR- S Incidenza riempimento (%) (SR / S)x100 2 4.0

COLLASSO PARETE NEL PROPRIO PIANO

L'Aquila, 2009 Fessurazione diagonale maschi Budva, 1979 Rottura a taglio dei maschi del piano terra

INADEGUATA RESISTENZA DEI MATERIALI

Polog, 1998 Fessurazione diagonale maschi e danneggiamento dei maschi d'angolo

INADEGUATO SISTEMA DI FONDAZIONE

• Frane incombenti
• Liquefazione del suolo

Danni attesi

• Demolizione degli edifici dal fenomeno franoso
• Inclinazione o ribaltamento dell'intero edificio per liquefazione del suolo di fondazione

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 -Parete monolitica 90cm

FRANE INCOMBENTI

Las Colinas - El Salvador, 2001 Frana che demolisce numerose costruzioni (600 vittime)

FRANE INCOMBENTI

Kobe - Giappone, 1995 Frana ha causato il collasso di diversi edifici (30 vittime)

LIQUEFAZIONE DEL SUOLO

Boulanger stable soil liquefied soil Shaking and tilting causes some structures to fail. topsoil topsoil bedrock bedrock Building stands erect on stable soil. Building tilts and sinks as soil stability declines. Loosely packed grains of soil are held together by friction. Pore spaces are filled with water. Shaking destabilizes the soil by increasing the space between grains. With its structure lost, the soil flows like a liquid. per effetto del sisma si ha la separazione dei granelli e quindi il materiale si comporta come un fluido e l'edificio si ribalta

LIQUEFAZIONE DEL SUOLO

Adapazari, Turkia, 1999 Ribaltamento di edifici dovuti a liquefazione del suolo di fondazione ------- O.

LIQUEFAZIONE DEL SUOLO

Nijgata, Giappone, 1964 Ribaltamento di edifici dovuti a liquefazione del suolo di fondazione

PER RIMUOVERE LE CRITICITA' EVIDENZIATE E' NECESSARIA L'ESECUZIONE DI INTERVENTI DI RINFORZO

PROGETTAZIONE INTERVENTI SULL'ESISTENTE (DI RINFORZO)

• Comprendere i meccanismi di risposta al sisma dell'edificio esistente (individuazione e interpretazione)
• Individuare le criticità del sistema (vulnerabilità)
• Stabilire le finalità degli interventi:
  • Eliminare criticità strutturali
  • Eventualmente incrementare la resistenza/capacità
• Scegliere le tecniche maggiormente idonee
• Comprendere gli effetti degli interventi
• Valutare il livello di sicurezza raggiunto

CRITERI GENERALI PER LA SCELTA DELL'INTERVENTO

• Evitare variazioni nella distribuzione delle rigidezze:
  • Gli interventi di rinforzo vanno applicati in modo regolare ed uniforme alle strutture
  • Interventi locali possono peggiorare il comportamento globale dell'edificio
• L'intervento deve essere giustificato; si deve dimostrare:
  • La carenza dello stato attuale del fabbricato
  • Il beneficio apportato dall'intervento
• L'intervento deve portare ad un'uniformità del livello di sicurezza per tutti i macroelementi

CRITERI PER LA SCELTA DELL'INTERVENTO

• Frequentemente l'intervento non può essere finalizzato solo al raggiungimento di un appropriato livello di sicurezza della costruzione, ma deve garantire anche:
  • Compatibilità meccanica, chimica, fisica
  • Integrazione della struttura, non trasformazione
  • Rispetto della concezione e delle tecniche originarie della struttura
  • Limitata invasività
  • Possibilmente, reversibilità o rimovibilità
  • Durabilità degli interventi
  • Minimizzazione dell'intervento (sia per conservazione, sia per limitare i costi, sia per contenere i tempi di esecuzione)

IL MIGLIORAMENTO DEI COLLEGAMENTI

TECNICHE DI INTERVENTO

Le tecniche di intervento per rimuovere le criticità strutturali e incrementare le prestazioni in caso di sisma riguardano:

• Il miglioramento dei collegamenti (tra muri ortogonali, tra muri e solai, tra muri e volte)
• Il rinforzo dei solai di piano e di copertura
• Il rinforzo degli elementi resistenti verticali (distribuzione murature e miglioramento delle prestazioni dei materiali)

RISCHIO SISMICO DEGLI EDIFICI IN MURATURA

Muratura in pietra di 1-2 piani senza legature (catene o cordoli) Muratura in pietra di 1-2 piani con legature (catene o cordoli) 0.00 - 0.001 0.001 - 0.0025 0.0025 - 0.005 0.005 - 0.01 0.01 - 0.02 0.02 - 0.03 0.03 - 0.04 0.04 - 0.05 0.05 - 0.07 0.07 - 0.09 Probabilità annuale di perdere il valore dell'edificio (elaborazione sui dati dei rilievi post sismici in Italia (Rota, Penna, Strobbia, Magenes 2011)

LEGATURE ORIZZONTALI

Principio: favorire un comportamento scatolare

Nastri in FRP Catene perimetrali

LEGATURE ORIZZONTALI

Le catene perimetrali possono essere:

• Esterne, o alloggiate entro scanalature. Raramente entro fori eseguiti con attrezzo a rotazione (carotatrice).
• Attive, passive, aderenti o non aderenti. Le catene attive con leggera pretensione e non aderenti limitano la fessurazione e rendono l'intervento quasi reversibile. Devono essere protette dalla corrosione.
• Tesate con martinetto o con sistemi a vite (più semplice)

Lx Fv F Fh Z F = f . Lx 2 F1 = 8.z

LEGATURE ORIZZONTALI

• Le tirantature orizzontali sono indispensabili, se non ci sono cordoli o catene a livello dei solai, per impedire il "rocking" delle fasce di piano

Senza catene Con catene Catene perimetrali

LEGATURE ORIZZONTALI

Le catene perimetrali per essere efficaci è necessario che:

• Non eccessiva snellezza pareti tmin 2 7 Lx tmin -≤10 t Lx t min
• Assenza di canne fumarie. Non si può formare il sistema arco-catena
• Le murature non siano scadenti Incapaci di sostenere le importanti compressioni dell'arco di scarico

LEGATURE ORIZZONTALI

Se le catene sono inefficaci è necessario realizzare diaframmi di piano ? Necessità di diaframmi di piano o falda

LEGATURE ORIZZONTALI

Rimedi: inserimento di legature orizzontali in acciaio o nastri FRP

Anchor plate Steel tie ø 16-20 mm Catene Steel tie ø 16-20 mm *Anchor plate

LEGATURE COPERTURE-PARETI

a a a +

LEGATURE ORIZZONTALI

Nastri in carbonio Legature orizzontali in profilati di acciaio spinottati.

EFFETTI LEGATURE ORIZZONTALI

FIAMMA TRICOLORE L'Aquila 2009 Separazione parete all'intersezione con quella perpendicolare L'Aquila 2009 Edificio ben legato

EFFETTI LEGATURE ORIZZONTALI

Cerchiature realizzate con elementi metallici o materiali compositi. Necessario evitare concentrazioni di tensioni in corrispondenza degli spigoli delle murature (elementi di diffusione).

TIRANTATURE VERTICALI E ORIZZONTALI

Christchurch, Nuova Zelanda, edificio in muratura di pietra che ha resistito efficacemente al terremoto del 22/02/2011 (Mw=6.3).

TIRANTATURE VERTICALI E ORIZZONTALI

FINE ART Particolari tirantature verticali e orizzontali post-tese

TIRANTATURE VERTICALI E ORIZZONTALI

Particolari tirantature verticali e orizzontali post-tese

CORDOLI SOMMITALI

Per collegare efficacemente le pareti in sommità alla muratura e per migliorare l'interazione con la copertura. Possono essere realizzati:

• In c.a., solo se di altezza limitata (incremento di peso e rigidezza)
• In muratura armata (consente di realizzare il collegamento con una tecnica volta alla conservazione delle caratteristiche murarie esistenti)
• In acciaio (interessanti per leggerezza e limitata invasività)

POSIZIONAMENTO TIRANTI

CORDOLI SOMMITALI

Cordolo in laterizio armato con reti in GFRP annegate nei giunti di malta. Perforazioni verticali armate con barre di acciaio iniettate. . Perforazioni armate Dormiente in legno · Rete in GFRP Cordolo in laterizio armato

CORDOLI SOMMITALI

Pannello in OSB Pannello in OSB Piatto metallico Muratura a singolo paramento Piatto metallico Spinotto di acciaio Spinotto di acciaio Muratura a più paramenti Strato di intonaco di 40-50 mm rinforzato con rete in GFRP Connettore Consolidamento trasversale muratura sommitale Consolidamento muratura scadente Al posto del cordolo in c.a., esecuzione di muratura armata con rete in composito e chiusura con intonaco armato.