VULNERABILITA’ DELLE COSTRUZIONI AI FENOMENI GEOLOGICI E IDROGEOLOGICI Parte II

VULNERABILITA’ DELLE COSTRUZIONI AI FENOMENI GEOLOGICI E IDROGEOLOGICI

stefania.arangio@stronger2012.com

PORDENONE

VULNERABILITA’ DELLE COSTRUZIONI AI FENOMENI

GEOLOGICI E IDROGEOLOGICI

Parte II

Ing. Stefania Arangio

ROMA – 17 Ottobre 2014

www.stronger2012.com

Master di II livello in

Analisi e mitigazione del rischio idrogeologico

Introduzione

Danni alle costruzioni da fenomeni geologici e idrogeologici

Parte I

Scheda tecnica per il rilevamento speditivo di costruzioni in zone

soggette a fenomeni geologici e idrogeologici

Parte II

Valutazione del danneggiamento

• Modellazione strutturale

• Utilizzo della interferometria satellitare

• Effetti delle colate rapide sulle costruzioni

Un esempio di cattiva progettazione

Conclusioni

OUTLINE

Introduzione

Parte I

Parte II

La progettazione in zone a rischio frana

OUTLINE

Da Giovenale (II sec. d.C)

«Abitiamo in una città (Roma) che si regge in gran parte su fragili

puntelli. Con questi il padrone di casa tiene in piedi le mura pericolanti.

Ricopre con della calce una vecchia crepa e ci invita a dormire tranquilli

in un edificio in pericolo di crollo…»

5/107 Analisi del danneggiamento di un edificio in c.a. a Roma

- Edificio con struttura portante in calcestruzzo armato

- 10 piani

- 28 x 40 m

South front West front

Analisi del danneggiamento di un edificio in c.a. a Roma

7/107 Ispezione visive e analisi del quadro fessurativo

Ascensore B

Ascensore A

2223242526272829303132

12345678910

11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

222324

SCALA A

SCALA B

Locale ALocale B

20 (30 x 120)

1 (180 x 25) 2 (180 x 25) 3 (180 x 25) 4 (180 x 25) 5 (180 x 25) 6 (180 x 25)

7 (25 x 120)8 (45 x 35)9 (25 x 80)10 (60 x 40)11 (45 x 45)12 (25 x 70)13 (45 x 35)14 (25 x 120)

15 (30 x 120) 16 (90 x 40) 17 (200 x 66 sp. 20/25)

Viale Città d'Europa

Collina

18 (75 x 25)19 (30 x 120)

21 (60 x 25)22 (25 x 30)23 (25 x 30)24 (60 x 25)

25 (30 x 120)

27 (60 x 25) 28 (25 x 30) 29 (25 x 30) 30 (60 x 25)

31 (30 x 120)

26 (30 x 120)

32 (30 x 120)33 (25 x 60)

34 (200 x 56 sp. 20/16)35 (75 x 25)

36 (30 x 120)

37 (30 x 120) 38 (45 x 35) 39 (25 x 80)40 (60 x 40) 41 (45 x 45) 42 (25 x 70) 43 (45 x 35)

44 (30 x 120)

45 (180 x 25)46 (180 x 25)47 (180 x 25)48 (180 x 25)49 (180 x 25)50 (180 x 25)

Garage al piano interrato

Ascensore B

Ascensore A

2223242526272829303132

12345678910

11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

222324

SCALA A

SCALA B

Locale ALocale B

20 (30 x 120)

1 (180 x 25) 2 (180 x 25) 3 (180 x 25) 4 (180 x 25) 5 (180 x 25) 6 (180 x 25)

7 (25 x 120)8 (45 x 35)9 (25 x 80)10 (60 x 40)11 (45 x 45)12 (25 x 70)13 (45 x 35)14 (25 x 120)

15 (30 x 120) 16 (90 x 40) 17 (200 x 66 sp. 20/25)

Collina

18 (75 x 25)19 (30 x 120)

21 (60 x 25)22 (25 x 30)23 (25 x 30)24 (60 x 25)

25 (30 x 120)

27 (60 x 25) 28 (25 x 30) 29 (25 x 30) 30 (60 x 25)

31 (30 x 120)

26 (30 x 120)

32 (30 x 120)33 (25 x 60)

34 (200 x 56 sp. 20/16)35 (75 x 25)

36 (30 x 120)

37 (30 x 120) 38 (45 x 35) 39 (25 x 80)40 (60 x 40) 41 (45 x 45) 42 (25 x 70) 43 (45 x 35)

44 (30 x 120)

45 (180 x 25)46 (180 x 25)47 (180 x 25)48 (180 x 25)49 (180 x 25)50 (180 x 25)

Garage

Ascensore B

Ascensore A

2223242526272829303132

12345678910

11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

222324

SCALA A

SCALA B

Locale ALocale B

20 (30 x 120)

1 (180 x 25) 2 (180 x 25) 3 (180 x 25) 4 (180 x 25) 5 (180 x 25) 6 (180 x 25)

7 (25 x 120)8 (45 x 35)9 (25 x 80)10 (60 x 40)11 (45 x 45)12 (25 x 70)13 (45 x 35)14 (25 x 120)

15 (30 x 120) 16 (90 x 40) 17 (200 x 66 sp. 20/25)

Collina

18 (75 x 25)19 (30 x 120)

21 (60 x 25)22 (25 x 30)23 (25 x 30)24 (60 x 25)

25 (30 x 120)

27 (60 x 25) 28 (25 x 30) 29 (25 x 30) 30 (60 x 25)

31 (30 x 120)

26 (30 x 120)

32 (30 x 120)33 (25 x 60)

34 (200 x 56 sp. 20/16)35 (75 x 25)

36 (30 x 120)

37 (30 x 120) 38 (45 x 35) 39 (25 x 80)40 (60 x 40) 41 (45 x 45) 42 (25 x 70) 43 (45 x 35)

44 (30 x 120)

45 (180 x 25)46 (180 x 25)47 (180 x 25)48 (180 x 25)49 (180 x 25)50 (180 x 25)

2223242526272829303132

12345678910

11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

222324

SCALA A

SCALA B

Locale ALocale B

20 (30 x 120)

1 (180 x 25)

2 (180 x 25)

3 (180 x 25) 4 (180 x 25) 5 (180 x 25) 6 (180 x 25)

7 (25 x 120)8 (45 x 35)

9 (25 x 80)10 (60 x 40)

11 (45 x 45)

12 (25 x 70)

13 (45 x 35)14 (25 x 120)

15 (30 x 120) 16 (90 x 40) 17 (200 x 66 sp. 20/25) 18 (75 x 25)19 (30 x 120)

21 (60 x 25)22 (25 x 30)23 (25 x 30)24 (60 x 25)

25 (30 x 120)

27 (60 x 25) 28 (25 x 30) 29 (25 x 30) 30 (60 x 25)

31 (30 x 120)

26 (30 x 120)

32 (30 x 120)33 (25 x 60)

34 (200 x 56 sp. 20/16)35 (75 x 25)

36 (30 x 120)

37 (30 x 120) 38 (45 x 35) 39 (25 x 80) 40 (60 x 40) 41 (45 x 45) 42 (25 x 70) 43 (45 x 35) 44 (30 x 120)

45 (180 x 25)46 (180 x 25)47 (180 x 25)48 (180 x 25)49 (180 x 25)50 (180 x 25)

Piano terra – zona di ingresso

2223242526272829303132

12345678910

11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

222324

SCALA A

SCALA B

Locale ALocale B

20 (30 x 120)

1 (180 x 25)

2 (180 x 25)

3 (180 x 25) 4 (180 x 25) 5 (180 x 25) 6 (180 x 25)

7 (25 x 120)8 (45 x 35)

9 (25 x 80)10 (60 x 40)

11 (45 x 45)

12 (25 x 70)

13 (45 x 35)14 (25 x 120)

15 (30 x 120) 16 (90 x 40) 17 (200 x 66 sp. 20/25) 18 (75 x 25)19 (30 x 120)

21 (60 x 25)22 (25 x 30)23 (25 x 30)24 (60 x 25)

25 (30 x 120)

27 (60 x 25) 28 (25 x 30) 29 (25 x 30) 30 (60 x 25)

31 (30 x 120)

26 (30 x 120)

32 (30 x 120)33 (25 x 60)

34 (200 x 56 sp. 20/16)35 (75 x 25)

36 (30 x 120)

37 (30 x 120) 38 (45 x 35) 39 (25 x 80) 40 (60 x 40) 41 (45 x 45) 42 (25 x 70) 43 (45 x 35) 44 (30 x 120)

45 (180 x 25)46 (180 x 25)47 (180 x 25)48 (180 x 25)49 (180 x 25)50 (180 x 25)

3 piano

12/107

Traslazione verticale con

comportamento a taglio o a

flessione

Rotazione rigida

Traslazione e rotazione

per cedimenti differenziali

comportamento a taglio

Rotazione rigida

Lesioni ad andamento

diagonale sulle tamponature

Meccanismi di

danneggiamento associati

Danno osservato Rappresentazione schematica

del modo di danno

Quadro fessurativo e meccanismi di danneggiamento compatibili

Analisi del quadro fessurativo

13/107

Rotazione rigida

Flessione nelle travi

Rotazione rigida

Collasso di piano deboleLesioni diagonali sul pilastro

Lesioni sui pavimenti

Meccanismi di

del modo di danno

14/107

Rotazione rigida

Distacco della tamponatura

Il meccanismo di danneggiamento compatibile

con tutti i danni osservati è quello di traslazione

e rotazione per cedimenti differenziali.

Meccanismi di

del modo di danno

15/107

Profilo dei cedimenti - 2008

Profilo dei cedimenti - 2009

Monitoraggio dei cedimenti

16/107 Applicazione di procedure per la valutazione del danno

Metodi empirici

Basati su indicazioni dei massimi cedimenti ammissibili per

le varie tipologie edilizie

Metodi semi-empirici

L’edificio viene considerato come una trave

equivalente . Si considera che sia danneggiato

quando alcuni parametri superano le soglie

limite

Modelli raffinati

Modelli a elementi finiti lineari e non lineari

17/107 Metodi semi-empirici: 1) Modello a trave equivalente

Considerano la tipologia edilizia, le caratteristiche geometriche globali e i

materiali ma non considerano i singoli elementi strutturali

Modello a trave equivalente di Burland e Wroth (1974)

Modello a trave equivalente

• trave con comportamento elastico

• senza peso

• materiale uniforme

• spessore unitario

• L = lunghezza edificio

• H = altezza edificio

• s = spessore

• Δ = spostamenti verticali

εb(max) massima deformazione a flessione

εd(max) massima deformazione a taglio

(Timoshenko)

Modello a trave equivalente

di Burland e Wroth

flessione

taglio

Sagging mode of deformation Hogging mode of deformation

1. If L/H <0.66 the cracking is due to shear deformation

2. If L/H > 0.66 cracking is due to bending moment

3. The uniformly distribute load and the point load give similar results

Curve limite Δ/L

Deformazione diagonale critica

Deformazione flessionale critica

L/H L/H

flessionale

diagonale

Deformazione

diagonale critica

Deformazione

flessionale

critica

20/107 Modello a trave equivalente: vantaggi e svantaggi

Vantaggi Svantaggi

• Semplice da utilizzare

• Considera alcune caratteristiche di

base della costruzione (H, L, E)

• Poco accurato

• Non e’ in grado di cogliere

alcuni aspetti come:

• La percentuale di aperture

• La qualità delle tamponature

• Le altezze di interpiano

• etc.

• Non da buoni risultati in caso di

modi di deformazione multipli

21/180 Metodi semi-empirici: 2) Modello a trave multistrato

Una trave multistrato e’ costituita da:

• piastre rigide (gli impalcati) che resistono a flessione

• I nuclei tra le piastre (i muri) che resistono a taglio

Finno et al. (2005)

Voss (2003)

Core material

22/107 Metodi semi-empirici: 2) Modello a trave multistrato

Modello a trave multistrato• L = lunghezza edificio

• H = altezza edificio

• s = spessore

•Ai = Area che resiste a flessione

•Av = Area che resiste a taglio

• yi = altezza di ogni piano

• λH = posizione dell’asse neutro

• I = momento di inerzia equivalente

Sezione trasversale

Neutral axis

23/107 Modello a trave multistrato: rappresentazione matematica

12𝜆𝐻+

𝐸𝐼

𝐺𝐴𝑣 𝐿𝜆𝐻 𝜀𝑏(𝑏𝑜𝑡𝑡𝑜𝑚 )

𝐿2 𝐺𝐴𝑣 𝑖

24𝐸𝐼𝑉𝑖𝑉

+ 𝐺𝐴𝑣 𝑖

2𝑉𝑖𝑉𝐺𝐴𝑣

𝛾𝑖

Relazioni tra il rapporto Δ/L e le massime deformazioni a flessione e a taglio

Le fessure dovute a sforzi flessionali

sono principalmente localizzate

all’intersezione tra travi e pilastri

DANNO STRUTTURALE

Le fessure dovute a sforzi di taglio

sono generalmente localizzate sulle

tamponature.

DANNO NON STRUTTURALE

(generalmente)

hogging

12 1 − 𝜆 𝐻+

𝐸𝐼

𝐺𝐴𝑣 𝐿 1 − 𝜆 𝐻 𝜀𝑏(𝑡𝑜𝑝 )

sagging

24/107 Classificazione del danno

After Boscardin and Cording (1989)

Classe di danno Grado di severita’ Deformazione a

trazione limite ε

0 Negligible - N 0.000 – 0.050

1 Very slight - VS 0.050 – 0.075

2 Slight - S 0.075 – 0.150

3 Moderate - M 0.150 – 0.300

4 to 5 Severe - SE >0.300

Le deformazioni vengono calcolate usando le equazioni e I valori ottenuti

vengono confrontati con i valori limite

25/107 Modello a trave multistrato: vantaggi e svantaggi

Vantaggi Svantaggi

• Semplice da utilizzare

• In grado di considerare alcune

importanti caratteristiche della

struttura e dei materiali (H, L, E,

hi, λH, % di aperture)

• Considera modi di

deformazione multipli

• Può essere poco accurato

• Non considera il

comportamento globale

della struttura

26/107

I modelli agli elementi finiti sono molto piu’ accurati

- Si considera l’interazione tra le varie

parti della struttura

- Si può considerare il comportamento

non lineare

- Lo svilulppo delle fessurazioni puo’

essere riprodotto in modo accurato

Il principale limite e’ che sono onerosi dal punto di vista computazionale.

Inoltre, la corretta valutazione del danno dipende dall’accuratezza delle

informazioni sulle caratteristiche geometriche e sui materiali

Modellazione agli elementi finiti

27/107 Applicazioni al caso studio

Parte 1

Confronto tra

il modello a trave equivalente e

il modello a trave multistrato

-Edificio intelaiato in calcestruzzo

armato,

- 10 piani

- deformazione di sagging.

- lunghezza edificio: 28.5 m

- interpi: 3.3 m

- L/H = 0.86

Parte 2

Identificazione del danno usando il

modello a trave multistrato e la

modellazione a elementi finiti

-Edificio intelaiato in calcestruzzo armato

- 9 piani

- 28 x 40 m

- modi di deformazione mutlipli.

28/107

Confronto tra

il modello a trave equivalente e

il modello a trave multistrato

29/107

Burland and Wroth’s modelFinno et al.’s model

safe conditions

unsafe conditions

Caso 1 (1/4)

12 1 − 𝜆 𝐻+

𝐸𝐼

𝐺𝐴𝑣 𝐿 1 − 𝜆 𝐻 𝜀𝑏(𝑡𝑜𝑝 )

30/107 Caso 1 (2/4)

31/107 Caso 1 (3/4)

32/107 Caso 1 (4/4)

Il modello a trave equivalente e’ meno cautelativo e non considera le

variazioni di rigidezza legate alla presenza di aperture

33/107

Identificazione del danno usando il modello a trave multistrato

e la modellazione a elementi finiti

34/107 Caso 2

South front

Sezione

considerata

35/35/107P

Modello longitudinale

Sezione

trasversale

Caso 2

36/107 Risultati del modello a trave multistrato

0 0,0005 0,001 0,0015 0,002 0,0025 0,003 0,0035 0,004

shear deformation - sagging

N VS S M SE

0 0,0005 0,001 0,0015 0,002 0,0025 0,003 0,0035 0,004

shear deformation - hogging

N VS S M SE

50 49 48 47 46 45

columns number

differential columns settlement

rigid rotation ω

slope "sagging"/"hogging"

Poli. (differential columns

settlement)

sagging hogging

Shear deformation at each floor

Fessure dovute a sforzi di taglio: in 2010 – Moderate

(In genere non su elementi strutturali) In 2025 - Severe

37/107P

20102015

202020252030

0,0000

0,0002

0,0004

0,0006

0,0008

0,0010

50 49 4847

flexural

deformation

column number

Cracks due to flexural

deformations:

in 2010 – Sligth

In 2025 - Moderate

Risultati del modello a trave multistrato

38/107 Modellazione a elementi finiti

column 37

column 49 column 47

39/107 Modellazione a elementi finiti

Sono applicati al piede

del modello gli

spostamenti ottenuti dal

monitoraggio

STATO ØSTATO 1

column 49 column 47

Lo sforzo normale

diminuisce nel pilastro

49 mentre aumenta nel

pilastro 47

40/107 Risultati della modellazione a elementi finitiP

Normal stress vs Years in columns 49

and 47

-10000 -8000 -6000 -4000 -2000 0 2000 4000

Column 47 N-Mx

Domain 2000 20012005 2010 2015

2020 2025 2030

-4000,0

-3000,0

-2000,0

-1000,0

2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030

NYears

Normal stress - Years 49

-10000 -8000 -6000 -4000 -2000 0 2000 4000

Column 49 N-Mx

Domain 2000 20012005 2010 20152020 2025 2030

column 49 column 47

41/107 Risultati della modellazione a elementi finitiP

E’ importante considerare il comportamento degli elementi strutturali fuori

dal piano

La ridistribuzione dei carichi porta un carico elevato sul pilastro 37 che

sara’ il primo a raggiungere la deformazione massima

N.47N.37

STATO Ø STATO 1

Years 0,00%

2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030

ε -years 49

Column 37

42/107 Modellazione delle paretiP

2223242526272829303132

12345678910

11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

222324

SCALA A

SCALA B

Locale ALocale B

20 (30 x 120)

1 (180 x 25)

2 (180 x 25)

3 (180 x 25) 4 (180 x 25) 5 (180 x 25) 6 (180 x 25)

7 (25 x 120)8 (45 x 35)

9 (25 x 80)10 (60 x 40)

11 (45 x 45)

12 (25 x 70)

13 (45 x 35)14 (25 x 120)

15 (30 x 120) 16 (90 x 40) 17 (200 x 66 sp. 20/25) 18 (75 x 25)19 (30 x 120)

21 (60 x 25)22 (25 x 30)23 (25 x 30)24 (60 x 25)

25 (30 x 120)

27 (60 x 25) 28 (25 x 30) 29 (25 x 30) 30 (60 x 25)

31 (30 x 120)

26 (30 x 120)

32 (30 x 120)33 (25 x 60)

34 (200 x 56 sp. 20/16)35 (75 x 25)

36 (30 x 120)

37 (30 x 120) 38 (45 x 35) 39 (25 x 80) 40 (60 x 40) 41 (45 x 45) 42 (25 x 70) 43 (45 x 35) 44 (30 x 120)

45 (180 x 25)46 (180 x 25)47 (180 x 25)48 (180 x 25)49 (180 x 25)50 (180 x 25)

43/107 Modellazione delle pareti: fessurazione

Simulation Real cracks

La modellazione a elementi finiti permette di ricostruire l’andamento del

quadro fessurativo

44/107 Considerazioni conclusive sulla modellazione

Esistono diversi metodi per la valutazione del danno.

Il tecnico deve valutare quale sia il più adatto al caso in esame.

In caso di danneggiamento riconducibile a cedimenti differenziali sono necessarie

accurate prove geologiche e verifiche sulle fondazioni

Se vengono richieste anche indicazioni sulla progettazione delle opere di

risanamento la modellazione agli elementi finiti fornisce la possibilità di valutare

quantitativamente e qualitativamente gli effetti migliorativi dell’intervento

STATO ØSTATO 1

45/107

Introduzione

Parte I

Parte II

Progettazione in zone a rischio frana

OUTLINE

46/107 Il quartiere dei “palazzi storti”

47/18047/107

48/107P

49/107

50/107 Dissesti geologici in atto

(Da Campolunghi et al. 2008)

51/107 Analisi delle deformazioni con l’interferometria satellitare

Il DInSAR e’ una tecnica di telerilevamento basata sullo studio della

differenza di fase tra coppie di immagini SAR (Syntethic Aperture

Radar) acquisite in diversi momenti, al fine di ricavare informazioni

sugli spostamenti avvenuti tra due distinte acquisizioni

La tecnica fu utilizzata inizialmente per studiare eventi singoli come I

terremoti e le eruzioni vulcaniche

Più recentemente, sono stati sviluppati degli algoritmi per analizzare

l’evoluzione temporale degli spostamenti di superficie di centri

urbani attraverso la generazione di serie temporali di spostamenti.

52/107

The SBAS algorithm (developed at IREA-CNR) allows the generation of a displacement time history for each

coherent pixel

Deformation time series - SBAS algorithm

53/107

Si considera un rete geodetica naturale di punti di misurazione (permanent

scatters).

I risultati sono organizzati in un database GIS che registra coordinate, velocità

annuale di spostamenti, time history degli spostamenti

I differenti colori indicano differenti velocità annuali di spostamento

GIS database

54/107 DinSAR measurements in the considered area

Area - Basilica di San Paolo

1507 edifici – 5032 punti di misura

55/107P

Vista dell’area

56/107

57/18057/107 Dati DinSAR per la classificazione degli edifici

Criterio 1: velocità degli spostamenti verticali – edifici con

spostamenti maggiori di 7mm/anno sono considerati

vulnerabili

Criterio 2: elevata deviazione standard perche e’ indice di

significativi spostamenti differenziali

Criterio 3: presenza di numerosi punti di misura – I risultati ottenuti

sono più affidabili

Nell’area di interesse ci sono molto edifici. Per stabilire quali debbano

essere analizzati in dettaglio per primi si effettua una prima

classificazione secondo 3 criteri

58/107 Classificazione degli edifici – Criterio 1 (velocita’ media)

Red buildings - mean velocity >7 mm/year

Buildings with velocity v > -7 mm/year

Buildings with velocity -7 <v < 0 mm/year

Buildings with velocity v > 0 mm/year

59/107 Classificazione degli edifici – Criterio 2 (deviazione standard)

Green buildings have large Standard Deviation

Buildings with large Standard Deviation

60/107 Classificazione degli edifici – Criterio 3 (numero dei punti)

Blue buildings have numerous measurements points

Buildings with points> 10

Buildings with 0<points<10

Buildings with velocity points = 0

61/107 Edifici selezionati

62/107 Dettaglio dell’area

Sezione geologica

Deposito

alluvionale

63/107 Valutazione del danno su tre edifici

Bld. 2

Building 2

Bld. 3

Bld. 1

Building 3

Building 1

64/107 Caratteristiche geometriche degli edifici

Le mappe digitali contengono varie informazioni utili sugli edifici come la loro

altezza, lunghezza e superficie

65/107 Edificio 1

66/107 Edificio 1: analisi dei cedimenti

2000 20051995 2010

La struttura e’ stata

soggetta a elevati

spostamenti

differenziali

Le fondazioni

sono state

rinforzate solo

sotto metà edificio

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

columns

67/107 Edificio 1: valutazione del danno

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

columns

N = negligible

VS = very slight

S = slight

M = moderate

SE = severe

0,0% 0,2% 0,4% 0,6% 0,8% 1,0%

lev 9 1995

0,0% 0,2% 0,4% 0,6% 0,8% 1,0%

lev 9 1995

0,0% 0,2% 0,4% 0,6% 0,8% 1,0%

lev 9 1995

col. 7-10

columns 1- 4 col. 4-7

N VS SM SE N VS SM SE N VS SM SE

shear deformations

bending deformations

19952000200520100.00%

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

columnsyear

68/107 Edificio 1: valutazione del danno

0,0% 0,2% 0,4% 0,6% 0,8% 1,0%

lev 9 1995

columns 1- 4

N VS SM SE

69/107 Edificio 1: confronto con il danno osservato

19952000200520100.00%

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

columnsyear

N = negligible

VS = very slight

S = slight

M = moderate

SE = severe

Danneggiamento del giunto

70/107 Edificio 2

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

columns

hogging 1

hogging 2

sagging

71/107

ε max

Edificio 2: valutazione del danno

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

lev 91995

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

lev 91995

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

sagging hogging 2

N = negligible

VS = very slight

S = slight

M = moderate

SE = severe

N VS S M SEN VS S M SE

hogging 1

N VS S M SE

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

columns

hogging 1

hogging 2

sagging

shear deformations

hogging 1 sagging hogging 2

72/107 Edificio 3

15 14 13 12 11 10 9 8 7 6

columns

Danno in

corrispondeza del

giunto tra le due

parti dell’edificio

73/18073/107Edificio 3: valutazione del danno attuale e stima di quello futuro

0,0% 0,1% 0,2% 0,3% 0,4%

lev 101995

0,0% 0,1% 0,2% 0,3% 0,4%

lev 101995

columns 15 -11

N VS S M SE

columns 10 -6

N VS S M SE

N = negligible

VS = very slight

S = slight

M = moderate

SE = severe

15 14 13 12 11 10 9 8 7 6

columns

199520002005201020152020

15 14 13 12 11 10 9 8 7 6

columns year

shear deformations

bending

deformations

74/18074/107 Edificio 3: valutazione del danno attuale

19952000

2005201020152020

15 14 13 12 11 10 9 8 7 6

columns year

N = negligible

VS = very slight

S = slight

M = moderate

SE = severe

Without reparations the structural damage

could be classified as “moderate” in few years

75/18075/107 Considerazioni sull’applicazione dell’interferometria satellitare

• L’interferometria satellitare e’ uno strumento efficace per lavalutazione del danno strutturale di estese aree urbanizzate dovee’ necessario considerare molti edifici in poco tempo, perche permetteuna prima classificazione degli edifici

• Le storie temporali ottenute dall’interferometria satellitare possonoessere applicate a modelli semplificati degli edifici ma possonoessere anche usare come input di analisi numeriche avanzate.

• Esistono registrazioni dal 1992 che potrebbero essere utili pereffettuare back analysis

• Questo approccio integrato può essere utile per il monitoraggiostrutturale e per le indagini di Ingegneria Forense

76/107

Introduzione

Parte I

Parte II

OUTLINE

77/107 Effetti delle colate rapide sulle costruzioni

Sono state analizzate le tipologie di collasso delle parti strutturali e

non strutturali e sono stati ricavati dei modelli meccanici che

consentono la valutazione dei carichi resistenti allo stato limite

ultimo di elementi strutturali e non strutturali investiti dal flusso della

colata

Sono state ricavate delle relazioni analitiche che forniscono una stima

delle velocità di impatto delle colate contro le strutture

Le relazioni sono state ottenute considerando una corrente di fluido di

densità costante, trascurando la presenza di masse trasportate.

Nonostante questo sono risultate sufficientemente accurate

78/107

1) Collasso delle tamponature

Meccanismo resistente ad arco

Faella C., Nigro E. (2001), Effetti delle colate rapide sulle costruzioni

pu : pressione ultima

Pu: carico ultimo

Crollo delle tamponature del piano

terra senza danni significativi agli

elementi strutturali

Velocità di impatto

della colata

Meccanismi di collasso

79/107

2) Meccanismo a tre cerniere

nei pilastri in c.a.

qu : carico di collasso

D: dimensione caratteristica del pilastro

Grave danneggiamento e/o

collasso di elementi strutturali

singoli con formazione di cerniere

plastiche in testa, al piede e in

mezzeria

della colata

80/107

3) Meccanismo a due cerniere

nei pilastri in c.a.

Grave danneggiamento e/o

collasso di elementi strutturali

singoli con formazione di

meccanismi di piano/cerniere

plastiche in testa e al piede di più

pilastri

della colata

81/107

4) Meccanismo a taglio in

pilastri in c.a.

Trasporto di parte dell’edificio in

seguito al crollo delle strutture

portanti del piano terra

della colata

82/107 Meccanismi di collasso

5) Edifici con struttura portante

in muratura

della colata

pu : pressione ultima

puv: pressione ultima

(rottura a flessione)

puo: pressione ultima

(rottura a taglio)

Lo sistema resistente e’ dato dalla

sovrapposizione di uno schema

resistente flessionale e di uno a

taglio

83/107

Introduzione

Parte I

Parte II

OUTLINE

84/107Considerazioni sulla progettazione in zone a rischio frana

Spesso la responsabilità è dell’uomo per

aver edificato senza rispettare la natura dei

luoghi

85/107

Interventi di ampliamento e sopraelevazione

che trascurano la morfologia dei luoghi

86/107

87/107

88/107 Un caso di Ingegneria forense

Ristrutturazione urbanistica di

un sito con un edificio adibito ad

attività produttiva

ESTRATTO DEL PRG

Render del progetto

Realizzazione di un complesso immobiliare in zona a rischio frana

89/107 Analisi documentale

Il progetto e’ stato analizzato considerando i seguenti aspetti:

- Considerazioni sulla presenza del vincolo idrogeologico

- Pericolosità geologica dell’area e fattibilità dell’intervento

- Considerazioni sulla stabilità del versante

- Verifiche strutturali e analisi degli elaborati grafici

90/107 Considerazioni sulla presenza del vincolo idrogeologico

Sono stati analizzati i documenti facenti parte del progetto:

- Relazione di fattibilita’ geologica

- Piano di investigazione ambientale

- Relazione geologico-geotecnica

- Parere tecnico geologico-geotecnico

91/107

Estratto della Carta del

Sistema ambientale

Considerazioni sulla presenza del vincolo idrogeologico

92/107 Anomalie nella documentazione

La progettazione viene effettuata come se il vincolo non fosse presente…ma viene

richiesta l’autorizzazione ai fini del vincolo per la realizzazione della strada di cantiere

93/107 Anomalie nella documentazione

L’autorizzazione viene concessa…ma non viene fatta presente l’incongruenza tra

l’approccio utilizzato nella progettazione degli edifici e della strada di cantiere

94/107 Pericolosità dell’area e fattibilità dell’intervento

Fattibilita’

95/107 Fattibilità dell’intervento

96/107

Bordo della scarpata

traslato di 10 m

Parte degli edifici è

realizzato in zona non

edificabile

97/107 Considerazioni sulla stabilità del versante

Carta geomorfologica

100/107

101/107

102/107

103/107

Tensione limite 97,5 kg/cmq

Verifiche strutturali

Pilastro in falso

104/107 Verifiche strutturali

105/107 Verifiche strutturali

Verifica pilastri edificio C

106/107

• Il complesso immobiliare era in fase di realizzazione in una zona

soggetta a vincolo idrogeologico

• La pericolosità geologica dell’area era documentata nelle carte

tecniche a disposizone del progettista. Negli stessi documenti era

indicato che l’area era parzialmente non edificabile

• La geomorfologia e l’inventario dei fenomeni franosi pregressi

indicano la presenza di un potenziale dissesto.

• Inoltre le verifiche strutturali non erano conformi alla normativa

vigente

Considerazioni conclusive sul progetto analizzato

107/107 III Convegno Ingegneria Forense – Roma – Maggio 2015

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VULNERABILITA’ DELLE COSTRUZIONI AI FENOMENI GEOLOGICI E IDROGEOLOGICI Parte II

Engineering

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