CONSOLIDAMENTO DEGLI EDIFICI STORICI

prof PAOLO FACCIO (Università IUAV di Venezia )

A.A. 2013 2014

lezione N.4 : il sisma

Il terremoto è “un genere di male contro cui si è autorizzati a servirsi della precauzione”

E. Kant (riferendosi al catastrofico terremoto di Lisbona del 1755 che causò 60.000 morti)

L’Aquila palazzo della Prefettura dopo il sisma del 2009 (edificio dichiarato strategico)

Onna (AQ) 2009, il ricordo dei morti

Messa in sicurezza della scuola De Amicis a L’Aquila

L’Aquila – Messa in sicurezza di edifici (2013)

Finale Emilia, torre Civica, maggio 2012. Effetto delle due scosse

Carreggiata del ponte di Finale Emilia : spostamento per effetto del recente sisma del maggio 2012

Rocca di Finale Emilia : dislocazione della parte sommitale della copertura per effetto del sisma del maggio 2012

La crosta terrestre è in costante movimento (teoria della tettonica); lo scorrimento di enormi masse rocciose (placche) determina la formazione di stati tensionali nelle zone di contatto (lungo le faglie).

Un terremoto si verifica quando gli stati tensionali superano la resistenza degli strati rocciosi e si ha un improvviso scorrimento delle superfici a contatto con conseguente rilascio dell’energia accumulata che si propaga nel suolo sotto forma di onde elastiche, causando movimenti di tipo ondulatorio e sussultorio del suolo stesso.

Cos’è il SISMA

Animation courtesy of Dr. Dan Russell, Kettering University

Le onde sismiche possono essere classificate in:

-1.Onde di volume, coinvolgono gli strati rocciosi in profondità,

1.a. Onde P (primarie) o longitudinali, viaggiano all’interno della terra con velocità elevatissime (6 Km/sec ca.) e sono quelle che vengono rilevate prima; danno origine al caratteristico rombo che accompagna il terremoto;

1.b. Onde S (secondarie) o onde di taglio o trasversali, sono più lente e determinano un innalzamento e abbassamento del terreno

-2. Onde di superficie, si propagano sulla superficie della terra

Cos’è il SISMA

Strumenti

Sismografo Accellerografo

Misura le traslazioni del terreno in tre direzioni (N-S, E-O, verticale)

Sensibile anche a terremoti di modesta entità

Misura l’accelerazione del terreno

Meno sensibile ai terremoti di modesta entità

Scala Mercalli (1902) basata sulla percezione umana e sull’intensità del danno prodotto su cose, persone, ambiente naturale

Misura dell’intensità dell’azione sismica

Misura dell’intensità dell’azione sismica Necessità di una valutazione obiettiva dell’intensità di un terremoto…

Dall’analisi di un elevato numero di sismogrammi si rilevò che la traslazione massima del terreno, registrata a una certa distanza dall’epicentro, cresce proporzionalmente all’energia rilasciata dal terremoto.

Scala Richter (1934) basata sulla quantità di energia rilasciata (magnitudo)

Sostanzialmente si rileva l’ampiezza massima di certe onde sismiche ad una distanza di 100 Km dall’epicentro, per distanze diverse si adotta un apposito diagramma

Intensità: misura la grandezza di un terremoto attraverso l’osservazione dei danni e degli effetti del terremoto sull’uomo, sulle costruzioni, sull’ambiente. Tradizionalmente l’intensità è rappresentata da numeri romani, usando una scala in cui a ciascun grado corrisponde una descrizione. Magnitudo: misura la forza di un terremoto, in termini di energia rilasciata durante l’evento, attraverso le registrazioni degli strumenti (sismogrammi).

Valutazione di un terremoto

la scala Mercalli, risalente al 1903 e contemplante la ripartizione in 10 gradi, secondo la quale a ciascun grado corrispondeva un determinato di danno, individuati in forma descrittiva e successiva all’evento la scala Mercalli – Cancani – Sieberg (MCS), del 1932, modificativa della precedente scala Mercalli, ma fondata sugli stessi principi empirici. Il numero dei gradi indicativi dell’intensità dei terremoti fu ampliato da 10 a 12, dove il XII grado corrisponde ai terremoti più distruttivi risultanti dalla storia sismica dell’intero pianeta. La scala Mercalli e la scala MCS si basano quindi sulla percezione del danno da parte delle persone, e non su un rilevamento strumentale. La descrizione risulta quindi qualitativa e soggettiva

Valutazione dell’intensità

Grado MCS Descrizione Grado

MCS Descrizione

I impercettibile VII molto forte: lievi danni a costruzioni di buona qualità

II molto leggero VIII distruttivo. Danni al 50% degli edifici

III leggero IX fortemente distruttivo. Danni al 60% degli edifici

IV moderato X Rovinoso. Danni al 75% degli edifici

V mediamente forte XI Catastrofico. Distruzione generale

VI forte XII totalmente catastrofico. Distruzione completa.

Descrizione delle scale di intensità sismica basate sulla valutazione del danno ( scala MCS)

La magnitudo invece costituisce un parametro assoluto, scientificamente determinato, rappresentativo del grado di violenza di un terremoto. E’ la misura oggettiva della quantità di energia elastica emessa durante un terremoto ed è indipendente dalle distanze delle stazioni di misurazione rispetto al suo epicentro. Viene calcolata a partire dall’ampiezza delle onde sismiche registrate dai sismografi, ed è espressa attraverso un numero puro.

MAGNITUDO CARATTERISTICHE

0 Sisma molto lieve.

2,5÷3 Scossa avvertita solo nelle immediate vicinanze.

4-5 Può causare danni localmente.

5 L'energia sprigionata è pari a quella della bomba atomica lanciata su Hiroshima nel 1945.

6 Sisma distruttivo in un'area ristretta 10 Km2 di raggio.

7 Sisma distruttivo in un'area di oltre 30 Km2 di raggio

7-8 Grande terremoto distruttivo magnitudo del terremoto di S. Francisco del 1906.

8,4 Vicino al massimo noto. Energia sprigionata dalle scosse 2 x 1025 ergs.

8,6 Massimo valore di magnitudo noto, osservato tra il 1900 e il 1950, l'energia prodotta dal sisma è tre milioni di volte superiore a quella della prima bomba atomica lanciata su Hiroshima nel 1945.

Caratteristiche di un terremoto in funzione della

magnitudo.

Il concetto di magnitudo così inteso fu introdotto da Richter che ne formulò nel 1935 la definizione rendendo oggettivo il metodo di misurazione della forza dirompente dei terremoti, e consentendo con la scala delle magnitudo, o più correttamente definita come magnitudo Richter

Parallelo tra scala Mercalli e scala Richter (Ministero dell'Interno Ministero della Pubblica Istruzione).

E’ possibile elaborare delle carte macrosismiche o d’intensità tracciando delle curve passanti per i siti che hanno subito un’identica intensità sismica, dette isosisme

Linee isosisme del terremoto de Friuli del 1976 (Osservatorio Geofisico Sperimentale – Dipartimento Centro Ricerche Sismologiche).

L’accelerazione di picco al suolo prodotta dal terremoto è il principale indicatore per stimare il danno potenziale su un edificio ma non è sufficiente a caratterizzare il sisma.

I parametri fondamentali che caratterizzano l’azione sismica:

accelerazione di picco al suolo (PGA)

durata

frequenza

Cos’è il SISMA

Le caratteristiche stratigrafiche e fisico-meccaniche del terreno possono amplificare o ridurre localmente gli effetti del sisma sull’edificio.

Modifica della risposta sismica per effetto del terreno: amplificazione locale Le onde sismiche, propagandosi nello strato più superficiale della crosta terrestre, subiscono riflessioni e rifrazioni causate dalle eterogeneità della crosta stessa

Cos’è il SISMA

Amplificazione sismica locale dell’accelerazione orizzontale del terreno di un terremoto debole nei depositi argillosi superficiali a Città del Messico, ben documentata strumentalmente da sensori in pozzo a profondità diverse e in superficie

Azione sismica Lo scuotimento del terreno (traslazioni orizzontali e verticali) attraverso le fondazioni imprime agli edifici degli spostamenti con conseguenti deformazioni.

Il sisma non è una forza, la sua entità sugli edifici varia in funzione di alcuni parametri da cui gli edifici sono caratterizzati.

Il rischio sismico *

• 2.500 terremoti con intensità Mercalli maggiore del V grado hanno colpito il nostro territorio nell’ultimo millennio

• 200 dei quali distruttivi, 120.000 vittime nell’ultimo secolo (85.000 delle quali

dovute al terremoto di Reggio Calabria e di Messina del 1908) • 20 terremoti con intensità superiore od uguale al IX grado MCS dal 1900 ad

oggi, un terremoto disastroso in media ogni 4 anni • danno economico, valutato per gli ultimi venticinque anni in circa 75 miliardi

di euro (145.000 miliardi delle vecchie lire), impiegati per il ripristino e la ricostruzione post-evento.

• 500.000 beni storici proprietà dello stato fortemente esposto agli effetti del

terremoto.

* Fonte Protezione Civile Italiana - 2008

Fonte : Relazione sull’attività della struttura del vice commissario delegato per la tutela dei ben culturali a seguito del sisma del 6 aprile 2009 in Abruzzo

Dal 1706 – terremoto devastante con 1000 morti e la distruzione della città de L’Aquila- si succeduti altri 20 eventi tra i quali quello del 1915 VII grado scala Richter, e l’ultimo nel 1958 VIII grado scala Mercalli

Fonte : Relazione sull’attività della struttura del vice commissario delegato per la tutela dei ben culturali a seguito del sisma del 6 aprile 2009 in Abruzzo

Patrimonio culturale Emilia

Edifici non colpiti dal sisma

Edifici colpiti dal sisma

La dichiarazione dello stato di emergenza del 22 maggio Il 22 maggio il Consiglio dei ministri ha dichiarato lo stato di emergenza per i territori delle province di Bologna, Modena, Ferrara e Mantova colpiti dal sisma del 20 maggio 2012, fissandone la durata a 60 giorni. Il fabbisogno finanziario viene coperto utilizzando le risorse del Fondo Nazionale per la Protezione Civile, rifinanziato con 50 milioni di euro.

P = pericolosità La pericolosità sismica di un’area è la probabilità che, in un certo intervallo di tempo, essa sia interessata da forti terremoti che possono produrre danni.

V= Vulnerabilità La vulnerabilità di una struttura è la sua tendenza a subire un danno in seguito a un terremoto.

E = Esposizione Prima dell’evento: quantità e qualità dei beni esposti. Dopo l’evento: l’esposizione esprime il valore delle perdite causate dal terremoto: economiche, artistiche, culturali, morti, feriti e senzatetto.

Il rischio sismico è funzione delle tre caratteristiche

La pericolosità sismica di una zona, in senso lato, è determinata dalla frequenza con cui avvengono i terremoti e dall’intensità che raggiungono. La pericolosità sismica, in senso probabilistico, è la probabilità che un valore prefissato di pericolosità, espresso da un parametro di moto del suolo (quale ad es. l’accelerazione massima PGA o il grado di intensità macrosismica), venga superato in un dato sito entro un fissato periodo di tempo. Il risultato degli studi di pericolosità sismica si può esprimere per mezzo di una mappa come quella in figura in cui è rappresentato il valore di accelerazione (PGA) che mediamente (in senso statistico) si verifica ogni 475 anni per tutti i comuni italiani.

Un’immagine dei danni del terremoto di Messina del 1908 e la classificazione sismica del 1909 (Fonte: Servizio Sismico Nazionale )

Mappa di pericolosità nel 1911

La classificazione sismica italiana del 1927 e la successiva del 1937 (Fonte: Servizio Sismico Nazionale).

Classificazione sismica del territorio italiano (1984). Decreto MLP del 14/07/1984 e decreti successivi

Zone sismiche del territorio italiano (2003). Ordinanza PCM 3274 del 20/03/2003.

Testo dell'Ordinanza PCM 3519 del 28 aprile 2006 dalla G.U. n.108 del 11/05/06 "Criteri generali per l'individuazione delle zone sismiche e per la formazione e l'aggiornamento degli elenchi delle medesime zone"

• tre classi (A,B,C) a vulnerabilità sismica decrescente,

Classe A costruzione in pietrame naturale, costruzioni rurali, case di adobe e case con argilla o limo.

Classe B

costruzioni in mattoni comuni, in grossi blocchi o in prefabbricati, muratura con telai di legname, costruzioni in pietra squadrata

Classe C costruzioni armate, strutture in legno ben fatte

Scala di sensibilità all’azione sismica in relazione alla tipologia costruttiva

Sei (6) livelli di danno per ciascuna classe, compresi tra 0 e 5: 0 Nessun danno

1 Lievi danni: esili crepe negli intonaci, caduta di piccoli pezzi d’intonaco

2 Moderati danni: piccole lesioni nei muri, caduta di grandi pezzi di intonaco, tegole, lesioni ai comignoli, caduta di parti di comignoli

3 Forti danni: lesioni ampie e profonde dei muri, caduta di comignoli

4 Distruzioni: aperture nei muri, possono crollare parti di edifici, crollano muri interniDestruction:

5 Danni totali degli edifici

Tre quantificazioni del numero di edifici di ciascuna classe con certo livello di danno

pochi meno del 15%

molti dal 15% al 50%

la maggior parte più del 55%

Distribuzione percentuale delle abitazioni appartenenti alla classe di vulnerabilità più elevata A (Fonte: SSN).

Un metodo per valutare la vulnerabilità sismica proposto dal Servizio Sismico Nazionale si basa sull’analisi delle tipologie costruttive degli edifici e sull’epoca di costruzione (dati facili da reperire perché presenti nei Censimenti ISTAT).

Si definiscono le seguenti tipologie :

• murature anteriori al 1919 • murature realizzate tra il 1920 ed il 1945 • murature realizzate tra il 1946 ed il 1961 • murature realizzate tra il 1961 e 1976 • murature realizzate tra il 1976 ed il 1981 • murature in cemento armato

Le classi di vulnerabilità definite sono tre (A, B, C).

Confrontando la mappa di pericolosità sismica con quella della vulnerabilità delle costruzioni esistenti si ha una preoccupante coincidenza tra zone a più alto rischio ed edifici a più alta vulnerabilità In particolare 500.000 beni storici proprietà dello stato fortemente esposto agli effetti del terremoto

Le cause del disastro

• E’ dovuto principalmente al fatto che il nostro patrimonio edilizio è caratterizzato da una notevole fragilità, a causa soprattutto della sua vetustà e cioè delle sue caratteristiche tipologiche e costruttive ed dello scadente stato di manutenzione

TERREMOTO E COSTRUZIONE

Azione sismica Caratterizzazione dell’azione sismica: Il movimento del terreno può danneggiare un edificio a causa di forze d’inerzia che nascono per effetto della vibrazione della massa dell’edificio stesso.

Forza d’inerzia: F=m*a

L’entità delle forze a cui è sottoposto l’oggetto sono funzione dell’accelerazione impressa dal sisma e dalla massa dell’oggetto stesso.

Azione sismica Caratterizzazione dell’azione sismica: lo spostamento finale di un punto soggetto all’azione del sisma è in generale limitato, si tratta di un moto oscillatorio. Il modello semplificato che rappresenta il comportamento di un edificio soggetto all’azione sismica è l’oscillatore semplice:

1.Sfera=massa dell’edificio concentrata 2.Asta(elastica)=rigidezza dell’edificio 4.Fondazioni+Terreno=mezzo di trasmissione dell’energia

3.Smorzatore=capacità dissipativa dell’edificio

Oscillatore semplice Nel modello semplificato costituito dall’oscillatore semplice è possibile identificare i fattori che caratterizzano un edificio e che determinano la sua risposta all’azione sismica.

Oscillatore semplice

1.Sfera=massa dell’edificio concentrata

Quando questo sistema viene investito da un sisma, gli spostamenti orizzontali del terreno comportano spostamenti al piede dell’oscillatore. La massa m non subirà gli stessi spostamenti e accelerazioni rilevate al piede per l’inerzia del sistema e del vincolo viscoso. u(t) = spostamento in funzione del tempo del piede dell’oscillatore u’’=accelerazione assoluta al piede dell’oscillatore x(t)= spostamento relativo della massa m rispetto al piede dell’oscillatore x’’= accelerazione della massa m rispetto al piede dell’oscillatore L’accelerazione totale a della massa m sarà data dalla somma algebrica dell’accelerazione x’’ (relativa) e dell’accelerazione u’’ (assoluta) a=x’’+u’’

Oscillatore semplice

La forza esprimente l’azione sismica totale agente sull’oscillatore sarà quindi: F=m*a=m*(x’’+u’’) All’azione sismica faranno contrasto (sulla direzione x): -La reazione elastica che l’asta trasmette alla massa m Re=-kx dove k è la rigidezza dell’asta (dipende dal materiale e caratteristiche geometriche) In una costruzione la rigidezza è determinata dai materiali (es. c.a., muratura, legno, ecc.) e dalle caratteristiche geometriche-costruttive (es. sistema a telaio, tipo di vincoli, ecc.)

2.Asta(elastica)=rigidezza dell’edificio

Oscillatore semplice

1) Asta infinitamente rigida 2) Asta infinitamente elastica

Casi limite

Terminologia utilizzata per la relazione tra gli elementi strutturali e la sollecitazione sismica (1)

(1) AA.VV Manuale per la riabilitazione e la ricostruzione postsismica degli edifici. Dei, Roma, 1999 pg 254

Caratterizzazione delle porzioni murarie in relazione all’azione sismica

Terminologia descrivente gli apparati murari

Elemento murario snello : altezza del solido murario (h)

superiore di almeno 15 volte alla sezione trasversale (s)

h

s

Maschio murario

Fascia di piano

Rotture a taglio per azione sismica delle fasce di piano e dei maschi murari

maschi murari fasce di piano

La vulnerabilità sismica rappresenta la propensione di una struttura a subire un determinato livello di danno a fronte di un evento sismico di data intensità. La vulnerabilità rappresenta il danno atteso e lo studio del danneggiamento nelle fasi post sisma correlato alla valutazione della tipologia costruttiva e dello stato di conservazione del manufatto, consente proiezioni del danno su edifici non lesionati in funzione dell’evento sismico probabile.

La vulnerabilità sismica

IL RAPPORTO TRA DANNO E VULNERABILITA’ Le osservazioni dirette degli effetti di un evento sismico sull’edilizia storica, ha posto in luce come il danneggiamento sia ascrivibile ad un numero limitato di meccanismi di danno, che sono condizionati dalla forma della parte interessata, dalle caratteristiche materico costruttive e dallo stato di conservazione. L’analisi pertanto dei meccanismi di danno rilevabili rappresenta un metodo per l’interpretazione del comportamento del manufatto e una possibilità di previsione dell’eventuale risposta di manufatti assimilabili a quelli rilevati oggetto di prefissate azioni sismiche.

IL CONCETTO DI MACROELEMENTO

Macroelemento, elemento o parte architettonica caratterizzata da una risposta sismica autonoma dal resto della fabbrica

MECCANISMI DI COLLASSO DESUNTI DA COMPORTAMENTI CHE SI EVINCONO

DALLA LETTERATURA (DERIVANTE DALL’ANALISI DEL DANNO DI EVENTI

CALAMITOSI OCCORSI)

Il presupposto fondamentale è che la parti in muratura che costituiscono i macrolementi individuabili, abbiano un comportamento a

corpo rigido, il che intende fondamentalmente una omogeneità sia

costruttiva che materica

INDIVIDUAZIONE DEI MACROELEMENTI

DISCRETO STATO DI CONSERVAZIONE

MURATURA DI BUONA QUALITA' FORMAZIONE DI LESIONI E MECCANISMI A BLOCCO RIGIDO

FESSURAZIONE DIFFUSA, DISGREGAZIONE E DISTACCO DEI PARAMENTI

MURATURA DI SCARSA QUALITA'

REQUISITI FONDAMENTALI PER LA FORMAZIONE DI UN MACROELEMENTO

OMOGENEITA’ E REGOLARITA’ DELL’APPARECCHIATURA MURARIA

NEGLI EDIFICI ESISTENTI IN MURATURA AVVENGONO COLLASSI GLOBALI O PARZIALI INDOTTI DALL'AZIONE SISMICA, IN GENERE PER PERDITA DELL'EQUILIBRIO DI PORZIONI MURARIE

Immagini tratte da A. Giuffré Letture sulla Meccanica delle murature storiche, Ed Kappa , Roma 1991

LA MASSIMA RESISTENZA AL SISMA DI UN EDIFICIO PUO' ESSERE SVILUPPATA MEDIANTE UNA RISPOSTA GLOBALE, SE SONO IMPEDITI I MECCANISMI DI COLLASSO LOCALI GRAZIE AD OPPORTUNI ACCORGIMENTI COSTRUTTIVI, COLLEGAMENTI, INCATENAMENTI E ALTRO

Immagini tratte da AA.VV Manuale per la riabilitazione e la ricostruzione postsismica degli edifici, ed DEI Roma, 1999

Meccanismo di collasso per ribaltamento in relazione alle caratteristiche di apparecchiatura della muratura

Meccanismi di collasso di macroelementi in muratura. Tratto A. Giuffré Letture sulla Meccanica delle murature storiche, Ed Kappa , Roma 1991

Meccanismo di collasso per danno di I modo.

Danni fuori dal piano ( I modo)

Danneggiamenti di I modo

I meccanismi di collasso dipendono dall’articolazione architettonica, dalle qualità costruttive e dal tipo di danno pregresso

Meccanismo di danno di I modo per ribaltamento in relazione all’omogeneità della muratura e assenza di legatura con il muro di controventament o angolata. Tratto da AA.VV Manuale per la riabilitazione e la ricostruzione postsismica degli edifici, ed DEI Roma, 1999

La presenza di una doppia cortina o di una disgregazione trasversale differenziata, può portare a fenomeni di rotazione/espulsione localizzati

La contemporanea presenza di una muratura con paramento esterno, interno e nucleo e un cordolo sommitale con copertura in latero cemento, ha comportato l’espulsione del paramento esterno

La presenza dell’ammorsamento tra le murature di facciata e controventamento induce una modifica nel meccanismo. La valutazione dell’entità di porzione di muratura da far rientrare nella verifica dell’equilibrio è funzionale al livello di organizzazione della muratura e alla presenza di caratteristiche geometriche dell’architettura come la posizione e la tipologia di forometrie

Azione sismica

Rotazione impressa alla porzione di facciata

La presenza di muri di controventamento impedisce la rotazione entropiombo

La presenza di muri di controventamento impedisce la rotazione entropiombo

Catene e cordoli anulari

Espulsione dell’angolata non vincolata. L’Aquila palazzo Camponeschi

La presenza di più livelli individua in funzione della posizione degli impalcati, vari meccanismi. Si deve individuare quello più probabile mediante la definizione del moltiplicatore di collasso minimo o quello a cui corrisponde una accelerazione al suolo minore.

La tipologia muraria e quella dell’implacato sono in grado di condizionare il meccanismo che permane comunque come manifestazione qualitativa

Il caso a lato illustra lo schema di verifica della modalità di danno consistente nella formazione di un arco nel piano del muro. La presenza di particolarità costruttive come la canna fumaria possono incidere sulla manifestazione di danneggiamento

Modifica del comportamento di danno di I modo in funzione della presenza di un cordolo in calcestruzzo armato

La presenza di cordoli al piano in corrispondenza dei muri di appoggio degli impalcati, ha provocato il danneggiamento e successivo collasso delle porzioni di muratura

Castello Spagnolo a L’Aquila. Presenza di cordolo sommitale

Castello Spagnolo a L’Aquila. La rigidezza dei cordoli sommitali e la copertura in latero cemento ha disgregato la muratura a causa dell’azione orizzontale provocata dal sisma

Danni nel piano (II modo)

Nei meccanismi di danni di II modo si individuano all’interno dei blocchi rigidi un sistema di bielle compresse

Il danno di II modo si amplifica in virtu’ della presenza di aperture

Al piano terra diffusi danni alle pareti e alle volte

Anche in questo caso oltre alle caratteristiche di organizzazione della muratura il meccanismo è condizionato dall’architettura dell’oggetto, in particolare dalla disposizione della forometria

Rottura delle fasce di piano nel castello Spagnolo a L’Aquila

Rottura delle fasce di piano

Necessità di lettura tecnico costruttiva e del degrado funzionale alla individuazione di possibili meccanismi di danno

L’analisi dei meccanismi di danno evidenzia come la risposta al sisma sia funzionale alla qualità ( caratteristiche materico costruttive e stato di conservazione e alla qualità dei rapporti costruttivi tra le parti

Fattori condizionanti lo sviluppo di meccanismi di collasso in un aggregato

Anche il rapporto di un edificio relativamente all’appartenenza ad un aggregato urbano è in grado di incidere sulla manifestazione dei meccanismi

Meccanismi di collasso identificati nel caso di danno sismico negli aggregati edilizi : ribaltamento semplice di parete monolitica a più piani (1) e di parete all’ultimo piano (2)

1

2

Negli edifici in aggregato si definiscono specifici meccanismi di collasso che dipendono dalla posizione e pertanto dalla relazione costruttiva dell’elemento con il contesto

Posizione interclusa

Meccanismo di ribaltamento composto (3) e di un cantonale 4)

3

4

Posizione terminale

Meccanismo di collasso per flessione verticale su singolo piano (5) o su più piani (6)

5

6

Posizione interclusa su più livelli

Posizione interclusa sommitale

Meccanismo di collasso per flessione orizzontale sommitale (7)

7

Relazione tra trasformazioni dell’aggregato (1), possibili meccanismi (2) e scenari di danno (3)

1

2

3

ANALISI DEL DANNO A SCALA URBANA

Valutazione della vulnerabiltà in relazione alle caratteristiche morfologiche e costruttive e confronto con il danno post sisma. Tratto da L. Ceccato Rivivere i borghi aquilani. Costruire in modo ripetibile nel costruito relatore M. Manzelle, corr. P. Faccio, M.Milan, Università IUAV a.a. 2009 - 2010

Relazione tra assetto stereometrico e morfologia dell’aggregato e danno post sisma

Valutazione della vulnerabiltà in relazione allo stato di abbandono e confronto con il danno post sisma. Tratto da A. Gazzola Nuova cellula ordinatrice relatore M. Manzelle, corr. P. Faccio, M.Milan, Università IUAV a.a. 2009 - 2010

Lo stato di conservazione e di abbandono condiziona la risposta sismica introducendo anche fenomeni che NON sono descrivibili con specifici meccanismi

Relazione tra abbandono, trasformazioni edilizie, caratteristiche morfologiche e danno post sisma

Manifestazione di un meccanismo di collasso per spinta della copertura

Presenza di collasso per decoesione del materiale costitutivo della struttura, collasso NON per meccanismo ma limite dei materiali

IL CASTELLO DI MONTECCHIO VESPONI Castiglion Fiorentino - AR

Cabreo Seicentesco che rappresenta la cinta muraria con le case addossate all’interno

Gli evidenti segni dei resti delle mura di spina degli edifici abbattuti. Le murature sono in appoggio alla cinta

E’ stata richiesta una verifica sismica della muratura in corrispondenza dell’area di scavo

Lo studio preliminare ha messo in luce i rapporti macrostratigrafici tra elementi, in particolare il rapporto costruttivo tra il tratto murario oggetto dello studio – in rosso- e le torri. Gli elementi risultano in appoggio

INCIDENZA DEL RAPPORTO MACROSTRATIGRAFICO – RELAZIONE TRA MACROELEMENTI – E POSSIBILE MECCANISMO DI DANNO

Particolare del rapporto macrostratigrafico di accostamento di una delle due torri con il muro di cinta

Lettura speditiva di elementi che sono in grado di condizionare la vulnerabilità dell’edificio

Discontinuità costruttiva : variazione apparecchiatura

Rapporto costruttivo costruttiva : accostamento

Discontinuità per danneggiamento : forte erosione dei giunti

Lo stato di conservazione della muratura è in grado di condizionare i meccanismo di collasso.

Muratura in opera incerta fortemente degradata per erosione/decoesione del giunto

Muratura in opera incerta con migliore stato di conservazione del giunto

Possibile formazione di cerniera per meccanismo

La presenza di fasi costruttive è in grado di indicare possibili meccanismi di danno. I due meccanismi possibili ad una prima lettura divengono almeno 6

1 Realizzazione nell’Ottocento della merlatura

2 Traccia dell’alloggiamento delle travi di copertura dell’edificio demolito

3 Variazione della qualità muraria in seguito ad un intervento di consolidamento pregresso

4 Traccia dell’alloggiamento delle travi del solaio interpiano dell’edificio demolito

5 Degrado per erosione del giunto

6 Nuova imposta del muro in seguito allo scavo archeologico

Il restauro stilistico ottocentesco ha ricostruito le parti mancanti delle torri seguendo la Regola dell’Arte delle costruzioni in muratura, sublimando la tecnica presente, come si evince dall’osservazione dei cantonali

Tratto ricostruito nell’ottocento

Le caratteristiche tecnico costruttive e il danneggiamento hanno indicato le posizioni del rilievo dei fuori piombo e delle sezioni orizzontali

Il posizionamento delle sezioni consente di cogliere le particolarità geometriche derivanti da situazioni costruttive o danneggiamenti, in grado di condizionare la formazione di specifici meccanismi di collasso

Rilievo di dettaglio di tue torri

0.44

0.47

0.49

0.37

0.49

0.48

0.46

0.45

0.47

0.45

0.44

0.43

0.44

0.45

0.46

0.46

0.48

0.51

0.53

0.56

0.59

0.59

0.50

Individuazione della posizione delle cerniere di possibili meccanismi di collasso

O

A

B

C

D

B'

C'

O

A

B

C

D

B'

C'

O

A

B

C

D

B'

C'

O

A

B

C

D

B'

C'

Visualizzazione di alcuni meccanismi di collasso

ORATORIO DI SAN FELICE SUL PANARO

Nesso di causalità

Schematizzazioni del fenomeno di impatto lungo lo sviluppo verticale di un edificio; a) impatto completamente di tipo elastico, con regolarità e continuità lungo lo sviluppo verticale. Minore è la massa alla sommità, più violenta è la sua espulsione; b) nel caso di un impatto a carattere anelastico alla base, l’energia sismica è assorbita in quella zona, ed il resto dell’edificio rimane intatto; c) a causa dell’interferenza tra onde dirette e riflesse, il danneggiamento si può verificare in qualunque punto, lungo lo sviluppo verticale dell’edificio. Frequentemente ciò accade nella zona a meta altezza dell’edificio stesso; d) ed e) Se lungo lo sviluppo verticale dell’edificio (cioè nella direzione di propagazione delle onde) si ha una discontinuità di massa o di rigidezza, si possono generare forti concentrazioni di tensioni, con conseguente danneggiamento

E difficile distinguere il meccanismo di danno causato: a1) + a2) dalla componente orizzontale del terremoto, b) dalla forte componente verticale;

La maggior parte dei danni osservati delle chiese e dovuta principalmente al crollo dei loro sistemi di copertura. Ciò e avvenuto grazie alla risonanza fra eccitazione sismica e vibrazione verticale delle capriate in legno dei tetti. Analizzando casi rappresentativi del comportamento dinamico di capriate in legno unitamente alla massa dello strato di copertura, si ottengono periodi propri fondamentali tra 0,06 e 0,10 sec. D’altra parte, un periodo predominante della componente verticale del moto al suolo è, secondo il primo evento registrato il 20 maggio 2012, di 0.06- 0.07 sec. Ne segue che intensi movimenti verticali sono indotti nel complesso delle capriate e nelle travi orizzontali minori, dando luogo a danneggiamenti e dislocazioni dai loro supporti sulle pareti. D’altra parte, è noto che il tempo di arrivo, nelle regioni epicentrali, tra le onde P, e le onde S, che in tali zone hanno rispettivamente andamento verticale, e andamento orizzontale, è piuttosto piccola.

L’oratorio di San Felice : danni 1

Assenza di piano rigido in copertura e di incatenamento longitudinale

Spinta della copertura, assenza di ritegni e indebolimento delle pareti in presenza di forometria che condiziona il danno

L’oratorio di San Felice : danni 2

Danni per rotazione per spinta della copertura sull’abside, condizionati dalla presenza di foremetria con architravi debolmente resistenti a flessione

Asimmetria del quadro fessurativo derivante dalla presenza di una irregolarità geometrica della quota

di imposta dell’abside

La lettura delle eventuali deformate in corrispondenza dei sostegni verticali delle strutture di copertura può indicare eventuali azioni trasversali amplificate, o ridotte, da situazioni locali legate anche allo stato di conservazione delle strutture

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Presenza di un ritegno con reazioni anche ortogonali alla muratura

Principali meccanismi di danno delle chiese

Rotazione calotta per spinta della copertura

Rottura per flessione e taglio apparentemente derivante da un cedimento verticale

Non corrispondenza degli elementi portanti verticali in alzato

Rotture apparentemente derivanti da cedimento verticale

Rottura a taglio e compressione (?)