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Corso di Teoria delle Strutture Costruzioni in muratura e meccanismi di collasso Ing. Alessandro De Maria

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Corso di Teoria delle Strutture

Costruzioni in muratura e meccanismi di collasso

Ing. Alessandro De Maria

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

MURATURA

E

TERREMOTO

Concetti da approfondire:

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

LA MURATURA

Meccanismi di collasso per edifici in muraturaMURATURA vs CALCESTRUZZO ARMATO

Materiale da costruzione costituito da “blocchi” separati (naturali o

artificiali) e (non necessariamente) da un “legante”.

Materiale da costruzione continuocostituito da “calcestruzzo” (non

resistente a trazione) e armature di acciaio (resistenti a trazione).

• Resistenza a trazione scarsa o nulla

• Tutto è portante

• Modelli isostatici

• Edificio “pesante”

• Le armature forniscono la resistenza a trazione

• Distinzione tra “telaio”portante e tamponature

• Modelli iperstatici

• Edificio “leggero”

Meccanismi di collasso per edifici in muraturaMURATURA vs CALCESTRUZZO ARMATO

(Lavoro di A. Borri e A. Grazini)

Meccanismi di collasso per edifici in muraturaMURATURA vs CALCESTRUZZO ARMATO

In una costruzione in muratura una azione localizzata produce effetti

localizzati meccanismi di collasso

struttura resistente = f (azione)

In una costruzione realizzata con materiali “moderni” una forza

applicata in un punto produce effetti in tutta la struttura.

struttura resistente = tutta, sempre

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

Comportamento meccanico della muratura:

(schema convenzionale)

a) Muratura “di buona qualità”

b) Muratura “di media qualità”

c) Muratura “di scarsa qualità”

Comportamento monolitico

Comportamento intermedio

Si disgrega caoticamente

Azioni sismiche

Regola dell’arte:

Insieme di regole costruttive pratiche a carattere empirico tramandate nel corso della storia. La R.D.A. stabilisce l’importanza della tessitura dei blocchi per ottenere un muro di buona qualità.

Quando esso è stato costruito seguendo la “regola dell’arte”Quando è che un muro è “di buona qualità” ?

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

Breymann, 1885 Palladio, 1570

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

Presenza di diatoni cioè di pietre passanti da parte a parte della parete.

La “regola dell’arte”: prescrizioni costruttive sulla muratura

F 0,5 F

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

La “regola dell’arte”: prescrizioni costruttive sulla muratura

Filari orizzontali

"A" "B"

Giunti verticali sfalsati

N

T

h

b

T

b/2

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

La “regola dell’arte”: prescrizioni costruttive sulla muratura

Pietre squadrate e con dimensioni adeguate

Malta Resistenza propria dei

blocchi

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

Gerico. Muri risalenti circa al 3400 – 2900 a.C.

Tomba di Agamennone, Micene, Grecia, XV- XIV sec. a.C.

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

Palazzo di Cnosso, Creta, XVII – XV secolo a. C.

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

Machu Picchu, Ande del Perù

Mura ciclopiche

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

IL TERREMOTO

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

TERREMOTOTERREMOTO ⇒ Accelerazione al piede della struttura

Lo SPETTRO DI RISPOSTA è un diagramma che correla la massima accelerazione possibile su una data struttura con il suo periodo di oscillazione T.

PROBLEMA: le accelerazioni ai livelli superiori non sono uguali all’accelerazione del terreno.Bisogna sapere quanto vale l’accelerazione sulla struttura ai vari livelli.

Tramite la STRUTTURA l’accelerazione si trasmette dal terreno ai vari piani posti più in alto.L’accelerazione così trasmessa mette in moto le masse dei vari piani, producendo delle FORZE ( F = m a ). Queste sono le forze sismiche.

N.B. ci interessa la FORZA ORIZZONTALE

L’entità dell’accelerazione sulla struttura dipende da come è fatta la struttura; in primo luogo essa dipende dal “periodo di oscillazione” T della struttura.

DETERMINAZIONE DELLE AZIONI SISMICHEDETERMINAZIONE DELLE AZIONI SISMICHE

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

Esempio di spettro di risposta in accelerazione

ag

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

Equazioni per spettro di risposta elastico orizzontale in accelerazione

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

ag si ricava dalle mappe sismicheS dipende dal tipo di terreno e dalla configurazione topografica del sito

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

Spettro di progetto orizzontale in accelerazione:

Sd (T) = Se( T ) per η = 1 / qq = fattore di struttura

NOTA: Sd dipende da agS(accelerazione attesa nel sito)

q = 2 αu / α1 per edifici regolari in elevazione;q = 1,5 αu / α1 negli altri casi.

αu / α1 pari ad 1,5 in assenza di determinazioni più precise

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

F3

W1

W3

W2 F2

F1

ANALISI STATICA LINEARE

Sd(T1) = spettro di progetto per periodo T1T1 = periodo fondamentale edificioW = peso edificioWi = peso del piano i-esimoλ = coefficiente per irregolarità edificiog = accelerazione di gravità

Termine dipendente (anche) da

accelerazione di sito agper coefficiente S

( )jj

j

iidi Wz

Wzg

WTSF

∑=

λ1

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

Cosa deve rimanere di questa parte …

L’azione sismica è modellabile tramite una forza orizzontale agente staticamente sulla struttura.

In un dato sito geografico il cosiddetto “terremoto atteso” si può rappresentare con la grandezza ag S.

ag S rappresenta l’accelerazione sismica che ci si deve attendereal suolo su un dato sito geografico per un dato tipo di terreno e per una data “prestazione” della struttura sotto l’azione sismica

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

I meccanismi di collasso per edifici esistenti in muratura

Muratura sufficientemente monolitica (non si deve disgregare per terremoti deboli se no non

c’è nulla da studiare)

+Terremoto sufficientemente forte

=Meccanismo di collasso dell’edificio

COMPORTAMENTO MONOLITICO: la muratura si suddivide in porzioni monolitiche (cioè che non si disgregano a loro volta) dette MACROELEMENTI. Essi si muovono reciprocamente sotto l’azione sismica (e statica). Il loro moto durante l’azione sismica definisce il cinematismo di collasso.

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

Benedetto Bonfigli, “Totila ed il chierico traditore”, particolare. Perugia, Palazzo dei Priori, Cappella dei Priori (da un lavoro dell’Ing. G. Cangi)

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

MECCANISMO DI COLLASSO DELL’EDIFICIO:

Può manifestarsi con vari livelli di danno, dalla lesione al crollo. Ma è un problema complesso, non lo trattiamo.

Trattiamo invece il problema di determinare per quale valore dell’azione sismica si ha l’attivazione del meccanismo di collasso.

Supponiamo di applicare una azione orizzontale alle masse dell’elemento murario; supponiamo che tale azione orizzontale sia via via crescente. Essa è rappresentata da un “moltiplicatore dei carichi” α.

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

P

α = 0

Baricentro dell’elemento murario

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

P

αP

α piccolo

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

P

αP

α piccolo

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

P

α0P

α = α0

Moltiplicatore di attivazione

del meccanismo di collasso

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

Il valore del moltiplicatore dei carichi α per cui si attiva il meccanismo di collasso si indica con α0.

Passaggio da α0 (moltiplicatore) alla corrispondente accelerazionea0

* è definito dalle NTC 2008.

Formule dipendenti dalla massa partecipante al cinematismo, dalla forma del cinematismo, etc.... Complicate (per ora...)

∑+

=

+

=

⎟⎠

⎞⎜⎝

= mn

iiXi

mn

iiXi

Pg

PM

1

2,

2

1,

*

δ

δ

∑+= mn

iP

gMe*

*

FCeg

a *0*

=

Relazionefra α0 ed a0

*

Accelerazione di attivazione del meccanismo di collasso

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

È l’accelerazione che è in grado di fare attivare il meccanismo di collasso.Dà una misura di quanta capacitàdi resistere ha la struttura in esame

ag S

È l’accelerazione sismica che ci si deve attendere sul sito in esame(se arriva il terremoto mi devo aspettare questa accelerazione)

a0*

Accelerazione di attivazione del meccanismo di collasso

Verifica di sicurezza NTC 2008 (caso di meccanismo alla quota del suolo):

( )q

SPaa Vrg≥*

0Ulteriore fattore di struttura: si pone uguale a 2 per normativa

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

Meccanismo di collasso: la muratura si suddivide in porzioni monolitiche (cioè che non si disgregano a loro volta) dette MACROELEMENTI. Essi si muovono reciprocamente sotto l’azione sismica (e statica). Il loro moto durante l’azione sismica definisce il cinematismo di collasso.

MECCANISMO DI COLLASSO DELL’EDIFICIO

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

Meccanismo di collasso: la muratura si suddivide in porzioni monolitiche (cioè che non si disgregano a loro volta) dette MACROELEMENTI. Essi si muovono reciprocamente sotto l’azione sismica (e statica). Il loro moto durante l’azione sismica definisce il cinematismo di collasso.

MECCANISMO DI COLLASSO DELL’EDIFICIO

sisma

sisma

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

Meccanismo di collasso: la muratura si suddivide in porzioni monolitiche (cioè che non si disgregano a loro volta) dette MACROELEMENTI. Essi si muovono reciprocamente sotto l’azione sismica (e statica). Il loro moto durante l’azione sismica definisce il cinematismo di collasso.

MECCANISMO DI COLLASSO DELL’EDIFICIO

sisma

sisma

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

Meccanismo di collasso: la muratura si suddivide in porzioni monolitiche (cioè che non si disgregano a loro volta) dette MACROELEMENTI. Essi si muovono reciprocamente sotto l’azione sismica (e statica). Il loro moto durante l’azione sismica definisce il cinematismo di collasso.

MECCANISMO DI COLLASSO DELL’EDIFICIO

sisma

sisma

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

Meccanismo di collasso: la muratura si suddivide in porzioni monolitiche (cioè che non si disgregano a loro volta) dette MACROELEMENTI. Essi si muovono reciprocamente sotto l’azione sismica (e statica). Il loro moto durante l’azione sismica definisce il cinematismo di collasso.

MECCANISMO DI COLLASSO DELL’EDIFICIO

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

Meccanismo di collasso: la muratura si suddivide in porzioni monolitiche (cioè che non si disgregano a loro volta) dette MACROELEMENTI. Essi si muovono reciprocamente sotto l’azione sismica (e statica). Il loro moto durante l’azione sismica definisce il cinematismo di collasso.

MECCANISMO DI COLLASSO DELL’EDIFICIO

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

cerniera

Differenze con i meccanismi di crisi “classici”:

• le cerniere non sono plastiche, quindi non c’è trasmissione di Mp;

• le cerniere non è detto si formino dove c’è il massimo momento flettente; la loro posizione dipende dalle condizioni di vincolo delle pareti. Es. se alla base di un muro che ribalta c’è un contrafforte esso può ribaltare dove finisce il contrafforte.

MECCANISMO DI COLLASSO DELL’EDIFICIO

P

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

Differenze con i meccanismi di crisi “classici”:

• il moltiplicatore dei carichi α (analogia con μ) moltiplica solo i carichi inerziali e li “trasforma” in orizzontali; nei cinematismi di T.D.S. il moltiplicatore μ si applica a carichi sia orizzontali sia verticali.

MECCANISMO DI COLLASSO DELL’EDIFICIO

αPμF

2μF

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

Differenze con i meccanismi di crisi “classici”:

• nel caso di T.D.S. i cinematismi sono contenuti nel piano che contiene anche il telaio; nel caso degli edifici in muratura invece c’è una distinzione fondamentale:

MECCANISMO DI COLLASSO DELL’EDIFICIO

Meccanismi nel piano della parete (II modo)

Meccanismi fuori piano della parete (I modo) Meccanismi misti

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

Cerniera

Punti di contatto con i meccanismi di crisi “classici”:

• per determinare il coefficiente α di collasso si può applicare il P.L.V. o le equazioni di equilibrio;• l’incognita che interessa trovare è il coefficiente α che è un moltiplicatore dei carichi (analogia con μ);• il meccanismo consiste in una catena cinematica che deve essere congruente con i vincoli imposti alle pareti;• tra più meccanismi cinematicamente ammissibili si innesca quello che richiede minore energia (quello con il coefficiente αpiù basso).

MECCANISMO DI COLLASSO DELL’EDIFICIO

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

ESEMPIO: RIBALTAMENTO DI UNA PARETE

P

αPQh

B

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

ESEMPIO: RIBALTAMENTO DI UNA PARETERisolviamo questo problema col P.L.V. (si può fare anche con l’equilibrio alla rotazione della parete).

P

αPQh

B

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

ESEMPIO: RIBALTAMENTO DI UNA PARETERisolviamo questo problema col P.L.V. (si può fare anche con l’equilibrio alla rotazione della parete).

P

αP

Φ

dx

dyQ’Qh

B

La parete è larga 1 metro, di spessore B e altezza h. Essa è in muratura di buona qualità e si mantiene monolitica durante l’azione sismica.L’azione sismica αP è applicata al baricentro Q della parete, così come il peso proprio P della parete. Per effetto del sisma la parete ribalta attorno ad una cerniera che si ipotizza essere al piede.

Applichiamo il P.L.V.Data una rotazione virtuale Φ il punto Q si sposta in avanti di dx ed in alto di dy.Si ha:dx = Φ h / 2dy = Φ B / 2

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

ESEMPIO: RIBALTAMENTO DI UNA PARETERisolviamo questo problema col P.L.V. (si può fare anche con l’equilibrio alla rotazione della parete).

P

αP

Φ

dx

dyQ’Qh

B

dx = Φ h / 2dy = Φ B / 2

Dunque il lavoro virtuale esterno è dato dalla somma dei lavori virtuali delle forze esterne P e CP :L est = - P dy + αP dx = - P Φ B / 2 + αP Φ h / 2

Il lavoro virtuale interno, in virtù del monolitismo del muro, è zero.Dunque si ha:L est = - P Φ B / 2 + αP Φ h / 2 = 0

Si trova che la parete inizia a ribaltare per un sisma pari a:

α0 = B / h

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

ESEMPIO: RIBALTAMENTO DI UNA PARETERisolviamo questo problema con l’equilibrio alla rotazione della parete intorno alla cerniera.

P

αPQh

B

MRIB = αP (h / 2)

MSTAB = P (B / 2)

MRIB = MSTAB →

→ αP (h / 2) = P (B / 2) →

→ α0 = B / h

OSSERVAZIONE:È una procedura molto più facile (in questo caso) di quella che fa uso del P.L.V.

ESEMPIO NUMERICO: Muro alto 3 metri largo 1 m e di spessore 30 cm ha un valore di α0 di 0,10

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

Il meccanismo si compone di un solo macroelemento, il muro che ribalta:

(… passaggi matematici saltati …)

FCega *

0*0

α=

∑+

=

+

=

⎟⎠

⎞⎜⎝

= mn

iiXi

mn

iiXi

Pg

PM

1

2,

2

1,

*

δ

δ

∑+= mn

iP

gMe*

*

= 1800 kg = 1

= 0,074 g = 0,74 m/sec2

P = 1800 kg FC = 1,35 q = 2

Verifica NTC 2008Calcolo dell’accelerazione a0

* (attivazione meccanismo)

= 0,10

(trovato prima)

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

Verifica NTC 2008Calcolo dell’accelerazione ag (accelerazione attesa in caso di sisma)

Sito: Gubbio; terreno di categoria A; dati riportati sotto

( )q

SPa Vrg≥ = 1,135 m/sec2

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

Accelerazione di attivazione

meccanismo(quanto RESISTE)

FCega *

0*0

α= = 0,74 m/sec2

Verifica NTC 2008

( )q

SPaa Vrg≥*

0

( )q

SPa Vrg≥ = 1,135 m/sec2

Accelerazione sismica attesa(quanto è SOLLECITATO)

Condizione di verifica NON SODDISFATTA

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

Intervento di collegamento della copertura alla parete

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

Intervento di collegamento della copertura alla parete

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

Copertura in acciaio e connessione alla parete di timpano

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

Se c’è un solaio intermedio questo può essere collegato alla parete

Attenzione al cordolo in cemento armato!!!…non sempre è sinonimo di collegamento efficace…

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

Se c’è un solaio intermedio questo può essere collegato alla parete

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

Intervento alternativo al precedente: irrigidimento del solaio con soletta in c.a. connessa alle pareti con perfori armati ed iniettati

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

Supponiamo di avere una parete da un piano e vincolare la copertura alla parete. Il meccanismo di collasso si trasforma …

Meccanismi di collasso per edifici in muraturaESEMPIO: PRESSO FLESSIONE DIUNA PARETESupponiamo di vincolare la parete dell’esempio precedente con un cordolo in sommità.Questa nuova situazione èrappresentata da un carrello sulla sommità della parete.Il meccanismo di collasso si modifica come indicato nella figura a lato: la parete sotto l’azione sismica si “spancia” e si inflette in avanti.

Si formano due macroelementi, uno alto h1 e di peso P1 e l’altro alto h2 e di peso P2. Le forze sismiche agenti su tali macroelementi sono rispettivamente: αP1 e αP2. Nel caso generale le altezze h1 ed h2 sono incognite perché non si conosce la posizione della cerniera intermedia.

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

ESEMPIO: PRESSO FLESSIONE DIUNA PARETE

Imponiamo una rotazione virtuale unitaria Ψ = 1 alla base del macroelemento posto più in basso.

Indicando con φl’angolo che il macroelemento superiore forma con l’orizzontale, si ha:

2

1

2

1

21

hh

hhψ

hhψ

==

=

ϕ

ϕ

φh2

Ψh1

Ψ h1

φ h2

=

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

ESEMPIO: PRESSO FLESSIONE DIUNA PARETE

Mettendo h1 e h2 in funzione di un solo parametro x, si ha:

hx1h2 = h

x1xh1

−=

1xhh

2

1 −==ϕ

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

Ricordando che Ψ = 1, e che:

ESEMPIO: PRESSO FLESSIONE DIUNA PARETE

( ) ( )

x1x

2h

x1

2h

2hd

2Bx11x

2BB

2BψBd

x1x

2hψ

2hd

2Bψ

2Bd

22X

2Y

11X

1Y

−===

+=−+=+=

−==

==

ϕϕ

ϕ

gli spostamenti dei baricentri dei due corpi “1” e “2” per piccoli spostamenti sono:

hx1h2 = h

x1xh1

−= 1x

hh

2

1 −==ϕ

ESEMPIO: PRESSO FLESSIONE DIUNA PARETE

Le forze agenti sono i pesi dei blocchi P1e P2 e le due forze sismiche αP1 e αP2.

Si applica adesso il principio dei lavori virtuali moltiplicando tutte le forze per i rispettivi spostamenti ed imponendo che il lavoro virtuale così trovato sia pari a zero:

Esplicitando tutti i termini di questa equazione si può ricavare α in funzione di x, ottenendo:

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

1)(x2x

hB(x)

−=α

Meccanismi di collasso per edifici in muraturaESEMPIO: PRESSO FLESSIONE DIUNA PARETE

La funzione scritta sopra ci dà il valore del coefficiente di collasso in funzione del parametro x che rappresenta la posizione della cerniera intermedia.

Supponendo che la cerniera si formi a metà dell’altezza h del pannello murario (HP compatibile con le osservazioni dei danni dopo i terremoti) si ha:x = 2h1 = h2 = h / 2

α0 = 4 B / h

1)(x2x

hB(x)

−=α

Meccanismi di collasso per edifici in muraturaCONFRONTO FRA I DUE MECCANISMI FINORA ANALIZZATI

Parete libera Parete vincolata in sommità

α0 = B / hPer h = 300 cm ; B = 30 cmSi trova:

α0 = 0.10

Nell’ipotesi di cerniera in mezzeria α0 = 4B / hPer h = 300 cm ; B = 30 cmSi trova:

α0 = 0.40

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

VERIFICA CON NTC 2008(accelerazioni espresse in “g” e non in m/sec2)

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

Come ottenere questo vincolo?

INTERVENTO ALTERNATIVO: PARETE VINCOLATA A DUE PARETI ORTOGONALI

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

NOTA IMPORTANTE: anche l’efficacia della connessione fra pareti ortogonali dipende fortemente dalla qualità della muratura in corrispondenza dello spigolo.

MECCANISMI PER PARETE VINCOLATA A DUE PARETI ORTOGONALI

Elementi di collegamento in

numero non sufficiente

Elementi di collegamento di dimensioni troppo

ridotte in relazione allo spessore dei muri per

esplicare un buon collegamento

Elementi di collegamento di dimensioni adeguata in

relazione allo spessore dei muri per esplicare un

buon collegamento

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

CONNESSIONE FRA PARETI CON PERFORAZIONI ARMATE

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

CONNESSIONE FRA PARETI CON PERFORAZIONI ARMATE

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

CONNESSIONE FRA PARETI CON PERFORAZIONI ARMATE

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

Connessione fra pareti tramite catene metalliche e capichiave

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

Connessione fra pareti tramite catene metalliche e capichiave

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

Connessione fra pareti tramite catene metalliche e capichiave

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

Parete collegata ai muri di spina su entrambi i lati soggetta ad azioni ortogonali al suo piano. Il meccanismo di collasso è quello che richiede minore energia fra i due raffigurati.

Flessione orizzontale (effetto arco). Facilitato da muri di spina lontani e catene metalliche.

Ribaltamento con cunei di spina stabilizzanti. Facilitato da muri di spina vicini e ben connessi alla parete esterna.

i

MECCANISMI PER PARETE VINCOLATA A DUE PARETI ORTOGONALI

i

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

Flessione orizzontale (effetto arco)

MECCANISMI PER PARETE VINCOLATA A DUE PARETI ORTOGONALI

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

Ribaltamento con cuneo di spina stabilizzante

MECCANISMI PER PARETE VINCOLATA A DUE PARETI ORTOGONALI

Meccanismi di collasso per edifici in muraturaMECCANISMI PER PARETE VINCOLATA A DUE PARETI ORTOGONALI

Il meccanismo denominato “flessione orizzontale” non lo studiamo perché presenta alcune difficoltà. Limitiamo l’analisi al ribaltamento con cunei stabilizzanti.L’ampiezza “a” dei cunei dipende dalla qualità della muratura che compone gli stessi cunei.

Siano:P = peso proprio paretePc = peso proprio di un cuneoLe dimensioni del solido murario definite come in figura.

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

α Pc

Pc α P

P

a

B

h2h/3

h/2

a/3

MECCANISMI PER PARETE VINCOLATA A DUE PARETI ORTOGONALI

Determiniamo il coefficiente C con il metodo dell’equilibrio e non con il P.L.V.L’equilibrio alla rotazione del solido murario definito dai due cunei stabilizzanti e dalla parete attorno all’asse orizzontale posto sul terreno si ha quando:

MRIB = MSTAB

Detto γ il peso specifico della muratura, i pesi degli elementi sono:

P = B h L γPc = 0.5 a h B γ

α Pc

Pc α P

P

a

B

h2h/3

h/2

a/3

MECCANISMI PER PARETE VINCOLATA A DUE PARETI ORTOGONALI

Si ha dunque:

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ ++=

+=

B3a2P

2BPM

h32P2

2hPM

CSTAB

CRIB αα

Dall’uguaglianza tra i due momenti:

h34P

2hP

B3a2P

2BP

C

C

0

+

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ ++

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

MECCANISMI PER PARETE VINCOLATA A DUE PARETI ORTOGONALI

Esempio numerico:

Si fa il caso della parete seguente:h = 3 metri ; B = 30 cm ; L = 5 metriγ = 2000 kg / mc ; a = 1,2 metri

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

P = B h L γ = 9000 kgPc = 0.5 a h B γ = 1080 kg

α0 = 0,16

α0 = 0.10 α0 = 0.40confrontare con …

h34P

2hP

B3a2P

2BP

C

C

0

+

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ ++

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

VERIFICA CON NTC 2008(accelerazioni espresse in “g” e non in m/sec2)

Meccanismi di collasso per edifici in muraturaESISTONO NUMEROSE CONFIGURAZIONI PER I MECCANISMI DI COLLASSO

Meccanismi di collasso per edifici in muraturaINDICE

Presentazione (di F. Giovanetti)Introduzione (di A. Borri)Capitolo 1. Richiami sulla meccanica delle muratureCapitolo 2. Individuazione e modellazione dei cinematismi di collasso Capitolo 3. Analisi limite. Inquadramento normativoCapitolo 4. Analisi cinematica lineareCapitolo 5. Analisi cinematica non lineareCapitolo 6. Esempio di analisi: la parete sollecitata nel pianoCapitolo 7. Automatizzazione delle procedure di calcoloCapitolo 8. Esempio di analisi: la chiesa di UsernaCapitolo 9. Esempio di analisi: un edificio a GubbioCapitolo 10. Valutazione di sicurezza degli elementi in legno strutturaliCapitolo 11. Valutazione di sicurezza di solai e coperture in legno - schede di calcoloCapitolo 12. Biblio-sitografia

CONTENUTO DEL CD ALLEGATOFogli di calcolo Excel per analisi cinematica lineare e non lineare dei meccanismi di collasso e per il calcolo di solai e coperture in legnoRepertorio fotografico (Abruzzo e altro)

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

Esempi di danneggiamenti tipici per edifici in muratura

Umbria 1997

Abruzzo 2009

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

Abruzzo 09. Crollo totale. Si noti il problema dell’ingombro delle vie di fuga e di soccorso

Descrizione del danneggiamento e meccanismi di collasso

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

Abruzzo 09. Espulsione del paramento murario

esterno di una muratura a sacco. Si tratta di un

meccanismo di collasso tipico di murature

povere.

Descrizione del danneggiamento e meccanismi di collasso

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

Lesioni per taglio (Palazzo Farinosi AQ)

Descrizione del danneggiamento e meccanismi di collasso

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

Sellano 97. Meccanismo di collasso di rotazione di un cuneo di muratura. La rotazione è individuabile dall’analisi dei cigli fessurativi, divergenti andando verso l’alto.

A destra è riportato lo schema per il calcolo del coefficiente di collasso α in grado di attivare il meccanismo ipotizzato.

Descrizione del danneggiamento e meccanismi di collasso

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

Meccanismo di collasso per ribaltamento di una parete. Palazzo Ardinghelli AQ

Si tratta del meccanismo più semplice e più pericoloso. È attivato da azioni sismiche ortogonali al piano della parete. La parete deve essere “libera” cioè non vincolata né superiormente né ai lati (assenza di collegamenti della parete in esame sia con i solai sia con i muri di spina).

LESIONE DIVERGENTE

CERNIERA

ORIZZONTALE

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

Isola di Nocera Umbra 97. Meccanismo di collasso per pressoflessione. Si verifica su pareti vincolate superiormente ma non ai lati. È un meccanismo attivato da azioni sismiche ortogonali al piano della parete. L’energia sismica richiesta per l’attivazione di tale meccanismo è molto superiore a quella necessaria all’innesco del ribaltamento.

Descrizione del danneggiamento e meccanismi di collasso

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

Sellano. Danneggiamento di un edificio consolidato. L’insegnamento che viene da questo edificio è quello di curare la qualità della muratura sotto il cordolo e la connessione fra cordolo e muratura sottostante.

Descrizione del danneggiamento e meccanismi di collasso

Meccanismi di collasso per edifici in muraturaDescrizione del danneggiamento e meccanismi di collasso

Cedimento fondale. Il sisma produce un incremento di tensione che le murature scaricano sul terreno. Ciò può causare cedimenti dello stesso terreno con lesioni tipiche come quelle in figura.

Meccanismi di collasso per edifici in muraturaDescrizione del danneggiamento e meccanismi di collasso

Umbria 97. Meccanismo di collasso dell’angolata di un edificio. In questo caso èda notare la presenza del cordolo in copertura ma l’assenza del collegamento tra il solaio intermedio e le pareti. La muratura non appare di buona qualità.

Meccanismi di collasso per edifici in muraturaDescrizione del danneggiamento e meccanismi di collasso

Sellano 97. Meccanismo di ribaltamento fuori piano di murature a doppio paramento.

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

N

CN

For

TorPCP

A

Descrizione del danneggiamento e meccanismi di collassoEsempio di meccanismo su un edificio a carattere monumentale

Sellano. Chiesa del XVI secolo a pianta ottagonale. Rilievo dello stato fessurativo, ipotesi di un meccanismo congruente con le lesioni e modello di calcolo.

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

Bazzano (AQ). Crollo di una parete che si trascina solaio e copertura. La qualità muraria povera ha vanificato completamente l’efficacia del tirante che è rimasto in posizione senza la muratura intorno.La muratura si è disgregata.

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

Paganica (AQ). Ribaltamento della facciata di una chiesa.

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

Abruzzo 2009. Interazione fra edifici adiacenti.

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

Paganica. Interazione fra edifici adiacenti: martellamento dovuto alla spinta della copertura dell’edificio adiacente

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

Bazzano (AQ). Ribaltamento della facciata di un edificio, lesione interna a pavimento tipica.

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

Bazzano. Meccanismo fuori piano con formazione di arco di spinta.Qualità muraria scadente.

i

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

San Gregorio (AQ). Cantonale in blocchi squadrati rimasto in piedi. Muratura dietro il cantonale crollata.

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

L’Aquila centro. Chiesa di Santa Maria Paganica.

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

Master del C.S. Mastrodicasa 2009; gruppo di lavoro coordinato dai Proff. Augenti e Borri

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

L’Aquila centro storico. Crollo in via Mezzaluna. Ammorsamenti inefficaci. Muratura incoerente. Catene in legno.

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

L’Aquila centro storico. Quartiere di San Pietro a Coppito. Collasso dell’ultimo piano; copertura scollegata

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

L’Aquila centro storico. Edificio del complesso della chiesa di SanSilvestro. Fuoripiombo per pressoflessione fuori piano

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

L’Aquila, centro storico.Lesioni per meccanismi nel piano della parete.

Settore degli scorrimenti e delle rotazioni (Ing. G. Cangi)

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

L’Aquila, centro storico.Crollo di un muro di contenimento per spinta sismica del terreno.

Meccanismi di collasso per edifici in muraturaOnna. Lavoro “Onna prima e dopo il terremoto del 6 aprile 2009” – AA.VV. fra cui DPC e Provincia di Perugia, Serv. Controllo Costruzioni e Protezione Civile

Meccanismi di collasso per edifici in muraturaOnna

Meccanismi di collasso per edifici in muraturaOnna

Meccanismi di collasso per edifici in muraturaOnna

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

Onna

Meccanismi di collasso per edifici in muraturaOnna

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

Onna. Collasso totale della parte retrostante in pietrame. La parte in foto, in blocchi, è da demolire ma non è crollata.

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Amplificazione sismica ( ? ) studi in corso

Analisi qualità muraria- Pietre arrotondate- Malta polverizzata di qualità insufficiente(analisi chimiche e fisiche in corso al CNR)

Tabella 2-9: Composizione chimica di alcuni campioni di malta (arelativo): O4 campione Onna 4, O9 campione Onna 9, O11, campicampione Monticchio 24 O4 Calcite 65 Dolomite 15 Quarzo 8 Albite 3 Clorite 2 Ortoclasio Muscovite 2 Microclino Mica (Tarasovite) Silicato di Ca e Mg Idrossido idrato cloruro di Ca Dachiardite (Silicoalluminato idrato di Ca, Na, K e Mg) 5

Zeolite Singenite (Solfato di Ca e K idrato) Diopside Vesuvianite

Meccanismi di collasso per edifici in muraturaOnna: le cause del disastro

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Angolo di cordolo in legno (RDL 1915)

Catena in legno con capochiave in ferro

“Anima” verticale in legno emergente da un pannello murario crollato (RDL 1915)

Angolata in blocchi squadrati e successiva cellula d’intasamento

Meccanismi di collasso per edifici in muraturaOnna: interventi di consolidamento “tradizionali”

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Ammorsamento fra un travetto ed il cordolo in c.a: interruzione di sezione del cordolo

Intonaco armato eseguito solo parzialmente

Dettaglio di intervento con perforazioni armate sul campanile

membrature del telaio in c.a. arretrato rispetto al filo della muratura

Meccanismi di collasso per edifici in muraturaOnna: interventi di consolidamento “moderni”

Meccanismi di collasso per edifici in muraturaOnna: gli edifici che hanno resistito

- due piani (anche più se fatti bene)- muratura in blocchi (rispetto della Regola dell’arte)- malta cementizia- solai ben collegati alle murature- catene in acciaio- interventi antisismici ben eseguiti

IMPORTANZA DI QUANTO DETTO IN PRECEDENZA!!!

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Meccanismi di collasso per edifici in muratura

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

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Meccanismi di collasso per edifici in muratura

Meccanismi di collasso per edifici in muratura

FINE

Meccanismi di collasso per edifici in muratura