Medea: Manuale di Esercitazioni sul Danno Ed Agibilità per ... Corsi/Corso IPE/04 02 2016... ·...

Coordinatore e responsabile del progetto Arch. Filomena Papa (Dipartimento Protezione Civile Nazionale) [email protected]

Consulente scientifico e coordinatore PLINIVS Prof. Arch. Giulio Zuccaro (Centro Studi PLINIVS, Università di Napoli “Federico II”) [email protected] Contributi Prof. ing. Robin Spence (Università di Cambridge) Prof. ing. Alessandro Baratta (Università di Napoli Federico II)

Medea: Manuale di Esercitazioni sul Danno Ed Agibilità per edifici ordinari in muratura

MEDEA Strumento multimediale per l’addestramento, contenente un glossario di termini tecnici, un archivio immagini, una sezione di analisi dei danni sismici in relazione a meccanismi di collasso, una sezione di esercitazioni sull’agibilità.ù

MEDEA, Manuale di Esercitazioni sul Danno Ed Agibilità MURATURA - F. Papa, G. Zuccaro

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Stato instabile di un sistema strutturale dovuto all’insorgere di un quadro fessurativo e/o al collasso di un numero di elementi tale da far raggiungere una configurazione “labile”


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Meccanismi che si manifestano quando le pareti della scatola muraria, sollecitate da azioni complanari in entrambi i versi, rispondono attraverso l’insorgere delle classiche lesioni ad “X”, le quali evidenziano la formazione di bielle compresse diagonali.

Biella compressa : Porzione ideale di muro che individua nel maschio murario soggetto ad un’azione orizzontale, una fascia diagonale compressa, che trasmette la spinta orizzontale di piano al livello inferiore. Essa nasce in conseguenza dell’incapacità della resistenza a trazione della muratura e quindi dall’impossibilità di trasferire lo sforzo tagliante lungo le direttrici isostatiche di trazione.


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Alcune murature, anche se danneggiate a taglio, riescono comunque ad assolvere alla loro capacità portante anche in presenza di estese lesioni


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Meccanismi di danno che si manifestano attraverso un cinematismo fuori del piano di una o più pareti della scatola muraria che, soggetta ad azioni sismiche, perde la propria configurazione originaria.

L’insorgere di un meccanismo fuori del piano spesso denota il mancato ammorsamento tra i muri di facciata e quelli ortogonali, eventualmente favorito dall’azione spingente di solai e coperture. •  Ribaltamento;

•  Ribaltamento con spinta delle coperture;

•  Spanciamento dei paramenti murari (caso di murature a sacco con paramenti esterni più rigidi e tra loro non collegati).

Meccanismo di danneggiamento molto frequente, responsabile di collassi parziali o totali

Lesioni localizzate in corrispondenza degli elementi strutturali di controvento ed in corrispondenza degli spigoli


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Particolare di distacco della facciata con lesione continua sul pavimento


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nel piano

fuori dal piano

da dislocazioni localizzate

1.  Da Taglio della parete per azioni nel piano 2.  Da Taglio della parete per azioni nel piano

localizzato solo nella zona alta 3.  Da Ribaltamento della Intera Parete 4.  Da Ribaltamento Parziale della Parete 5.  Da Instabilità (verticale) della parete 6.  Da Rottura a flessione della parete 7.  Da Scorrimento di piano orizzontale 8.  Da cedimento fondale 9.  Da irregolarità tra strutture adiacenti 10. Per sfilamento delle travi dalla parete di

supporto

11. Per cedimento di architravi e/o piattabande 12. Da irregolarità del materiale, debolezze

locali, etc. 13. Da Ribaltamento della Parete del Timpano 14. Da Ribaltamento della parte alta del

cantonale 15. Da Ribaltamento della fascia sottotetto 16. Da rotazione delle spalle di volte e archi

da elementi spingenti


1.  Da Taglio della parete per azioni nel piano

Meccanismo che dipende dalla resistenza a taglio del pannello murario e si produce quando la parete è soggetta ad azioni complanari cicliche in entrambi i versi.

Il meccanismo si manifesta con l'insorgenza delle classiche lesioni ad X, le quali evidenziano la formazione di bielle compresse diagonali. Ciò nasce dalla scarsa capacità di reagire a sforzi di trazione da parte del materiale murario e quindi dall'impossibilità di trasferire lo sforzo tagliante lungo le direttrici isostatiche di trazione. Pertanto, parallelamente alle direzioni isostatiche di compressione, insorgono lesioni diagonali ai margini della biella compressa reagente.

Il meccanismo (e le lesioni ad esso associate) si localizza maggiormente ai piani inferiori, dove la maggiore massa delle pareti si traduce sotto l'eccitazione sismica in una maggiore sollecitazione orizzontale ciclica.

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1.  Da Taglio della parete per azioni nel piano

La "duttilità" riconosciuta all'edificio murario fà sì che alcune murature conservino la loro capacità portante anche in presenza di estese lesioni. Alla muratura si riconosce la possibilità di assorbire energia attraverso considerevoli dislocazioni, pertanto il collasso associato a questo tipo di meccanismo avviene per progressivo incremento del quadro fessurativo fino ad assumere una configurazione geometrica non più atta a sopportare i carichi verticali (le fessurazioni prodotte contribuiscono in maniera decisiva all'innesco di cinematismi fuori dal piano di porzioni di muro).

Le lesioni associate a tale meccanismo possono localizzarsi sia nei maschi murari che nelle fasce di piano (in queste ultime ciò accade soprattutto quando sono presenti riduzioni della sezione orizzontale). M

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Meccanismo meno comune del meccanismo 1.

Le cause generali che lo inducono sono comunque le stesse.

2.  Da Taglio della parete per azioni nel piano, localizzato solo nella zona alta

La localizzazione del quadro fessurativo ai soli piani superiori può essere determinata dalla eventuale variazione di spessore del pannello murario a quel livello, dalla presenza di coperture pesanti e/o da altre particolarità strutturali che interessano il solo livello superiore.

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3.  Da Ribaltamento della Intera Parete

Interessa l'intera parete, da intendersi come porzione di facciata compresa tra due muri ortogonali.

Può riguardare più livelli in relazione al grado di collegamento tra la parete stessa ed eventuali solai intermedi.

E' determinato dalla mancanza di connessione in sommità (generalmente al tetto e/o al solaio di copertura), nonché ai cantonali e/o ai muri di spina ortogonali.

Il ribaltamento si crea per formazione di una cerniera cilindrica alla base della parete interessata e distacco dai muri ortogonali, il che produce la rotazione della stessa fuori del piano; può trascinarsi anche i cantonali dei muri ortogonali. E' influenzato dalla possibile spinta del tetto. M

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3.  Da Ribaltamento della Intera Parete Si ha Collasso da Ribaltamento quando il muro dissipa energia in ragione dei soli carichi gravitazionali; ciò significa che il collasso dipende da condizioni di equilibrio (momento ribaltante superiore al momento stabilizzante) e non dal superamento della resistenza della muratura.

Una linea di distacco netto lungo le pareti ortogonali è indice di uno scarso ammorsamento tra queste e la parete ribaltata. Viceversa, la buona connessione tra le pareti in corrispondenza dei cantonali può indurre: a)  un meccanismo di ribaltamento

dell'intera parete con trascinamento dell'angolata;

b)  un meccanismo di ribaltamento parziale (mecc. 4).

Questo tipo di meccanismo si manifesta anche con evidenze di danno lungo i solai e può portare anche al collasso dell'orizzontamento.

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4.  Da Ribaltamento Parziale della Parete

Non interessa la parete per l'intera estensione. E' determinato dalla mancanza di connessione in sommità al tetto e/o al solaio di copertura, accompagnata da un discreto collegamento ai cantonali e/o ai muri di spina ortogonali. Il ribaltamento si crea, quindi, per formazione di una cerniera cilindrica alla base, mentre i cantonali rimangono inalterati.

Le linee di rottura sono influenzate dal numero e dalla disposizione delle aperture in facciata, che costituiscono linee preferenziali per la formazione di cerniere di rotazione. Il meccanismo è preferibilmente localizzato ai piani alti per l'effetto combinato della possibile spinta del tetto.

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5.  Da Instabilità (verticale) della parete Si attiva generalmente su due livelli compresi tra orizzontamenti vincolati alla parete verticale interessata. Si manifesta attraverso la formazione di tre cerniere cilindriche orizzontali di apertura sul piano della parete e conseguente cinematismo della stessa con rottura del materiale.

E' generalmente accompagnato dalla spinta del solaio intermedio, cui la parete non è viceversa ben vincolata

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5.  Da Instabilità (verticale) della parete Tale meccanismo appare come un ribaltamento mentre in realtà è un collasso da instabilità. Si ha Collasso da Instabilità quando il muro cede per rottura del materiale. La formazione del meccanismo dissipa maggiore energia rispetto al solo ribaltamento. Tale meccanismo è favorito dalla scarsa qualità e connessione della muratura, che, sotto l'effetto dello scuotimento orizzontale, manifesta estensive disgregazioni del materiale. Ciò accade con maggiore frequenza per i muri a sacco, dove il materiale di riempimento interno confinato, per effetto della sovrappressione verticale, induce una spinta orizzontale che può causare l'instabilità del paramento esterno. In questi casi, soprattutto quando il solo paramento interno è collegato ai solai (ad esempio quando su questo sono stati realizzati cordoli in c.a in traccia), si può verificare il distacco del solo paramento esterno.

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6.  Da Rottura a flessione della parete Si attiva quando il pannello murario è efficacemente vincolato alle pareti ortogonali, mentre risulta pressoché libero in sommità.

In questo caso la spinta orizzontale sul pannello, non riuscendo ad attivare un fenomeno di ribaltamento dello stesso, determina un effetto arco del pannello nel piano orizzontale, con conseguente formazione di una cerniera verticale nella zona centrale.

Questo cimematismo è agevolato dalla presenza di elementi trasversali spingenti.

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7.  Da Scorrimento di piano orizzontale

Si attiva quando l'edificio reagisce alle azioni orizzontali attraverso uno scorrimento lungo le connessioni di piano, generalmente tra il solaio e la parete sovrastante.

Può essere accompagnato da lesioni ad X di limitata entità sulle fasce di piano

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8.  Da cedimento fondale

Si possono manifestare con lesioni diagonali convergenti superiormente per cedimenti di contenuta estensione.

Inoltre, se il fenomeno è localizzato in corrispondenza dei cantonali le lesioni diagonali possono interessare entrambe le pareti ortogonali a formare un cuneo di distacco.

Spostamenti del terreno indotti dallo scuotimento sismico possono condurre a cedimenti fondali verticali. I quadri fessurativi associabili a questi dissesti sono di vario genere e dipendono essenzialmente dal rapporto tra l'estensione e l'altezza della parete, nonché dalla localizzazione del fenomeno.

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8.  Da cedimento fondale

Si possono manifestare anche con lesioni verticali nella parte alta della parete per cedimenti di estensione significativa, talvolta accompagnate anche da lesioni dello stesso tipo al centro in basso a formare un cinematismo a tre cerniere.

Naturalmente, in casi più complessi, lesioni diagonali e verticali si possono manifestare in combinazione. M

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9.  Da irregolarità tra strutture adiacenti

Meccanismo determinato da discontinuità di varia natura nella capacità di risposta strutturale dell'edificio nel piano e fuori dal piano (altezza, corpi aggiunti, inserimenti di strutture diverse, etc.). Ciò produce movimenti differenziali tra porzioni di uno stesso edificio o tra edifici adiacenti caratterizzati da rigidezze di diversa entità. Può manifestarsi attraverso un effetto di martellamento tra strutture adiacenti. Tale fenomeno è tanto più pericoloso quanto più sono differenti le rigidezze in gioco.

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10.  Per sfilamento delle travi dalla parete di supporto

Meccanismo determinato dalla scarsa connessione delle travi alle pareti verticali, accompagnata dallo spostamento delle pareti stesse per effetto dell'azione orizzontale. Può verificarsi anche come effetto indotto dal cedimento delle murature di supporto.

Può essere accompagnato da espulsioni localizzate di materiale dovute all'effetto martellamento.

Nei casi più gravi porta al collasso di solai e/o dei tetti.

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11.  Per cedimento di architravi e/o piattabande

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Si manifesta come cedimento dei pannelli di muratura sovrastanti le aperture (arco di scarico), per effetto di spostamenti localizzati.


11.  Per cedimento di architravi e/o piattabande

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Per gli archi (soprattutto quando sono molto ribassati), la condizione di equilibrio è garantita dalla spinta orizzontale esercitata dalle imposte. Quando uno dei due piedritti si allontana, i conci centrali tendono ad abbassarsi ed a scivolare lungo i letti di malta, portando con sé la porzione di muratura inclusa nell'arco di scarico sovrastante.

Se l'arco è molto ribassato o nel caso di piattabande, anche piccoli spostamenti reciproci inducono facilmente la perdita della configurazione d'equilibrio.


12.  Da irregolarità del materiale, debolezze locali, etc

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Si manifesta con cedimenti, lesioni da distacco e/o espulsioni localizzate in porzioni dell'edificio, sede di irregolarità di varia natura: discontinuità di materiale, riduzioni di spessore nella sezione orizzontale (canne fumarie, cavedi, nicchie, etc.); chiusura o apertura di vani; lesioni preesistenti, etc.


13.  Da Ribaltamento della Parete del Timpano

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E' determinato dalla mancanza di collegamenti adeguati alle pareti ortogonali ed al tetto. E' agevolato dall'effetto di martellamento ciclico della trave di colmo del tetto, soprattutto quando quest'ultima è di notevoli dimensioni.


14.  Da Ribaltamento della parte alta del cantonale

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E' determinato dalla mancanza di collegamenti adeguati nelle pareti ortogonali esterne. E' agevolato dalla possibile spinta del tetto, soprattutto di quelli a padiglione (puntone spingente che poggia sull'angolata).

Si osserva la rotazione di un cuneo delimitato da superfici di frattura che assumono inclinazioni diverse in relazione alla qualità del materiale ed alla presenza di aperture. Il fenomeno può estendersi ai piani sottostanti in assenza di collegamenti efficaci alla quota dei solai.


15.  Da Ribaltamento della fascia sottotetto

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E' determinato dalla mancanza di collegamenti adeguati alle pareti ortogonali ed al tetto. Si determina per l'effetto di martellamento ciclico generato dalle travi della copertura, o per il martellamento verticale di solai pesanti (in particolare quelli in laterocemento), che oscillando nel piano verticale, se non ben vincolati alla muratura di supporto ne possono determinare la disgregazione.


16.  Da rotazione delle spalle di volte e archi

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Si attiva per l'incremento della spinta orizzontale sotto sisma non adeguatamente contrastata da catene o contrafforti. Le volte o gli archi presentano cerniere cilindriche in chiave ed alle reni che attivano il cinematismo. Questo può verificarsi conseguentemente a: a)  rotazione monolatera di una

spalla; b)  rotazione bilaterale simmetrica

delle spalle verso l'esterno; c)  rotazione concorde delle

spalle in uno stesso verso.

a) b) c)


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16.  Da rotazione delle spalle di volte e archi

E' dimostrato che questi cinematismi si attivano solo per cedimento delle imposte o per perdita di attrito tra i conci e conseguente slittamento.

La probabilità di collasso dipende dalla configurazione strutturale.

In genere, negli archi ribassati la configurazione di labilità conseguente al cedimento delle imposte si raggiunge più facilmente che in quelli a tutto sesto.

a) b) c)


Grazie per la cortese attenzione

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