MURATURE a.mariNI Marlegno Ing Marini Coperture Scatolari Antisismiche

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senza previa autorizzazione scritta di Ing. Alessandra Marini

Alessandra Marini

[email protected]

Coperture scatolari: analisi ed esempi applicativi

– DANNI DEL TERREMOTO – RIBALTAMENTI VS MECCANISMI NEL PIANO – PROBLEMI DI ROCKING FUORI E NEL PIANO – PREVENIRE/RITARDARE I MECCANISMI FUORI PIANO

– INCATENAMENTI – DIAFRAMMI DI PIANO – COPERTURE SCATOLARI ANTISISMICHE

• DAL DIAFRAMMA DI PIANO ALLA COPERTURA SCATOLARE • MODELLO ANALITICO PER COPERTURA A DUE FALDE, • PROBLEMA DEI COLLEGAMENTI

– PROBLEMA DELLA CANTIERABILITA’ – SPINOTTI – ANCORAGGI PROFONDI

• ESEMPIO DI CALCOLO • PARTICOLARI COSTRUTTIVI

– COPERTURE SCATOLARI AI CARICHI VERTICALI

– SVILUPPI DELLA RICERCA: COPERTURE SCATOLARI DISSIPATIVE

sommario

EDIFICI IN MURATURA IN ZONA SISMICA – ANALISI DEI DANNI –

(da Touliatos, 1996)

La resistenza dei muri a forze agenti nel piano del muro è molto maggiore rispetto a forze agenti ortogonalmente al piano, e quindi è maggiore la loro efficacia come elementi di controventamento.

Edifici in muratura in zona sismica

Setto resistente e rigido nel piano Maschio murario non resistente e non rigido fuori piano

???

CAPACITA’ DEI SOLAI IN LEGNO DI

CONTENERE LE PARETI

TRASMISSIONE AZIONI DI TAGLIO

NEL PIANO

Il comportamento

globale è davvero

ipotizzabile

???





Sistemi di collegamento

spesso inefficaci !!!

Nessun comportamento scatolare

macro-blocchi/macro-elementi

Concezione strutturale di EDIFICI ESISTENTI (edifici antichi)

- Scadenti collegamenti tra le murature e tra orizzontamenti e muratura. - Nessun comportamento scatolare scomposizione in macro-elementi

Terremoti

superficiali

MECCANISMI FUORI PIANO I modo

MECCANISMI NEL PIANO - II modo




Concezione strutturale di EDIFICI ESISTENTI (edifici antichi)

- Scadenti collegamenti tra le murature e tra orizzontamenti e muratura. - Nessun comportamento scatolare scomposizione in macro-elementi - Collasso governato dall’attivazione di meccanismi locali

Edificio in muratura di pietra, Provino originale non rinforzato:

scossa PGA=0.4g, Progetto Esecutivo EUCENTRE - Reluis Linea 1

Magenes G., Penna A., Galasco A. [2010] “A full-scale shaking table test on a two-storey stone masonry

building”, Proc. 14th European Conference on Earthquake Engineering, pap. N. 1432, Ohrid, Macedonia.


Shaking table test of a stone masonry façade performed at NESDE

(Earthquake Engineering and Structural Dynamics group),

LNEC (National Laboratory for Civil Engineering), Lisbon, Portugal.


http://www.youtube.com/watch?v=lpOE6fT1io4&list=PLDC6CFD523C5ADDEC

http://www.youtube.com/watch?v=7cG_6mSUzRU&list=PLDC6CFD523C5ADDEC

http://www.youtube.com/watch?v=xIxDVeGgs7Y&list=PLDC6CFD523C5ADDEC






Le fessure dipendono dal grado di ammorsamento delle murature

Disorganizzazione totale

della scatola

MECCANISMI FUORI PIANO

Meccanismi fuori piano

Le fessure dipendono dal grado di ammorsamento delle murature

Disorganizzazione totale

della scatola

MECCANISMI FUORI PIANO

Vulnerabilità degli edifici Meccanismi fuori piano associato al ribaltamento delle pareti. Mitigazione del rischio sismico: prevenire o ritardare i meccanismi fuori piano Catene e diaframmi di piano e di falda.

Meccanismi fuori piano

Ruolo collegamenti e rigidezza impalcati

A

B

C

A B C

• Azione sismica funzione della rigidezza della scatola

• Azioni sulle pareti sismo-resistenti funzione tipologia diaframmi

ANALISI DEI DANNI PIU’ RICORRENTI

Onna

Fatiscenza muraria

Fatiscenza muraria

Ribaltamento delle facciate e pareti perimetrali


NB: effetto stabilizzante del peso e

componente verticale del sisma

? aMax=10°-15°

a

NB: effetto stabilizzante del peso e

componente verticale del sisma


Innesco del meccanismo

dovuto all’insufficiente incatenamento

Insufficiente incatenamento

problema delle catene lignee

VERIFICA DEGLI ANCORAGGI VERIFICA DELL’INTEGRITA’

???

Vulnerabilità per presenza di indebolimenti nei muri

Presenza di canne fumarie nello spessore del muro

parete monolitica doppio paramento

Martellamento dei solai

- Rilievo di coperture e solai orditi solo in una direzione e non collegati al piano

Martellamento coperture

Spinta e martellamento delle coperture

Spinta delle travi di displuvio e compluvio delle coperture

Innesco del meccanismo

- Copertura con cordolo perimetrale

- Muratura scadente - Nessun collegamento tra

solaio di interpiano e parete

Flessione fuori piano tra i solai

Universitatea Tehnica «Georghe Asachi»

din Iasi - Facultatea de Construcții și

Instalații Iași

https://www.youtube.com/watch?v=AnPr5wDi6So

Meccanismi nel piano e fuori piano – rottura a taglio dei maschi murari e innesco ribaltamento del timpano

Meccanismi nel piano e fuori piano – rottura a taglio dei maschi murari e innesco ribaltamento del timpano

Universitatea Tehnica «Georghe Asachi» din Iasi - Facultatea de

Construcții și Instalații Iași

Meccanismi nel piano – rottura a taglio dei maschi murari

Meccanismi nel piano – rottura a taglio delle fasce di piano

ESITI DI INTERVENTI DI RINFORZO Presenza di pesanti cordoli in c.a.

ESITI DI INTERVENTI DI RINFORZO Presenza di pesanti solette in c.a. su murature fatiscenti

Stone masonry shake table test

University of Engineering and

Technology,

Peshawar, Pakistan

https://www.youtube.com/watch?v=

r8JDj-DFzJs

Presenza di pesanti solette in c.a.


Stone masonry shake table test

University of Engineering and Technology,

Peshawar, Pakistan

Presenza di pesanti solette in c.a. su murature fatiscenti

edificio non consolidato affianco ad edifici consolidati aventi solai o coperture rigidi e pesanti

ESITI DI INTERVENTI: aggregati e consolidamenti parziali

Rocking archi diaframma

CONDIZIONI SISMICHE: SOVRATENSIONE DELLA CATENA: (i) viene meno l’effetto contrafforte; (ii) (ii) aumenta la spinta dell’arco a causa dell’incremento della luce.



Condizioni Statiche vs Condizioni Sismiche

CONDIZIONI DI RIPOSO: il tiro della catena è in generale inferiore alla spinta dell’arco per la presenza dell’effetto contrafforte.

CONDIZIONI SISMICHE: SOVRATENSIONE DELLA CATENA: (i) viene meno l’effetto contrafforte; (ii) aumenta la spinta dell’arco a causa dell’incremento della luce.

Rocking differenziale archi diaframma

• Impegno a taglio delle volte di

copertura della prima e ultima

Campata

Risposta laterale dell’aula

Ribaltamento

parete lateriale

e

trascinamento

della volta:

allontanamento

relativo e

rotazione

dell’imposta

1°

2°

Rocking di archi e volte Estrema vulnerabilità delle volte in foglio

INCATENAMENTI

TECNICHE DI INTERVENTO

WW 11

WW 22

N

H

H

1

H2

b

Da 12 2>>1

x

3

W Wp

p

W Wcc

d

H/2

b

1

H

1,

1,

1, 1,

1, 1, 1

2

2

2

2

STAB P C

RIB P C

STAB RIB

P C

STAB RIB

P C

bM W W d

HM W W H

M M ok

bW W d

ponendo M MH

W W H

ANTE INTERVENTO RIBALTAMENTO PARETI

PERIMETRALI

1 x

y

12

34

H

b

Fx

meccanismi locali fuori piano

• CONSISTENZA PARETE: DOPPIO PARAMENTO? • CASO DELL’AMMORSATURA TRA PARETI?

POST – INTERVENTO:

FLESSIONE FUORI PIANO

1

5

1

2

1 2

2 11

W NH

NH

W N

N

b N H

H W H

5>>1

W W

WW 11

WW 22

N

H

H

1

H2

b

meccanismi locali fuori piano

1. INCATENAMENTI

Principio: ripristinare il comportamento scatolare

Messa in opera di catene perimetrali. (in generale non si impiegano FRP)

INTERVENTI VOLTI A RIDURRE LE CARENZE DEI COLLEGAMENTI

CATENE PERIMETRALI

1. INCATENAMENTI

Principio: ripristinare il comportamento scatolare

Messa in opera di catene perimetrali. (in generale non si impiegano FRP)

INTERVENTI VOLTI A RIDURRE LE CARENZE DEI COLLEGAMENTI

Con CATENE

Senza CATENE

CATENE PERIMETRALI

meccanismi nel piano

Le catene possono essere: • esterne, oppure alloggiate entro scanalature di qualche centimetro di profondità o, raramente, entro fori praticati con la carotatrice.

• attive, passive, aderenti o non aderenti. Le catene attive con debole pretensione e non aderenti limitano la fessurazione e rendono l’intervento quasi reversibile ma devono essere protette dalla corrosione.

• tesate con martinetto o con sistemi a vite.

CATENE PERIMETRALI

x

d)c)

Catene perimetrali INEFFICACI per

tmin

Lx

CATENE PERIMETRALI

La soluzione delle catene perimetrali è inefficace in caso di:

a) Snellezza eccessiva delle pareti

b) Presenza di canne fumarie, quando

non sia ipotizzabile la formazione del

sistema arco-catena

tmin

tminLx 10

a)t

Catene perimetrali INEFFICACI per

tmin

Lx

CATENE PERIMETRALI

La soluzione delle catene perimetrali è inefficace in caso di: a) Snellezza eccessiva delle pareti

b) Presenza di canne fumarie, quando non sia ipotizzabile la formazione del sistema arco-catena

tmin

tminLx 10

a)t

!!!

INTERVENTI TI “SCUCI E CUCI” POSIBILE CHIUSURA CANNE FUMARIE

NB: Garantire efficace collegamento con spinotti

Garantire uniformità rigidezze

CATENE PERIMETRALI

La soluzione delle catene perimetrali è inefficace in caso di: c) Murature scadenti d) Presenza di porticati o strutture particolari

B

AA Incapaci di sostenere le

importanti compressioni

dell’arco di scarico

Necessità di diaframmi

di piano o falda

CATENE PERIMETRALI Insufficiente/Inefficace incatenamento

Necessità diaframmi di piano

CATENE PERIMETRALI Insufficiente/Inefficace incatenamento

CATENE PERIMETRALI

Catene inefficaci;

Possibile soluzione:

diaframma di piano.

National Laboratory for Civil Engineering

University of Minho

Shaking table test - Masonry building

http://www.youtube.com/watch?v=r8JDj-DFzJs

Meccanismi nel piano – rottura a pressoflessione dei maschi murari





National Laboratory for Civil Engineering

University of Minho

Shaking table test - Masonry building

CORDOLI IN SOMMITA’

MIGLIORARE IL COLLEGAMENTO TRA LE PARETI

Tipologie:

- muratura a tutto spessore di buone caratteristiche/ mattoni pieni con

“giunto armato”

- in acciaio

- in c.a. solo su murature ben organizzate (mai su murature miste) e solo di

altezza limitata

- spesso necessaria bonifica muratura in sommità per evitare brusche

variazioni di rigidezza

Collegamento alle murature esistenti:

- spinotti

- attrito

STESSE LIMITAZIONI DELLE CATENE

EVITARE CORDOLATURE INTERMEDIE NELLO SPESSORE DELLE PARETI

PRUDENZA !!!

DIAFRAMMI DI PIANO E DI FALDA

Diaframmi di piano Diaframmi di falda

Comportamento scatolare

Hh

CW1

CW2

W2

W1

Wm

b

Wc' Wc'

Fig. 6.1.5 - Ribaltamento della parete

Meccanismo attivabile dopo l’intervento: Flessione fuori piano.

DIAFRAMMI DI PIANO O DI FALDA

VULNERABILITA’ NELLE CONDIZIONI POST INTERVENTO

Hh

CW1

CW2

W2

W1

Wm

b

Wc' Wc'

Fig. 6.1.5 - Ribaltamento della parete Flessione fuori piano


INIBIZIONE O RITARDO INNESCO MECCANISMI FUORI PIANO

AZIONE DI CUCITURA DEI SETTI E TRASFORMAZIONE IN PARETI A FASCE FORTI

Senza CATENE/ DIAFRAMMI


RINFORZO DELLE PARETI NEL PIANO

COMPORTAMENTO PARETE A FASCE DEBOLI

CON CATENE/ DIAFRAMMI

M

f

V

LH

M

Fc

V

corrente

di piano

diaframma

pannello

Fo

setto resistente a taglio

Fc=M/HF

OBIETTIVO: organizzare nello

spessore del solaio un diaframma

che, opportunamente collegato

alle pareti perimetrali, trasferisca

l'azione sismica dell'impalcato e

delle murature di competenza ai

setti resistenti al taglio.

smp

p

ih

parete ortogonale al sisma

parete parallela al sismasez.A

sez.Aazione sismica dell'impalcato

azione sismica delle muraturenella zona di competenza

zona di competenza

diaframmadi piano

FORMAZIONE DI DIAFRAMMI DI PIANO

SUDDIVISIONE DEI COMPITI: - momento flettente ai correnti - taglio al pannello d’anima

DIAFRAMMI DI PIANO

M

f

V

LH

M

Fc

V

corrente

di piano

diaframma

pannello

Fo


Fc=M/HF








smp

p

ih





zona di competenza

diaframmadi piano

Il diaframma raccoglie le forze inerziali e le trasferisce ai setti resistenti al sisma:

A) Organizzazione del diaframma - CORDOLI - PANNELLO D’ANIMA - LESENE

B) Organizzazione dei collegamenti - Impedire lo strappo delle pareti caricate fuori piano >>> TIRANTI - Trasferiemento dell’azione di taglio tra impalcato e muratura >>> SPINOTTI

DIAFRAMMI DI PIANO FORMAZIONE DI DIAFRAMMI DI PIANO

cappa c.a.

connettori

Figura 1: Tecnica di rinforzo con cappa in calcestruzzo ordinario armato.

assito esistente

pannello multistrato

chiodatefasce metalliche

(a)

assito esistente

3-5 mm

a spinottoconnettori

saldature

lastra di acciaio

spinotto

(b)

Figura 2: Tecnica di rinforzo: (a) con pannelli in legno multistrato e fasce metalliche; (b) con lastra di acciaio.

assito esistente

assito organizzato


(a) (b)

Figura 3: (a) Tecnica dell’assito-organizzato con pioli in acciaio infissi nello spessore, lungo i fianchi delle tavole, (b) particolare dell’assito diaframma.

cappa c.a.

connettori

Figura 1: Tecnica di rinforzo con cappa in calcestruzzo ordinario armato.

assito esistente

pannello multistrato

chiodatefasce metalliche

(a)

assito esistente

3-5 mm


saldature

lastra di acciaio

spinotto

(b)

Figura 2: Tecnica di rinforzo: (a) con pannelli in legno multistrato e fasce metalliche; (b) con lastra di acciaio.

assito esistente

assito organizzato


(a) (b)

Figura 3: (a) Tecnica dell’assito-organizzato con pioli in acciaio infissi nello spessore, lungo i fianchi delle tavole, (b) particolare dell’assito diaframma.

Diaframma in pannelli di legno multistrato

Lastra sottile in c.a. ordinario oppure ad alte prestazioni

progressivamente si riduce l’effetto irrigidente rispetto ai carichi verticali (1-2-3), ci si muove verso un intervento di solo miglioramento sismico

DIAFRAMMI DI PIANO FORMAZIONE DI DIAFRAMMI DI PIANO

existing planks

plywood panelsnailedsteel plates

existing planksnailed inclinedwooden planks

Doppio assito chiodato

correnteacciaio

chiodi

saldati

spinotti

assito

multistrato

pannelli

correnteacciaio

spinotti

pannelli

multistrato

assitochiodi

cordolo

spinotti

spinotti

cordolo

doppia rete

armatura di

collegamento

ORGANIZZAZIONE DEI CORRENTI

[Ref. 4]

DIAFRAMMI DI PIANO

DIMENSIONAMENTO DEL DIAFRAMMA DI PIANO in MULTISTRATO FENOLICO

correnteacciaio

chiodi

saldati

spinotti

assito

multistrato

pannelli

correnteacciaio

spinotti

pannelli

multistrato

assitochiodi

cordolo

spinotti

spinotti

cordolo

doppia rete

armatura di

collegamento

DIAFRAMMI DI PIANO

correnteacciaio

chiodi

saldati

spinotti

assito

multistrato

pannelli

correnteacciaio

spinotti

pannelli

multistrato

assitochiodi

cordolo

spinotti

spinotti

cordolo

doppia rete

armatura di

collegamento

lamiera di

coprigiunto

s=2mm

pannelli di legno

multistrato

27mm, soggetti a

flusso di sforzi

tangenziali q

cordolo perimetrale in acciaio, chiodato

al panello e spinottato alla muratura

spinotti per il collegamento alle

murature (cap. 6.1.1)

chiodi in acciaio ad alta

resistenza, soggetti ad

azioni taglianti Vi e

disposti ad interasse i.

lamiera di

coprigiunto

s=2mm

pannelli di legno

multistrato

27mm, soggetti a

flusso di sforzi

tangenziali q





q

V i

chiodi in acciaio ad

alta resistenza,

soggetti ad azioni

taglianti Vi e

disposti ad

interasse i.

ORGANIZZAZIONE E DIMENSIONAMENTO DEI COLLEGAMENTI

SPINOTTI per trasferire il taglio ai setti resistenti

Forza di taglio sul connettore:

Vi = q x i

i = VI/q

Vi : si ricava da prove sperimentali o modelli analitici (rif. VSP (d16) = 15 kN; VSP (d20) = 20 kN. In generale 1 d16 / 50 cm)

DIAFRAMMI DI PIANO

i

qlesena

spinotto

Vi

Vi

lesena

qVi

l'' l'

Vi

lesena

spinotti

tiranti

ORGANIZZAZIONE E DIMENSIONAMENTO DEI COLLEGAMENTI TIRANTI per trattenere le pareti caricate fuori-piano

M

f

V

LH

M

Fc

V

corrente

di piano

diaframma

pannello

Fo


Fc=M/HF








smp

p

ih





zona di competenza

diaframmadi piano

Forza di trazione sul tirante:

F = ss AS = pm x hi x i i = ss AS/( pm x hi ) (Rif. 1 d14-16 /1.5m)

DIAFRAMMI DI PIANO

f

F

Ap

Fm

1

f

i

cordolocordolo

pannello

tirante

tirante

F

pm

mp

ORGANIZZAZIONE E DIMENSIONAMENTO DEI COLLEGAMENTI TIRANTI per trattenere le pareti caricate fuori-piano

DIAFRAMMI DI PIANO

bbm

mp

bbm

mp

F F

b

dm

tirante, d tirante, d

cordolo

t

superficie

di rottura, Sm

fmtF F

Sm

a

COPERTURE SCATOLARI

COPERTURE SCATOLARI

- Coperture sovraresistenti - Coperture dissipative (ricerche in corso)

COPERTURE SCATOLARI BENEFICI COPERTURA SCATOLARE: INIBISCE/LIMITA I PRINCIPALI MECCANISMI DI DANNO

CONTIENE L’AZIONE RIBALTANTE, CHE PUÒ INCREMENTARE IN PRESENZA DI TETTI SPINGENTI

w

1

2

3

4

5

COPERTURE SCATOLARI BENEFICI COPERTURA SCATOLARE: INIBISCE/LIMITA I PRINCIPALI MECCANISMI DI DANNO

FORMAZIONE DI DIAFRAMMI DI FALDA – COPERTURE SCATOLARI

COPERTURE SCATOLARI

C = 7%

C = 5% C = 20%

bell tower

church office

old vestry

church

Hh

CW1

CW2

W2

W1

Wm

b

Wc' Wc'

church church

FORMAZIONE DI DIAFRAMMI DI FALDA – COPERTURE SCATOLARI

COPERTURE SCATOLARI

COPERTURE SCATOLARI

existing planks



COPERTURE SCATOLARI

Pannelli legno multistrato plywood

OSB Microlamellare

o LVL

Verificare sollecitazioni! NO!

SI!

COPERTURE SCATOLARI

Il dimensionamento della copertura scatolare deve garantire sia la necessaria capacità portante, che

il rispetto delle deformazioni massime accettabili per gli edifici in muratura (confinamento del rocking e del rocking differenziale).

f1yf1y -r1y

Struttura labile

COPERTURE SCATOLARI – CRITERI DI PROGETTAZIONE

r

A Ba

1y f1y

p1

p3

h

L y

l12

h3

1z

y

r1z

5

4 2

1

3 = -r1y

g1

g1

r1y

r1z

4 2

3

g1

p h3

23

nA

p h3

23

nA

p1

1y 1 12 3 3f 2p l p h

La copertura scatolare

realizza il vincolo

orizzontale !!!

33121y1

33A

12*1y1331121A

hplp2f

2/hpv

2/lgLhhphlpn


realizza un vincolo

orizzontale

COPERTURE SCATOLARI

Diaframmi

di testata rigidi!

cerniere

f1yf1y -r1y

Struttura labile


r

A Ba

1y f1y

p1

p3

h

L y

l12

h3

1z

y

r1z

5

4 2

1

3 = -r1y

g1

g1

r1y

r1z

4 2

3

g1

p h3

23

nA

p h3

23

nA

p1

1y 1 12 3 3f 2p l p h


realizza il vincolo

orizzontale !!!

33121y1

33A

12*1y1331121A

hplp2f

2/hpv

2/lgLhhphlpn


realizza un vincolo

orizzontale

COPERTURE SCATOLARI Diaframmi

di testata rigidi!

elementi di parete resistono a assiale e momento mobilitando un comportamento

ad arco naturale la cui resistenza dipende dallo spessore delle pareti e dal confinamento verticale offerto dal carico

verticale

Se nA > 0 la copertura è soggetta ad azione di sollevamento, bilanciata dal peso proprio della parete, mediante introduzione di ancoraggi profondi, opportunamente distribuiti lungo le murature di coronamento

VA evita il ribaltamento delle pareti

f1z è affidata alla trave di colmo. In caso di simmetria, f1z è generata dal solo carico g1*

affidata alla copertura scatolare

f1yf1y -r1y

Struttura labile


r

A Ba

1y f1y

p1

p3

h

L y

l12

h3

1z

y

r1z

5

4 2

1

3 = -r1y

g1

g1

r1y

r1z

4 2

3

g1

p h3

23

nA

p h3

23

nA

p1

1y 1 12 3 3f 2p l p h


realizza il vincolo

orizzontale !!!

33121y1

33A

12*1y1331121A

hplp2f

2/hpv

2/lgLhhphlpn


realizza un vincolo

orizzontale

COPERTURE SCATOLARI Diaframmi

di testata rigidi!

f1z è affidata alla trave di colmo. In caso di simmetria, f1z è generata dal solo carico g1*

affidata alla copertura scatolare

COPERTURE SCATOLARI

PRESENZA DI ARCHI DIAFRAMMA:

Per computare tali azioni sismiche aggiuntive si può considerare la massa della porzione superiore degli archi diaframma (conservativamente pari alla

metà dell’altezza della struttura)

COPERTURE SCATOLARI

• progetto del diaframma come struttura CORRENTE-PANNELLO • progetto connessioni:

•Pannello – Pannello •Pannello – Correnti •Pannello – Lesene •Lesene – Murature perimetrali

21y x

13y y

f LMF

L 8L

Caricato nel centro di taglio, il guscio scatolare di copertura si inflette semplicemente nel piano orizzontale e non è soggetto a torsione non si sviluppano reazioni vincolari aggiuntive all’imposta della copertura lungo la linea di gronda.

COPERTURE SCATOLARI

x yz

f1y

f1y

V

yLxL

q1

1

h1

2

(y)

q1

q0ha

q0

q0

Wg

dy

fz

Wg

fz

zg

fz

Wg

timpano di

testata

parete di

testata

*

*

Forze di sollevamento lungo i timpani di testata.

Eq. Trasl. Orizzontale

Barre ancorate in profondità

x yz

f1y

f1y

V

yLxL

q1

1

h1

2

(y)

q1

q0ha

q0

q0

Wg

dy

fz

Wg

fz

zg

fz

Wg

timpano di

testata

parete di

testata

*

*

Eq. Trasl. Verticale.

Il flusso di taglio q1 agente lungo le falde inclinate deve essere equilibrato dal flusso orizzontale q0, dal peso proprio wg e dalle forze per unità di lunghezza fz

*

*

COPERTURE SCATOLARI

x yz

f1y

f1y

V

yLxL

q1

1

h1

2

(y)

q1

q0ha

q0

q0

Wg

dy

fz

Wg

fz

zg

fz

Wg

timpano di

testata

parete di

testata

*

*

Forze di sollevamento lungo i timpani di testata.

Barre ancorate in profondità

x yz

f1y

f1y

V

yLxL

q1

1

h1

2

(y)

q1

q0ha

q0

q0

Wg

dy

fz

Wg

fz

zg

fz

Wg

timpano di

testata

parete di

testata

*

*

Eq. Trasl. Verticale.

*

*

fz sono variabili lungo l’asse y, quale conseguenza della variazione del peso wg *, e possono essere di trazione solo lungo metà del timpano di testata.

x yz

f1y

f1y

V

yLxL

q1

1

h1

2

(y)

q1

q0ha

q0

q0

Wg

dy

fz

Wg

fz

zg

fz

Wg

timpano di

testata

parete di

testata

*

*

Nota la reazione sulle murature di testata V1, verifica dei meccanismi nel piano delle pareti. La parete è in grado di resistere al sovraccarico trasferito dal diaframma?

COPERTURE SCATOLARI

?

Nei casi in cui la parete non regge il sovraccarico

possibilità copertura dissipativa (studio in corso)

COPERTURE SCATOLARI

x y

z

f1y

yLxL

r

A: TELAIO

1y

r1z

5

4 2

1

3

nA n

A

r1y

r1z

4 2

3

g1

g1* *

CON VINCOLIFITTIZI

nA

Wwzw*

vA

vA

Forze di sollevamento lungo le pareti longitudinali indotte dal comportamento a telaio.

COPERTURE SCATOLARI

21y x

13y y

f LMF

L 8L

DIMENSIONAMENTO criterio di resistenza, comportamento elastico materiali copertura sovraresistente. Duttilità a SLU garantita dal comportamento duttile delle connessioni chiodate

• Valore conservativo per lo sforzo massimo (ex. sforzo massimo allo stato limite ultimo pari ad 1/3 resistenza)

• Al fine di escludere crisi anticipate per instabilità dei correnti compressi, è opportuno fissare i correnti alle strutture del tetto esistente mediante viti, disposte in aggiunta alle connessioni chiodate.

Cordoli di gronda

• progetto del diaframma come struttura CORRENTE-PANNELLO

COPERTURE SCATOLARI

• progetto del diaframma come struttura CORRENTE-PANNELLO • progetto connessioni:

•Pannello – Pannello •Pannello – Correnti •Pannello – Lesene

• spessore del pannello, connessioni mutue tra pannelli adiacenti, connessioni del diaframma ai correnti di gronda e alle lesene sui timpani di testata sono dimensionati per q1

• L’interasse dei chiodi Δxn lungo ogni flangia di coprigiunto, in direzione x ed y, è pari a:

Pannello d’anima


lamiera di

coprigiunto

s=2mm

pannelli di legno

multistrato

27mm, soggetti a

flusso di sforzi

tangenziali q





chiodi in acciaio ad alta

resistenza, soggetti ad

azioni taglianti Vi e

disposti ad interasse i.

COPERTURE SCATOLARI STUDIO SPERIMENTALE COMPORTAMENTO SINGOLA CONNESSIONE CHIODATA La resistenza ultima di ciascun chiodo sia prossima aVnu ≅ 3kN

lamiera di

coprigiunto

s=2mm

pannelli di legno

multistrato

27mm, soggetti a

flusso di sforzi

tangenziali q





q

V i

chiodi in acciaio ad

alta resistenza,

soggetti ad azioni

taglianti Vi e

disposti ad

interasse i.

COPERTURE SCATOLARI

• progetto connessioni: •Lesene/correnti – Murature perimetrali SPINOTTI

Il trasferimento delle azioni di taglio vA tra diaframma di piano e murature caricate fuori-piano, necessario per evitare il ribaltamento al piede di queste ultime, è consentito da connessioni spinottate infisse lungo il coronamento delle murature longitudinali. Ulteriori connessioni spinottate, posizionate lungo i timpani di testata, assicurano il trasferimento delle azioni sismiche alle pareti resistenti al taglio.


x y

z

f1y

f1y

V

yLxL

q1

1

h1

2

(y)

q1

q0ha

q0

q0

Wg

dy

fz

Wg

fz

zg

fz

Wg

timpano di

testata

parete di

testata

*

*

x y

z

f1y

yLxL

r

A: TELAIO

1y

r1z

5

4 2

1

3

nA n

A

r1y

r1z

4 2

3

g1

g1* *

CON VINCOLIFITTIZI

nA

Wwzw*

vA

vA

COPERTURE SCATOLARI COLLEGAMENTO DELLA COPERTURA SCATOLARE CON LE PARETI PERIMETRALI

Lunghezza connettori deve evitare rotture tipo taglio-scorrimento nelle murature Per aumentare la resistenza della connessione può risultare opportuno bonificare o rinforzare localmente la muratura Realizzazione di una sottile lastra di malta di calce, 30÷40mm, armata con 3÷4 strati di rete da intonaco

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Carico

[kg]

spostamento [mm]COMP. A COMP. B

SABBIO CHIESE, 13.01.2009Santuario della Madonna della Rocca - ponte nord

prova di taglio su collegamento a spinotto trapiastra di acciaio - pannello di legno e strato di malta di calce armata con 4 strati di rete da intonaco - muratura

COPERTURE SCATOLARI

COPERTURE SCATOLARI

• progetto connessioni: •Lesene/correnti – Murature perimetrali ANCORAGGI PROFONDI

In caso sussista il rischio di sollevamento si dispongono ancoraggi profondi: Dimensionamento lunghezza ancoraggi: peso della muratura ancorata deve essere maggiore dell’azione di trazione Sufficiente ad equilibrare il peso delle murature coinvolte nel sollevamento

Eventuali ancoraggi profondi

(se fz>0, nA>0)

lzg; lzw

Sezione

x y

z

f1y

yLxL

r

A: TELAIO

1y

r1z

5

4 2

1

3

nA n

A

r1y

r1z

4 2

3

g1

g1* *

CON VINCOLIFITTIZI

nA

Wwzw*

vA

vA

x yz

f1y

f1y

V

yLxL

q1

1

h1

2

(y)

q1

q0ha

q0

q0

Wg

dy

fz

Wg

fz

zg

fz

Wg

timpano di

testata

parete di

testata

*

*


spinottotirante

il timpano di testatacordolo disposto lungo

cordolo disposto lungo il timpano di testata

timpano di facciata

ancoraggi

bonifica della

muratura

mediante

iniezioni di

malta di calce

spinotti

strato sottile di

malta di calce

armato con rete

da intonaco

correnti di gronda

pannelli di legno multistrato

profondi

correnti di gronda

pannelli di legno multistrato

spinotti

(a)

(b)

• deformazione allo stato limite di danno e ultimo

h

L

oF

ey h

LL

h

VERIFICA DI DEFORMABILITA’ DELLA COPERTURA SCATOLARE

f1y

1

2

3

4

5

2'

3'

4'ye

sme

ye

nodo 2

nodo 1

*'

e

ewe yy 33e h%)21(hd

%5.025.0

(11)

COPERTURE SCATOLARI

= b h3

in mancanza di modelli più accurati, si può fare riferimento ad una deformazione a taglio prudenziale

γ* ≤ 0.25%÷0.5%. L’intervallo è ottenuto mediante analogia con un pannello sottile soggetto a taglio puro e assumendo, in caso di fessurazione diffusa, un allungamento medio della diagonale del pannello soggetta a trazione pari a ε =0.15%÷0.3%. L’allungamento massimo della diagonale soggetta a trazione è valutato ipotizzando durante il terremoto un’apertura di fessura massima di 7.5÷15mm, su una larghezza della navata di circa 10m, e facendo riferimento al quadro fessurativo osservato in alcune chiese danneggiate dal terremoto, caratterizzato da fessure incrociate a 45°.

Per la protezione delle pareti in caso di eccessivi spostamenti per rocking, si verifica non sia superato il drift massimo:

de = 1÷2%.

VERIFICA DI DEFORMABILITA’ DELLA COPERTURA SCATOLARE

COPERTURE SCATOLARI

h

L

oF

ey h

L

n

Ew Gw

xn

t

t

Ew* *Gw

*'

e

ewe yy

a

costLG8

Lf

JE

Lf

384

5y

y*w

2xy1

id*w

4xy1

e

*wy

x

id*w

3x

y1'e

G

1

tL

1

2

L

JE

L

24

1fy

DEFINIZIONE DELLE PROPRIETA’ DEL PANNELLO EQUIVALENTE

COPERTURE SCATOLARI

n

Ew Gw

xn

t

t

Ew* *Gw

w

pnwn

pn*w

E

lkA2

lkE

COPERTURE SCATOLARI

p*wwnnpwwnnnn

nwn

p*wpwn

l)EA/(Vl))EA/(Vk/V2

txAcon

l)2/ls(2

w

pnwn

pn*w

G

lkA2

lkG

COPERTURE SCATOLARI

n

Ew Gw

xn

t

t

Ew* *Gw

p*wwnnpwwnnnn

nwn

p*wpwn

l)GA/(Vl))GA/(Vk/V2

txAcon

lls2

*'

e

ewe yy

a

costLG8

Lf

JE

Lf

384

5y

y*w

2xy1

id*w

4xy1

e

*wy

x

id*w

3x

y1'e

G

1

tL

1

2

L

JE

L

24

1fy

w

pnwn

pn*w

E

lkA2

lkE

w

pnwn

pn*w

G

lkA2

lkG

Diaframma in pannelli multistrato: rigidezze equivalenti

txA nwn

nx passo chiodatura

lp = 1200 mm: larghezza pannello, Awn = 50 mm∙27.5mm,

Ew= 5000 MPa, Gw= 2500 MPa, kn = 2700 N/mm (rigidezza del chiodo)

COPERTURE SCATOLARI VERIFICA DI DEFORMABILITA’ DELLA COPERTURA SCATOLARE

E*w= 953 MPa, G*w= 800 MPa

n

Ew Gw

xn

t

t

Ew* *Gw

COPERTURE SCATOLARI

a

4

21

4

3

2

5

4

4

1

c13

c13

c11

c14c25

c34

c14

c24

l 1

l 4

l 4Lx

Ly

c34

h3

t

t

th1

b

cos

sen

a4

2

42

cos

1

a4

a

COPERTURE A PADIGLIONE

COPERTURE SCATOLARI

Corrente di colmo

Corrente di gronda

pannello

Coprigiunti chiodati

COPERTURE SCATOLARI

(progetto: prof. ing. E.Giuriani)

Fasce di coprigiunto

Lesena

Corrente colmo

COPERTURE SCATOLARI


Corrente di gronda

Ancoraggio profondo

spinotto

COPERTURE SCATOLARI


spinotto

COPERTURE SCATOLARI

LA TECNICA E’ STATA IMPIEGATA NELLA RICOSTRUZIONE E NEGLI INTERVENTI DI MIGLIORAMENTO SISMICO A SALO’,

A L’AQUILA, IN EMILIA

L’EFFICACIA DELLA TECNICA E’ CONDIZIONATA ALLA CORRETTA ESECUZIONE DEI DETTAGLI COSTRUTTIVI

CONTROLLO COSTANTE DELLA CORRETTA ESECUZIONE

(RUOLO FONDAMENTALE DELLA D.L.)


COPERTURE SCATOLARI


Palazzo Calini ai Fiumi, Brescia, Facoltà di Legge

head gable

floor diaphragm

roof diaphragms

south wall

porch columns

head gable

hipped end

y

x

APPLICAZIONI STRUTTURALI


COPERTURE SCATOLARI

• La tecnica utilizza materiali di facile reperibilità e compatibili con quelli tradizionali,

• Consente di limitare le masse aggiunte, • E’ poco invasiva nei confronti delle strutture esistenti ed è reversibile, perciò

coerente con le istanze del restauro conservativo. É tuttavia importante sottolineare come la costruzione della copertura scatolare sia particolarmente delicata, richieda manodopera specializzata, oltre alla minuziosa supervisione da parte del direttore dei lavori di ogni singola fase di lavorazione e messa in opera

COPERTURE SCATOLARI

L’introduzione della copertura scatolare modifica il comportamento dinamico dell’edificio. Una migliore stima delle azioni sismiche reali è legata alla corretta modellazione dell’interazione della copertura scatolare con le strutture esistenti, alla modellazione delle singole parti e delle connessioni, oltre che alla caratterizzazione dei materiali e del terremoto. ricerche attualmente in corso

COPERTURE SCATOLARI

(Santa Chiara, Brescia Progetto prof. ing. E.Giuriani)

COPERTURE SCATOLARI

Pannelli sfalsati

Copertura a padiglione

COPERTURE SCATOLARI


COPERTURE SCATOLARI


L’EFFICACIA DELLA TECNICA E’ CONDIZIONATA ALLA CORRETTA ESECUZIONE DEI DETTAGLI COSTRUTTIVI !!!


(RUOLO FONDAMENTALE DELLA D.L.) !!!

Esempio: coperture scatolari

Lx = 30.0 m Ly = 10.0 m

h1 = 2.02 m h3 = 3.0 m

sm= 0.5 m m = 20 kN/m3

a= 22° l12 = 5.39 m

Hp: azione sismica sulla copertura

scatolare pari al 20% del carico verticale

g1=3 kN/m2

p1 = 0.2 g1= 0.6 kN/m2

p3 = 0.2 (m sm )= 2 kN/m2

Esempio: coperture scatolari

COPERTURE SCATOLARI – CARICHI VERTICALI


- Liberare il volume del sottotetto - Raccogliere la spinta laterale esercitata dal tetto sulle pareti perimetrali

(Rettorato, Brescia. Progetto: prof. ing. E.Giuriani)


(Complesso di San Faustino, Brescia. Progetto: prof. ing. E.Giuriani)


head gable wall

head diaphragm

perimeter

side wall

head gable

wall - head

diaphragm

pitch rafters/joistsfolded roof diaphragm

overlaying the existing

wooden planks

top floor

level

ridge line

eave line

eave line

c12

c12

2

1c13

c11

3

1

c13

42

- Permette di controllare la deformazione della copertura, e raccogliere la spinta laterale esercitata dal tetto sulle pareti perimetrali


p1

h3

h1

f1y

f1z

f1z

A

L L

L

xL

y

nA

l12

1

2

3

4

5

Ly x

y

L

xL

y

x

y

p1

A

A

a

1z

f

q

F 13

M

Lx

1

c13

c11

1

1

c11

1

1

l12

F 11

f

f1

f1

M

V

f1

(a)

F 13

M

c13

c111

11

f1M

VR

1

rafter

dN r

Rr

r1z

rN

i ridge line

1

2

2

c12

wooden

12

(b)

1

c11d

nails

1

rafter

dN r

Rr

1z

rN

V(x )

dV

i

V(x )

1

2

rafter

rafter

1 c13

dm

1

lateralwall

(c)

1

c11d

nails

1

rafter

dN r

Rr

r1z

rN

ridge line

V(x )

dV

i

V(x )

1

2

rafter

rafter

1 c13

dm

1

lateralwall

(d)

1

c11d

nails

1

rafter

dN r

Rr

r1z

rN

ridge line

V(x )

dV

i

V(x )

1

2

rafter

rafter

1 c13

dm

1

lateralwall

(e)

f p l (a) hinged beams1z 112

5f p l (b) continuos beam1z 112

4

a

sin2

ff z11

8/LfM 2X1X

2/LfV X1X

12

X1311

l

MFF

12

X1

l

Vq

Per effetto dei vincoli aggiuntivi, non si hanno spostamenti laterali

p1=g+qcos a


a

1z

f

q

F 13

M

Lx

1

c13

c11

1

1

c11

1

1

l12

F 11

f

f1

f1

M

V

f1

(a)

F 13

M

c13

c111

11

f1M

VR

1

rafter

dN r

Rr

r1z

rN

i ridge line

1

2

2

c12

wooden

12

(b)

1

c11d

nails

1

rafter

dN r

Rr

1z

rN

V(x )

dV

i

V(x )

1

2

rafter

rafter

1 c13

dm

1

lateralwall

(c)

1

c11d

nails

1

rafter

dN r

Rr

r1z

rN

ridge line

V(x )

dV

i

V(x )

1

2

rafter

rafter

1 c13

dm

1

lateralwall

(d)

1

c11d

nails

1

rafter

dN r

Rr

r1z

rN

ridge line

V(x )

dV

i

V(x )

1

2

rafter

rafter

1 c13

dm

1

lateralwall

(e)

Connessioni piolate che trasferiscono l’azione assiale del travetto Nr al diaframma, ove diventa carico per unità di lunghezza f1; Vd l’azione di taglio dello spinotto

Connessione alle pareti perimetrali (obbligatoria in caso di azione sismica, comunque suggerita anche per I carichi statici)

Il diaframma di falda è connesso ai travetti e al cordolo di colmo con spinotti e chiodi rispettivamente.

Vd= f1 i/nd = Nr /nd

Connessioni pannello-travetti

Connessioni diaframma-murature

Rr=r1z i=-f1z i

Nr=f1i


Possibili soluzioni per l’organizzazione delle pareti di testata affinchè sia garantito il trasferimento del flusso q1

Fs T

(a) (b)

q1

1a

a

a-aSection c12

dm

struts

2

T

dm

strutT T

limeplaster slab

nail

(a) (a’)

(a’’)

Organizzazione di puntoni in

muratura

Connessione Diaframma-Timpano



R R

N N

a

N N

Detail of the ridge joint

c121

c121

2

c12

c12

(b)

Presenza di travetti o dormienti

N N

Detail of the ridge joint

c121

2

c12

wooden wooden

(c)

Attenzione collegamento

del colmo

Possibile errore progettuale

In caso non si prevedano catene.



Presenza di travetti o dormienti

Fs T Fs T

woodenbeam

woodenbeam

2


x

c12

c13

c11

c12

x

Vst,iFst,i

F12,i

B

Fa

a

F11i

F12i

c11

c12

A

detail A detail B

1

c11

c12

c13

1

3

2

i

i st,i

f1

x

f1x

q +d qdqd

a

detail C

Fst,j

aj

a

detail C

x'

y'

x'

y'

xyz

a) b)

c) d)

Comportamento in campo elastico: funzione rigidezza dei due sistemi Comportamento a rottura: A) rottura a flessione B) rottura a taglio

V,uB,uu f;fminf

(San Faustino. Loggetta Veneziana. Brescia. Chiesa di San Pietro in Berbenno. Progetti: prof. ing. E.Giuriani)


x

c12

c13

c11

c12

x

Vst,iFst,i

F12,i

B

Fa

a

F11i

F12i

c11

c12

A

detail A detail B

1

c11

c12

c13

1

3

2

i

i st,i

f1

x

f1x

q +d qdqd

a

detail C

Fst,j

aj

a

detail C

x'

y'

x'

y'

xyz

a) b)

c) d)


x

c12

c13

c11

c12

x

Vst,iFst,i

F12,i

B

Fa

a

F11i

F12i

c11

c12

A

detail A detail B

1

c11

c12

c13

1

3

2

i

i st,i

f1

x

f1x

q +d qdqd

a

detail C

Fst,j

aj

a

detail C

x'

y'

x'

y'

xyz

yd1313 fAF

2x

12yd13B,u

2xB,u

12yd13u

L

lfA8f

8

Lfl)fA(M

A) rottura a flessione

Sez. mezzeria.

Comportamento a rottura: Hp: • Duttilità materiali • Comportamento

duttile cordoli di gronda e di colmo

• Comportamento duttile connessioni

• Sovraresistenza del pannello di legno

• Comportamento duttile stralli

F13

Mu


x

c12

c13

c11

c12

x

Vst,iFst,i

F12,i

B

Fa

a

F11i

F12i

c11

c12

A

detail A detail B

1

c11

c12

c13

1

3

2

i

i st,i

f1

x

f1x

q +d qdqd

a

detail C

Fst,j

aj

a

detail C

x'

y'

x'

y'

xyz

x

c12

c13

c11

c12

x

Vst,iFst,i

F12,i

B

Fa

a

F11i

F12i

c11

c12

A

detail A detail B

1

c11

c12

c13

1

3

2

i

i st,i

f1

x

f1x

q +d qdqd

a

detail C

Fst,j

aj

a

detail C

x'

y'

x'

y'

xyz

x

c12

c13

c11

c12

x

Vst,iFst,i

F12,i

B

Fa

a

F11i

F12i

c11

c12

A

detail A detail B

1

c11

c12

c13

1

3

2

i

i st,i

f1

x

f1x

q +d qdqd

a

detail C

Fst,j

aj

a

detail C

x'

y'

x'

y'

xyz

st,uwp,uu VVV

B) rottura a taglio

Comportamento a rottura: Hp: • Duttilità materiali • Comportamento

duttile cordoli di gronda e di colmo

• Comportamento duttile connessioni

• Sovraresistenza del pannello di legno

• Comportamento duttile stralli

n,u

nN

1iwp,u

istyd

stN

1ist,u

VV

senAfV

a

st,uwp,uu VVV

Contributo della fila di chiodi

Contributo dei piatti di acciaio


x

c12

c13

c11

c12

x

Vst,iFst,i

F12,i

B

Fa

a

F11i

F12i

c11

c12

A

detail A detail B

1

c11

c12

c13

1

3

2

i

i st,i

f1

x

f1x

q +d qdqd

a

detail C

Fst,j

aj

a

detail C

x'

y'

x'

y'

xyz

B) rottura a taglio

x

uV,u

L

V2f

x

c12

c13

c11

c12

x

Vst,iFst,i

F12,i

B

Fa

a

F11i

F12i

c11

c12

A

detail A detail B

1

c11

c12

c13

1

3

2

i

i st,i

f1

x

f1x

q +d qdqd

a

detail C

Fst,j

aj

a

detail C

x'

y'

x'

y'

xyz


Comportamento a rottura: A) rottura a flessione B) rottura a taglio Importanza dei collegamenti!

Piatto in aciaio chiodato al pannello

V,uB,uu f;fminf

Collegamento piatto acciaio nodo cordolo

colmo - lesena

Collegamento piatto acciaio

cordolo gronda


w

1

2

3

4

5

2''

3'

4'' 4

3

2

deformed shapeof the roof structure

indeformed shape

2'

max

a

4'

wmax

in the ideal case

deformed shapeof the roof structure with eave support

without eave supports

detail A

4'4

ymax

maxa

3

3'

ymax

wmax

detail B

a

yLfAG8JE

Lf

384

5y 2

x1

w*wid

*w

4x1

max

a

sen

yw max

maxa

cos

ymaxmax maxmax wtana


a

c

b

c'

eave chord

ridge chord

i F ix i

c13

c 11

c12

l p stripealignment avertical joints,

horizontal joint, c

horizontal joint, c'

horizontal joint, b

c 11

c 13

panel single pitch diaphragm

a

c

c'

c12

c13

c 11

c

b

c'

c13

c 11

c

b

c'

nc

nc'

nb

s

s

syLf

AG8JE

Lf

384

5y 2

x1

w*wid

*w

4x1

max

H

sss 'c,nc,nb,n

2.3

Ly x

max

COPERTURE SCATOLARI – CARICHI VERTICALI ESEMPIO DI CALCOLO

p=3.0kN/m2 (g=q=1.5KN/m2)

m/kN17.1639.50.3plf 12z1

m/kN58.2122sen2

m/N17.16

sen2

ff z11

a

kNm11448

6.2058.21

8

LfM

22x1

kN222

2

6.2058.21

2

LfV x1

kN2.212l

MF

1213

kN4.424F2F 1311

m/kN18.41l

Vq

12

a

1z

f

q

F 13

MLx

1

c13

c11

1

1

c11

1

1

l12

F 11

f

f1

f1

M

V

f1

(a)

F 13

M

c13

c111

11

f1M

VR

1

rafter

dN r

Rr

r1z

rN

i ridge line

1

2

2

c12

wooden

12

(b)

1

c11d

nails

1

rafter

dN r

Rr

1z

rN

V(x )

dV

i

V(x )

1

2

rafter

rafter

1 c13

dm

1

lateralwall

(c)

1

c11d

nails

1

rafter

dN r

Rr

r1z

rN

ridge line

V(x )

dV

i

V(x )

1

2

rafter

rafter

1 c13

dm

1

lateralwall

(d)

1

c11d

nails

1

rafter

dN r

Rr

r1z

rN

ridge line

V(x )

dV

i

V(x )

1

2

rafter

rafter

1 c13

dm

1

lateralwall

(e)

Lx = 20.6 m; Ly = 10m; a = 22°; l12 = 5.39 m

DATI

CARICO SUL DIAFRAMMA

MOMENTO E AZIONE SUI CORDOLI TAGLIO E FLUSSO SUL PANNELLO

MPa7.56A

FA2A;mm3750A

13

13s1311

213 s

MPa5.1s

qmm5.27s

yds fs 35.0 MPa280fyd 100 MPa (fattore di riduzione per instabilità e )

120

m7.012

20120

12

tl co

COPERTURE SCATOLARI – CARICHI VERTICALI DIMENSIONAMENTO CORDOLI E ANCORAGGI PER ESCLUDERE INSTABILITA’ DEI CORRENTI

PREDIMENSIONAMENTO E SOLLECITAZIONE SUL PANNELLO

PREDIMENSIONAMENTO E SOLLECITAZIONE CORDOLI

c13

c 11

c

b

c'

c13

c 11

c

b

c'

nc

nc'

nb

s

s

s

w

1

2

3

4

5

2''

3'

4'' 4

3

2


indeformed shape

2'

max

a

4'

wmax

in the ideal case



detail A

4'4

ymax

maxa

3

3'

ymax

wmax

detail B

a


* *


e)

concrete slab

connectorstud

existing plank

existing planks


existing planksnew ortogonalwooden planks

a)


symmetry plan

lateral walls modelled as

hinged beams

plywood panels

modelled as plate

elements

eave and ridge

chords modelled

as beam elements

head walls modelled

as in-plane rigid

diaphragmx y

z

panel nailed

connections modelled

as special plate

elements of reduced

in-plane stiffness

wooden rafters

modelled as

beam elements

MESH A

(see Table 1.a)

symmetry plan

MESH B1

(see Table 1.b) symmetry plan

lateral walls as in

MESH A

plywood panels

as in MESH A

eave and ridge

chords as in

MESH A

head walls modelled

as in MESH A

x y

z

panel nailed connections as

in MESH A

symmetry plan

x y

z

Lx/2

Ly

p

f1z

special plate elements of

reduced in-plane stiffness

plate

elements

Detail of the roof

diaphragm mesh

Load distribution

Load per unit length

(eq. 1)

a)

b)

wooden rafters

modelled as

beam elements



plate

elements

Detail of the roof

diaphragm mesh

f1z

p

MESH B2

(see Table 1.c) symmetry plan

lateral walls

as in

MESH A

equivalent panel of

reduced mechanical

properties

E*, G*

head walls modelled

as in MESH A

x y

z

symmetry plan

x y

z

Lx/2

Ly

f1z


(eq. 1)

c)

plate elements

of reduced mechanical

properties: E*, G*

Detail of the roof

diaphragm mesh

f1z

eave and ridge

chords as in

MESH A

wooden rafters

are NOT modelled

in MESH B1

all elements are

modelled in MESH A

COPERTURE SCATOLARI – CARICHI VERTICALI CONFRONTI MODELLI NUMERICO E ANALITICO


e)

concrete slab

connectorstud

existing plank

existing planks


existing planksnew ortogonalwooden planks

a)


symmetry plan

lateral walls modelled as

hinged beams

plywood panels

modelled as plate

elements

eave and ridge

chords modelled

as beam elements

head walls modelled

as in-plane rigid

diaphragmx y

z

panel nailed

connections modelled

as special plate

elements of reduced

in-plane stiffness

wooden rafters

modelled as

beam elements

MESH A

(see Table 1.a)

symmetry plan

MESH B1

(see Table 1.b) symmetry plan

lateral walls as in

MESH A

plywood panels

as in MESH A

eave and ridge

chords as in

MESH A

head walls modelled

as in MESH A

x y

z

panel nailed connections as

in MESH A

symmetry plan

x y

z

Lx/2

Ly

p

f1z



plate

elements

Detail of the roof

diaphragm mesh

Load distribution


(eq. 1)

a)

b)

wooden rafters

modelled as

beam elements



plate

elements

Detail of the roof

diaphragm mesh

f1z

p

MESH B2

(see Table 1.c) symmetry plan

lateral walls

as in

MESH A

equivalent panel of

reduced mechanical

properties

E*, G*

head walls modelled

as in MESH A

x y

z

symmetry plan

x y

z

Lx/2

Ly

f1z


(eq. 1)

c)

plate elements

of reduced mechanical

properties: E*, G*

Detail of the roof

diaphragm mesh

f1z

eave and ridge

chords as in

MESH A

wooden rafters

are NOT modelled

in MESH B1

all elements are

modelled in MESH A


Roof geometry Lx = 20.6 m; Ly = 10m; a = 22°; l12 = 5.39 m

Folded roof shell

components

Plywood web panel (Fig. 12):

Single panel geometry and mechanical properties:

l p = 1200 mm, t p = 27.5 mm

Ew = 5000 MPa; Gw = 4000 MPa

Web Panel nailed connection:

d = 4mm, xi = 50mm

kn = 2700 N/mm (Giuriani and Marini, 2008a)

Steel Eave and ridge chord:

A11= A13=3750mm2

ES = 210000 MPa

a) MESH A:

Plywood web panel:

Ew = 5000 MPa; Gw = 4000 MPa

Reduced elastic modulus for elastic plate elements modelling the nail

connections between the panels (a and b in Fig. 12a):

In order to correctly represent the target shear modulus

*a,wG = 95.8 MPa (obtained by setting l p=100 mm in eq.18),

Young’s and Poisson’s moduli were set equal to **a,wE = 207 MPa;

0.1 in the model

Reduced elastic modulus for elements modelling the connection

between the panels and the chords (c and c’ in Fig. 12a):

Focus is paid to correctly represent the sole target shear modulus,

which is obtained by setting lp=100 mm in eq.18 and by

correcting eq. 18 to account for the single line of nailed

connections. It yields:

MPa2.187

G

lkA

lkG

w

pnwn

pn*c,w

Thus, in the model **c,wE = 469.8 MPa; =0.1

Roof rafters:

bw=120mm, hw=240mm, i=600mm; Ew = 10000 MPa

Ridge beam:

bw=240mm, hw=280mm; Ew = 10000 MPa

Stud connections (4 studs per rafter) between roof rafters and

Table 2. Comparison of analytical estimates and numerical results.

F11

[kN]

F13

[kN] med

[MPa]

snb

[mm]

maxw

[mm]

maxw / L

[-]

max

[mm]

max /L

[-]

MESH A 386 197 1.41 1.1 41.2 1/500 16.5 1/1248

MESH B 386 198 1.45 1.1 42.6 1/483 16.3 1/1263

ANALYTICAL 424 212 1.5 0.76x2 43.9 1/469 17.7 1/1163

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 2000 4000 6000 8000 10000

F11, F

13

[kN

]

eave and ridge chord area, A13 and A11/2 [mm2]

F13 (solid line - numerical;

dashed line - analytical)

F11 (solid line - numerical;

dashed line - analytical)

C13 A11C11A13

case study

a)

0

10

20

30

40

50

60

70

0 2000 4000 6000 8000 10000

m

ax; w

max

[m

m]

eave and ridge chord area, A13 and A11/2 [mm2]

wmax

C13 A11C11A13

case study

max

(solid line - numerical;dashed line - analytical)

C13 A11C11A13

b)


A11, F11 area e N di compressione del cordolo di colmo A13, F13 area e N di trazione del cordolo di gronda

w

1

2

3

4

5

2''

3'

4'' 4

3

2


indeformed shape

2'

max

a

4'

wmax

in the ideal case



detail A

4'4

ymax

maxa

3

3'

ymax

wmax

detail B

a

a

1z

f

q

F 13

MLx

1

c13

c11

1

1

c11

1

1

l12

F 11

f

f1

f1

M

V

f1

(a)

F 13

M

c13

c111

11

f1M

VR

1

rafter

dN r

Rr

r1z

rN

i ridge line

1

2

2

c12

wooden

12

(b)

1

c11d

nails

1

rafter

dN r

Rr

1z

rN

V(x )

dV

i

V(x )

1

2

rafter

rafter

1 c13

dm

1

lateralwall

(c)

1

c11d

nails

1

rafter

dN r

Rr

r1z

rN

ridge line

V(x )

dV

i

V(x )

1

2

rafter

rafter

1 c13

dm

1

lateralwall

(d)

1

c11d

nails

1

rafter

dN r

Rr

r1z

rN

ridge line

V(x )

dV

i

V(x )

1

2

rafter

rafter

1 c13

dm

1

lateralwall

(e)

a) b)

c) d)


5KN/m2

San Pietro in Berbenno, Sondrio. Progetto: prof. ing. Ezio Giuriani

COPERTURE SCATOLARI – CARICHI VERTICALI Palestra scuola Desenzano, progetto: prof. ing. Ezio Giuriani, 1990.

Guscio in c.a. di spessore sottile, 50 mm con 2 reti 5 mm/200x200mm

Travetti 14x20 cm/50cm

Superficie coperta: 25.5x10.3mq

Monitoraggio per più anni non mostra incremento di spostamenti, max 4mm in

mezzeria, e nessun quadro fessurativo

COPERTURE SCATOLARI DISSIPATIVE

SVILUPPI FUTURI

COPERTURE SCATOLARI – SVILUPPI FUTURI

RISCHIO DI SOVRACCARICO DELLE PARETI DI TESTATA CON ROTTURA A TAGLIO NEL PIANO

PER EVITARE MECCANISMI FUORI PIANO DIAFRAMMI DI PIANO E DI FALDA

F

CARICO MASSIMO PER LE PARETI RESISTENTI

CARICO MASSIMO PER LA COPERTURA

Vmax

drift

IL PROBLEMA È SPOSTATO A LIVELLO DELLE PARETI DI TESTATA

COPERTURE SCATOLARI DISSIPATIVE


Diaframma flessibile e dissipativo

Diaframma rigido

Diaframmi di falda duttili e dissipativi

• Contenere lo spostamento per rocking entro valori accettabili

• Ridurre la solleciutazione sulle pareti di testata

IL FENOMENO DI ROCKING PUÒ ESSERE DEFINITO COME L’OSCILLAZIONE ALTERNATA DI UN CORPO

RIGIDO CHE AVVIENE ATTORNO AGLI SPIGOLI DELLA BASE POGGIANTE SU UNA SUPERFICIE PIANA . IL

SOLLEVAMENTO DELLA BASE AVVIENE SE

stinst MM i iijj bgmhF


Load

[kN

]


IL ROCKING SI PRESENTA COME UN FENOMENO ELASTICO DAL PERCORSO DI CARICO BI-LINEARE ED HA QUINDI UN COMPORTAMENTO RICENTRANTE ENTRO UN CERTO CAMPO DI SPOSTAMENTI. CIÒ È UNA RISORSA IMPORTANTE PER LA STRUTTURA DURANTE IL SISMA

L’OBIETTIVO È QUELLO DI UTILIZZARE IL DIAFRAMMA DI COPERTURA IN MODO CHE POSSA FUNGERE DA DISSIPATORE ISTERETICO (DAL COMPORTAMENTO ELASTO-PLASTICO CALIBRATO)

L’idea: il diaframma di copertura come smorzatore sismico

SISMA

F

δ

ROCKING LIBERO

COPERTURA

ROCKING FRENATO

ENERGIA DISSIPATA DA UN CICLO COMPLETO

δyA δyC

FyA

FyC

ΔF


SISMA

F

δ

ROCKING LIBERO

COPERTURA

ROCKING FRENATO


δyA δyC

FyA

FyC

ΔF

yA

yC

yA F

F

F

F

2b yAyC FF

2

b

yC

yA

yA

yA

yC

yC

yA

yC

k

k

F

k

k

F

2

b


SISMA

F

δ

ROCKING LIBERO

COPERTURA

ROCKING FRENATO


δyA δyC

FyA

FyC

ΔF

yAyC kk

2

b

L’OBIETTIVO È QUELLO DI UTILIZZARE IL DIAFRAMMA DI COPERTURA IN MODO CHE POSSA FUNGERE DA DISSIPATORE ISTERETICO (DAL COMPORTAMENTO ELASTO-PLASTICO CALIBRATO)


SISMA

F

δ

ROCKING LIBERO

COPERTURA

ROCKING FRENATO


δyA δyC

FyA

FyC

ΔF

RIGID DIAPHRAGM and BOX

STRUCTURE

OVER-RESISTANT DIAPHRAGM

(ELASTIC)

DISSIPATIVE DIAPHRAGM

(ELASTIC-PLASTIC)


Preti, Bolis, Marini and Giuriani. Example of the benefits of a dissipative roof diaphragm in the seismic response of masonry buildings. SAHC 2014

Site: Garda Lake, Italy – PGA 0.2g 7 earthquake records scaled to match the response spectrum Results as mean values in the population of maxima

(Rexel v 3.5 beta)


Preti, Bolis, Marini and Giuriani. SAHC2014

a) b)

c) d)



RIGID BOX STRUCTURE

OVER-RESISTANT DIAFRAGM (ELASTIC)

DISSIPATIVE DIAFRAGM

(ELASTIC-PLASTIC)

kd

kR

FREE ROCKING CAPACITY

CURVE




(ELASTIC-PLASTIC)

kd

kR



RIGID BOX STRUCTURE

OVER-RESISTANT DIAFRAGM (ELASTIC)


(ELASTIC-PLASTIC) a

b

c

kd

kR

PARAMETRIC ANALYSIS



La rigidezza del diaframma non pare influenzare l’intensità dell’azione sismica sulla struttura

kd

kR

PARAMETRIC ANALYSIS

La rigidezza del diaframma non pare influenzare l’intensità dell’azione sismica sulla struttura


a b

c

kd

kR

PARAMETRIC ANALYSIS



La rigidezza del diaframma influenza il drift massimo ma non pare influenzare l’intensità dell’azione sismica sulla struttura

- Il rocking controllato delle pareti laterali , smorzato entro limiti accettabili dalla risposta non lineare del diaframma di copertura, riduce in modo significativo le azioni sismiche sulla struttura rispetto al caso di coperture sovraresistenti;

- La progettazione del diaframma è incentrata sulla scelta di rigidezza e forza di attivazione (ovvero forza di snervamento). La scelta di tali parametri è risultato di un compromesso tra l’incremento della richiesta di spostamento alle pareti laterali e la riduzione delle azioni sismiche e pertanto della sollecitazione sulle pareti di testata

• Approfondire lo studio degli effetti benefici dell’uso di diaframmi dissipativi

• Identificare soluzioni tecniche per la messa a punto di diaframmi dissipativi

Ricerche in corso



Referenze bibliografiche

LA TECNICA E’ STATA IMPIEGATA NELLA RICOSTRUZIONE E NEGLI INTERVENTI DI MIGLIORAMENTO SISMICO A SALO’,

A L’AQUILA, IN EMILIA

L’EFFICACIA DELLA TECNICA E’ CONDIZIONATA ALLA CORRETTA ESECUZIONE DEI DETTAGLI COSTRUTTIVI


(RUOLO FONDAMENTALE DELLA D.L.)

Desidero ringraziare il prof. Ezio Giuriani e l’ing. Marco Preti

per il prezioso contributo alla preparazione del materiale.


GRAZIE DELL’ATTENZIONE !

Desidero ringraziare il prof. Ezio Giuriani e l’ing. Marco Preti

per il prezioso contributo alla preparazione del materiale.

1. Magenes G., Penna A., Galasco A. [2010] “A full-scale shaking table test on a two-storey stone masonry building”, Proc. 14th European Conference on Earthquake Engineering, pap. N. 1432, Ohrid, Macedonia.

2. Guido Magenes , Andrea Penna , Ilaria Enrica Senaldi , Maria Rota, Alessandro Galasco (2014): Shaking Table Test of a Strengthened Full-Scale Stone Masonry Building with Flexible Diaphragms, International Journal of Architectural Heritage: Conservation, Analysis, and Restoration, 8:3, 349-375

3. Giuriani E. 2004. L’organizzazione degli impalcati per gli edifici storici. L’Edilizia. Speciale Legno strutturale, N. 134. 4. Giuriani E., Marini A. 2008. Wooden roof box structure for the anti-seismic strengthening of historic buildings.

Journal of Architectural Heritage: Conservation, Analysis and Restoration. ISSN 1558-3058 Vol.2(3) Pag. 226-246. 5. Del Piccolo M., Giuriani E., Marchina E. 1999. Studio sperimentale sulle connessioni solaio-parete mediante

ancoraggi iniettati”, Università degli Studi di Brescia, Dip. Ingegneria Civile, Technical Report n. 2-3. 6. Tengattini C.G., Marini A., Giuriani E. 2006. Connessioni a taglio nelle murature. TR 3a.1-UR11-1 RELUIS - Progetto di

ricerca N.1 - Vulnerability assessment and anti-seismic strengthening of masonry buildings. 7. Giuriani E., Marini A. 2008. Experiences from the Northern Italy 2004 earthquake: vulnerability assessment and

strengthening of historic churches. Invited paper. VI International Conference on Structural Analysis of Historical onstructions SAHC 2008. 2-4 July, Bath, England. pag. 13-24. Ed. Taylor and Francis, London, UK. ISBN 978-0-414-46872-5.

8. Ezio Giuriani. Consolidamento degli edifici Storici. UTET, 2012. 9. E.Giuriani, A. Marini, C. Porteri, M. Preti. 2009. Seismic vulnerability of churches associated to transverse arch

rocking. International Journal of Architectural Heritage, 3: 1–24, 2009. Ed. Taylor & Francis Group, LLC. 10. Giuriani, E., Marini, A., Preti, M. 2015. Thin folded shell for the renewal of existing wooden roofs. Accepted for

pubblications on Journal of Architectural Heritage 11. Preti M., Bolis V., Marini A. and Giuriani E. 2014. Example of the benefits of a dissipative roof diaphragm in the

seismic response of masonry buildings. SAHC2014 – 9th International Conference on Structural Analysis of Historical Constructions. F. Peña & M. Chávez (eds.). Mexico City, Mexico, 14–17 October 2014


Comportamento sismico di edifici in muratura

PROVE SU TAVOLA VIBRANTE:

Edificio pluripiano in muratura: effetto ai piani alti

http://www.youtube.com/watch?v=eUo5Stsxo3A

Edificio monopiano con tetto in c.a. che «sbriciola» le murature


Edificio monopiano: scomposizione in conci e effetto su timpani caricati furi piano

http://www.youtube.com/watch?v=AnPr5wDi6So

Eucentre: Provino 1 - edificio in pietra senza incatenamenti

http://www.youtube.com/watch?v=TxtqCt1X4o8

Eucentre: Provino 2 - edificio in pietra con incatenamenti

http://www.youtube.com/watch?v=qtBv-QnD1-k

http://www.youtube.com/watch?v=YqOrzSAv7wU

Out of plane explosion

http://www.youtube.com/watch?v=lpOE6fT1io4&list=PLDC6CFD523C5ADDEC

http://www.youtube.com/watch?v=7cG_6mSUzRU&list=PLDC6CFD523C5ADDEC


http://www.youtube.com/watch?v=eUo5Stsxo3A




http://www.youtube.com/watch?v=TxtqCt1X4o8


MURATURE a.mariNI Marlegno Ing Marini Coperture Scatolari Antisismiche

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