RiSEM

Rischio Sismico negli Edifici Monumentali Plenary meeting

Siena, 20 dicembre 2011

PAR FAS REGIONE TOSCANA Linea di Azione 1.1.a.3 Scienze e tecnologie per la salvaguardia e la

valorizzazione dei beni culturali

Università degli Studi di Firenze Università degli Studi di Siena

RiSEM Rischio Sismico negli Edifici Monumentali

RiSEM Rischio Sismico negli Edifici Monumentali

Torre Grossa Torre Rognosa

Torre Collegiata

Torre del Diavolo

Torre Chigi

Torri Ardinghelli

Torre Gemella I

Torre Gemella II

Torre Pettini

Torre Propositura

Torre dei Becci

RiSEM Rischio Sismico negli Edifici Monumentali

1 anno 2 anno

1 semestre 2 semestre 3 semestre 4 semestre

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

WP1: COORD - Guida, coordinamento, gestione

del progetto e disseminazione dei risultati

WP2: SISM - Definizione della pericolosità sismica

(valutazione della risposta sismica locale e

dell’interazione dinamica terreno-struttura

WP3: RIL - Acquisizione delle caratteristiche

geometriche e dell’evoluzione storica e degli

interventi sul manufatto

WP4: CARAT - Definizione delle caratteristiche

meccaniche e dinamiche delle torri

WP5: VULN - Definizione della vulnerabilità

sismica

WP6: RIS - Definizione del rischio sismico

WP7: ADV– Messa a punto di tecniche di indagine

e di analisi innovative

main deliverables D.1 D.2 D.3

milestones M.1 M.1 M.2 M.3 M,4

Dicembre 2011 Giugno 2012 Dicembre 2012 Giugno 2013

RiSEM Rischio Sismico negli Edifici Monumentali

www.risem.unifi.it

RiSEM

Rischio Sismico negli Edifici Monumentali Plenary meeting

Siena, 20 dicembre 2011

PAR FAS REGIONE TOSCANA Linea di Azione 1.1.a.3 Scienze e tecnologie per la salvaguardia e la

valorizzazione dei beni culturali

Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale

Università degli Studi di Firenze Università degli Studi di Siena

RiSEM Rischio Sismico negli Edifici Monumentali

Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale Facoltà di Ingegneria

• Attivazione di 4 assegni di ricerca: Michele Betti, Antonino Maria Marra, Barbara Ortolani, Stefano Renzi

• Attivazione contratto di collaborazione: Antonello Mennucci

• Confronti tra diversi metodi di modellazione numerica in campo non lineare

• Primi approcci alla definizione probabilistica delle curve di fragilità

• Acquisto di alcune attrezzature : PC, attrezzature per prove sperimentali

Università degli Studi di Firenze Università degli Studi di Siena

Modellazione numerica del comportamento delle torri

• Confronti tra diversi metodi di modellazione numerica.

Analisi push-over di una parete in muratura: modellazioni a confronto

Gianni Bartoli, Michele Betti, Paolo Biagini, Carlo Caccetta, Alberto Ciavattone, Luca Facchini, Antonino Maria Marra, Maurizio Orlando, Barbara Ortolani, Luca Salvatori,Andrea Vignoli

WONDERmasonry 2011 Workshop on Design for Rehabilitation of Masonry Structures Firenze, 10-11 Novembre 2011

parete 10 x 2.5 x 40 m torre 10 x 10 x 2.5 x 40 m

RiSEM Rischio Sismico negli Edifici Monumentali

Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale Facoltà di Ingegneria

RiSEM Rischio Sismico negli Edifici Monumentali

Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale Facoltà di Ingegneria

Pannello A (Pieve Fosciana, Garfagnana). Muratura di pietrame. Dimensioni:

base = 94.5 cm, altezza = 193 cm, spessore = 61 cm.

Prova di taglio-compressione

L. Galano, A. Vignoli (2001). Resistenza a Taglio di Murature di Pietrame: Analisi Comparata della Rappresentatività di Tipiche prove di Taglio in Situ. In: X Congresso Nazionale "L'Ingegneria Sismica in Italia", Potenza - Matera ,Italia, 9-13 settembre 2001.

S. Chiostrini, L. Galano e A. Vignoli, In Situ Shear and Compression Tests in Ancient Stone Masonry Walls of Tuscany, Italy, Journal of Testing and Evaluation, ASTM, Vol. 31, n. 4, 2003, pp. 289 304.

Proprietà meccaniche di riferimento

Università degli Studi di Firenze Università degli Studi di Siena

RiSEM Rischio Sismico negli Edifici Monumentali

Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale Facoltà di Ingegneria

Modellazione numerica non lineare di un pannello di muratura 10 x 40 x 2.5

10 m

40 m

2.5

m

• Diana 2D

FEM:

• Diana 3D

• ANSYS 3D

• Code Aster 3D

tremuri Galasco A., Lagomarsino, S. and Penna, A., 2002, TREMURI Program: Seismic Analyser of 3D Masonry Buildings, University of Genoa.

3dmacro I. Caliò, M. Marletta & B. Pantò. Un nuovo macromodello per la valutazione della resistenza sismica di edifici in muratura. Convegno Nazionale di Ingegneria Sismica (ANDIS). Genova, 25-29 Gennaio 2004.

SMARTmasonry Salvatori L., Spinelli P. A discrete model with lumped deformations for masonry structures”, WONDERmasonry 2, Lacco Ameno, 11-12 ottobre 2007.

Valutazione critica di vari tipi di modellazione:

commercial FEM

open-source FEM

3muri • Telaio equivalente in cui si schematizzano

maschi e fasce. • Carichi aumentati in modo monotono. • La curva di capacità (cioè il valore degli

spostamenti oltre la soglia elastica) si ottiene in funzione della geometria e della resistenza dei materiali, utilizzando le regole della NTC 2008

1x12 4x12 2x8

3dmacro • Utilizzando un approccio

discreto per elementi, i pannelli in muratura non rinforzata sono modellati per mezzo di elementi discreti bi-dimensionali che interagiscono con elementi di interfaccia non lineare.

-20 -10 0 10 20

0

5

10

15

20

25

30

35

40

x [m]

y [m

]

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

SMARTmasonry

• Macro-elementi: blocchi rigidi. • Analisi in grandi spostamenti. • Interfacce: • Elastica non-lineare per sforzi normali • elastica – perfettamente plastica per

sforzi di taglio • La curva di capacità (spostamenti in

campo non lineare) è ottenuta considerando anche gli effetti delle non-linearità geometriche

1x10

RiSEM Rischio Sismico negli Edifici Monumentali

Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale Facoltà di Ingegneria

Modellazione numerica non lineare di un pannello di muratura 10 x 40 x 2.5

Università degli Studi di Firenze Università degli Studi di Siena

RiSEM Rischio Sismico negli Edifici Monumentali

Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale Facoltà di Ingegneria

Crack pattern and damage at the end of the analysis

DIANA ANSYS CODE ASTER

Non linerar masonry behaviour modelling: DIANA:

Macro-model: shell (2D) and solid (3D) elements; Material behaviour: total strain rotating crack model (Hordijk Softening in Tension, Thorenfeldt model in Compression).

ANSYS: Macro-model: solid (3D) element; Material behaviour: Elastic perfectly plastic model (Drucker-Prager) with Willam-Warnke failure criterion (to account for cracking).

CODE ASTER: Macro-model: solid (3D) element; Material behaviour: Mazars isotropic damage model.

Modellazione numerica non lineare di un pannello di muratura 10 x 40 x 2.5

Università degli Studi di Firenze Università degli Studi di Siena

RiSEM Rischio Sismico negli Edifici Monumentali

Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale Facoltà di Ingegneria

0.000

0.050

0.100

0.150

0.200

0.250

0.000 0.100 0.200 0.300 0.400 0.500

Vx/P

[-]

di splacement [m]

ANSYS

3DMacro

DIANA 2D

3muri

SMARTmasonry

NTC08

analitico p-delta

DIANA 3D

NTC (cracked)

Code Aster

Modellazione numerica non lineare di un pannello di muratura 10 x 40 x 2.5

RiSEM Rischio Sismico negli Edifici Monumentali

Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale Facoltà di Ingegneria

3443,52

3812.05

3588.00 3588.00 3547.80

3644.25

3814.75

3683.00 3623.00

3100

3200

3300

3400

3500

3600

3700

3800

3900

3muri 3Dmacro smart DIANA 2d DIANA 3d ANSYS 3d

Code Aster

NTC08 p-delta

34.50

36.50 36.36

34.95

37.58 37.22

36.80

39.04 39.06

32.00

33.00

34.00

35.00

36.00

37.00

38.00

39.00

40.00

3muri 3Dmacro smart DIANA 2d DIANA 3d ANSYS 3d

Code Aster

NTC08 p-delta

Mean value=36.89 kN/mm - Cov=4.27 %

Elastic stiffness (kN/mm)

Maximum shear(kN)

Mean value=3638 kN – Cov=3.29 %

10 m

40 m

2.5

m

Modellazione numerica non lineare di un pannello di muratura 10 x 40 x 2.5

RiSEM Rischio Sismico negli Edifici Monumentali

Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale Facoltà di Ingegneria

0.318

1.680

0.401

0.249 0.322

0.564

0.240

1.366

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

1.40

1.60

1.80

3muri smart DIANA 2d DIANA 3d ANSYS 3d Code Aster NTC08 p-delta

Mean value=0.64 m - Cov=87.05 %

0.112 0.098 0.097 0.097 0.099

0.053 0.052

0.186 0.186

0.00

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

0.12

0.14

0.16

0.18

0.20

3muri 3Dmacro smart DIANA 2d DIANA 3d ANSYS 3d Code Aster

NTC08 p-delta

Mean value=0.11 m - Cov=44.48 %

Elastic displacement (m)

Collapse displacement (m)

10 m

40 m

2.5

m

Modellazione numerica non lineare di un pannello di muratura 10 x 40 x 2.5