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ESEMPIO DI EDIFICIO ESISTENTE IN MURATURA
Disegni non in scala
STRATIGRAFIA VERTICALE
1) Pavimentazione + sottofondo (4,5 cm)2) Tavellone in laterizio (11 cm)3) Intonaco (0,5 cm)
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2
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Identificazione: piano primoTipo sondaggio: endoscopia N° sondaggio : E1
Figura 1 - Indagine endoscopiche
Il quadro fessurativo rilevato ha mostrato come il danno verificatosi nell’edificio debba imputarsi a due fenomeni principali. In primo luogo sono presenti alcuni fenomeni localizzati (di grave entità) che necessitano un intervento puntuale per la rottura di architravi al di sopra di aperture, in secondo luogo esiste un livello di danno diffuso dovuto alla risposta complessiva dell’edificio. Il movimento indotto dal sisma ha, infatti, provocato uno stato di danneggiamento lieve nelle diverse fasce dell’edificio, con espulsione dell’intonaco esterno ed interno. Inoltre si è potuto verificare uno scollamento dei muri di spina muri dai perimetrali con la formazione di lesioni macroscopiche. Tale meccanismo di danno, che è sembrato fin dai primi rilievi il più
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preoccupante, dalle indagini diagnostiche effettuate si è mostrato essere principalmente connesso alla mancanza di un reale ammorsamento tra i muri di spina e quelli perimetrali che hanno facilitato per la mancanza di un collegamento reale tra tali strutture (ammorsamento o catene metalliche) una rottura di tale entità. In Figura 2, 3 e 4 è riportato il rilievo del quadro fessurativo riscontrato, in cui la gerarchia dell’entità delle lesioni rilevate è riportata nella Legenda di Figura 3.
Figura 2 - Rilievo del quadro fessurativo dei sui i 4 prospetti
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Figura 4 - Rilievo del quadro fessurativo interno
1. Descrizione dell’intervento di riparazione ed adeguamento sismico
In relazione al quadro fessurativo riscontrato, alle indagini diagnostiche effettuate ed ai meccanismi di danno attivati dal sisma, si è progettato un intervento in grado di riconferire un adeguato grado di sicurezza alla struttura, danneggiata dal sisma in relazione ai criteri imposti dalla Normativa Vigente. L’intervento che è stato progettato prevede:
o Iniezioni malta compatibile con la muratura esistente al fine ricreare nelle zone fessurate quella continuità venuto meno per lo stato di danneggiamento.
Le modalità che sono elencate valgono come una preliminare indicazione delle operazioni da effettuare che devono essere in ogni caso valutate in base alle condizioni particolari che caratterizzano la parete su cui si deve operare (presenza di intonaci o apparati decorativi di pregio, pareti faccia a vista, ecc.) Tali indicazioni saranno fornite ampiamente nella relazione del progetto definitivo.
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Una corretta esecuzione di tale metodologia d’intervento risulta un'operazione articolata che richiede attenzione nelle diverse fasi in cui si esplica. In particolare, nonostante alcune fasi possono differire in funzione della miscela adottata, è possibile, in genere, individuare quattro distinte fasi esecutive: preparazione della muratura, perforazione e inserimento delle cannule, lavaggio ed imbibizione della muratura ed iniezione. Di seguito è riportata una descrizione sintetica dei principali accorgimenti relativi alla realizzazione di tale opera di consolidamento. Per quanto riguarda la preparazione della parete, le operazioni da compiere sono legate alla necessità di preparare la parete per l'intervento vero e proprio. In presenza d'intonaco di rivestimento, quando questo presenti nessun valore artistico storico, si procede, in genere alla sua rimozione o nel caso di limitati stati fessurativi al risarcimento delle parti ammalorate, in modo da non causare una fuoriuscita della miscela che sarà successivamente iniettata. Nel caso invece di murature faccia a vista, (che rappresenta in nostro caso specifico) si procede alla sigillatura preventiva dei giunti deteriorati presenti in superficie e delle eventuali fessure, per murature particolarmente incoerenti e caotiche è consigliabile effettuare un pre-consolidamento fatto con pre-iniezioni: sfruttando le discontinuità presenti sulle superfici della muratura, attraverso gli ugelli posti in opera con gesso, si cola boiacca, procedendo dal basso verso l’alto e per zone simmetriche di 2 o 3 metri quadrati.
Figura 5 – Fasi dell’intervento con iniezione di malte
Stabilito l’ordine con cui procedere alle iniezioni, che devono interessare zone simmetriche a cominciare dalle più basse, si realizzano i fori con sonde a rotazione, adottando diametri, interassi, lunghezze e direzioni correlati al tipo, condizione e spessore della muratura da consolidare. In generale i fori, in numero di 2 o 3 a m², hanno diametri compresi tra i 20 e i 40 mm, interasse tra i 30 ed i 100 cm, e sono disposti su file parallele a formare un reticolo regolare come mostrato in figura 2; su muri di spessore superiore ai 50-60 cm è opportuno eseguire le perforazioni sulle due facce. L’esecuzione dei fori viene
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seguita dall’introduzione in essi di ugelli e boccagli, lunghi almeno 10 cm e sigillati con malta di cemento. Attraverso gli ugelli viene immessa acqua all’interno della muratura, procedendo dall’alto verso il basso e controllando l’esistenza eventuale di vie di fuga, che vanno sigillate. L’acqua, introdotta a leggera pressione, elimina i detriti più minuti e porta a saturazione la muratura, ponendo le premesse per una buona maturazione della miscela iniettata, lasciandola fluida ed attenuandone il ritiro. La miscela legante viene iniettata a bassa pressione, a valori opportuni per scongiurare eccessive dilatazioni trasversali della muratura, in genere legati allo stato di fatto preesistente (entità delle lesioni, degrado); in genere si adottano pressioni non superiori alla 1.5-2 atmosfere. Le iniezioni sono effettuate su tratti simmetrici dai lati esterni verso il centro, procedendo dal basso verso l’alto e realizzando sovrapposizioni delle zone trattate. Se nel corso dell’iniezione si verifica la fuoriuscita non voluta di malta, si sigilla con polvere di cemento. Al contrario, il rifluimento della miscela dal foro superiore più prossimo a quello in cui si opera, indica la saturazione della zona trattata e fornisce il segnale per la sigillatura del primo foro e il passaggio all’iniezione successiva. L’intervento si conclude con la rimozione degli ugelli di iniezione, prima che si sia esaurita la fase di presa e con l’eliminazione di eventuali sbavature.
Figura 6– Schema della distribuzione dei fori
o Inserimento di catene metalliche in acciaio ai tre piani dell’edificio. Tale intervento permetterà di
ricostituire quel comportamento scatolare indispensabile per contrastare meccanismi fuori piano delle pareti. Così facendo, le verifiche sismiche si sono potute effettuare, considerando il comportamento unitario del fabbricato, in quanto i meccanismi locali che si potrebbero eventualmente verificare sono
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stati impediti dal nuovo incatenamento progettato (barre in acciaio di diametro non inferiore a 26 mm). In figura 7 è riportata, per ogni piano, la localizzazione delle catene che dovranno essere inserite.
Figura 7 – Schematizzazione della localizzazione del nuovo incatenamento metallico di ogni piano
o Per quanto riguarda gli architravi delle aperture più danneggiate sarà necessario, durante i lavori di
consolidamento una verifica delle strutture e, nel caso di inadeguatezza, una loro sostituzione con opportuni profili metallici ancorati nella muratura. In particolare si sottolinea la situazione dell’architrave posto al di sopra della porta tamponata al piano terra necessità dell’inserimento di un nuovo architrave che in base alle verifiche effettuate è risultato essere due profili metallici HEA 120 accoppiati.
2. Verifica sismica
L’edificio è situato nel comune di … in zona 3 secondo la classificazione sismica del territorio nazionale inserita nell’Ordinanza del Presidente del Consiglio dei Ministri del 20 marzo 2003 n. 3274, G.U. n.105 del 8.5.2003. Pertanto, per la verifica allo stato limite ultimo (SLU), si considera il valore dell’accelerazione massima del terreno ag = 0.15 g. In mancanza di informazioni certe sulla stratigrafia e sulle proprietà meccaniche del terreno del sito si considera un suolo di categoria D. 4.1 Azione sismica Lo spettro di risposta elastico di accelerazione in unità di g, risulta quindi:
8
2
( ) 0.151.35 1 (2.5 1) 0 0.20.2
( ) 0.151.35 2.5 0.2 0.80.8
( ) 0.151.35 2.5 0.8 2
0.8 2( ) 0.151.35 2.5 2
e
e
e
e
TS T T
S T T
S T TT
S T TT
η
η
η
η
= ⋅ + − ≤ <
= ⋅ ⋅ ≤ <
= ⋅ ⋅ ⋅ ≤ <
⋅= ⋅ ⋅ ⋅ ≤
Con 105
ηξ
=+
, dove ? è il valore in punti percentuali del coefficiente di smorzamento viscoso equivalente.
Per la verifica allo stato limite di danno (SLD) si utilizza lo stesso spettro diviso per il fattore 2.5 considerando uno smorzamento viscoso equivalente del 5 % (? = 1). Per la verifica allo stato limite ultimo (SLU) si considera uno spettro di risposta sovrasmorzato assumendo ? = 0.8. 4.2 Regolarità Sulla base di quanto previsto al punto 4.3 delle Norme Tecniche per il progetto, la valutazione e l’adeguamento sismico degli edifici (Ordinanza PCM 20.03.2003) sussistono i requisiti per considerare l’edificio regolare. 4.3 Modellazione strutturale Sulla base di quanto previsto al punto 4.4 ed al punto 8.1.5.4 delle Norme è possibile una modellazione delle pareti in muratura nel proprio piano tramite modelli elastoplastici a telaio. La struttura è stata modellata ed analizzata con in software di calcolo strutturale TREMURI1 che implementa tali modelli. Il livello di conoscenza della struttura è LC2.
88 89 91 92
93 9495
96 97
98 99 100 101 102
103 104 105 106 107
108 109110 111
112 113
114 115116 117
118 119
120 121 122 123 124 125
204 205
206 207
208 209
211 213 215 217
n49 n52
n53 n56
n57 n60
n61 n64
n108 n111
N1
N6
N11
N16
N21
N26
N31
N36
N50 N51
N54 N55
N58 N59
N62 N63
N107 N109 N110 N112
1 2 3 4
5 6 7 8
9 10 11 12
13 14 15 16
17 18 19 20 21
22 23 24 25 26
27 28 29 30 31
219 221
222 223 224
n2
n7
n12
n17
n113
N1 N3 N4 N5
N6 N8 N9 N10
N11 N13 N14 N15
N16 N18 N19 N20
N107 N116
1 Galasco A., Lagomarsino S., Penna A., 2001, Analisi sismica non lineare di edifici in muratura, Atti del X Convegno Nazionale “L’Ingegneria Sismica in Italia”, Potenza-Matera.
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6364
65
66 67
68
69
70 71 72
73 74 75
7677 78
79
80 81 82 83
84 85 86 87
N5
N10
N15
N20
N25
N30
N35
N40
N41 N42
N43 N44
N45 N46
N47 N48
126 127
128 129
130 131
132
133
134
135 136
137 138
139 140
142
143
144
228 229 230 231
n65
n66
n67
n68
N3
N8
N13
N18
N23
N28
N33
N38
N69
N70
N71
N72
N73
N74
N75
N76
N116 N118N121 N122 Figura 8 – Modello a macroelementi di alcune pareti dell’edificio tramite il codice TREMURI
Figura 9 – Viste 3d del modello strutturale realizzato con il codiceTREMURI Per la modellazione meccanica sono stati adottati i seguenti parametri per il materiale muratura:
E Modulo elastico
G Modulo di elast. tangenziale
? Densità
s Resistenza a compressione
t Resistenza a taglio
3000 MPa 500 MPa 1900 kg/m3 3 MPa 0.12 MPa
4.4. Analisi statica non lineare Ai sensi dei punti 4.5.4 e 8.1.5.4 delle Norme Tecniche per il progetto, la valutazione e l’adeguamento sismico degli edifici (Ordinanza PCM 20.03.2003) è stata effettuata l’analisi statica non lineare dell’edificio nella situazione di progetto dopo l’intervento. Risultato dell’analisi è, nelle due direzioni, una curva di capacità, che descrive il comportamento non lineare della struttura e sulla quale sono identificati gli stati limite di danno (SLD) ed ultimo (SLU). La curva di capacità è ottenuta utilizzando la procedura di analisi ‘pushover’ implementata nel codice di calcolo TREMURI. In entrambe le direzioni sono state applicate due distribuzioni di forze, una corrispondente al primo modo di vibrazione e l’altra proporzionale alle masse della struttura. Dall’analisi modale risultano i primi due modi vibrazione in direzione X e Y, con periodo proprio rispettivamente di T 1 = 0.196 s e T 2 = 0.15 s. Le forme modali, dalle quali sono ricavate le distribuzioni di forze orizzontali, sono rappresentate in figura.
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P1
P2
P3
P4P5
P6
P7
P8
P9
P1
P2
P3
P4P5
P6
P7
P8
P9
T1 = 0.196 s T2 = 0.15 s
Figura 10 – Forme modali 4.4.1 Direzione X Dalla curva di capacità calcolata con la distribuzione di forze corrispondente al primo modo di vibrazione si ricavano i valori di spostamento corrispondenti allo SLD ed allo SLU: SLD: d = 0.52 cm (periodo con rigidezza secante T s = 0.28 s) SLU: d = 1.18 cm (periodo con rigidezza secante T s = 0.53 s)
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3d [cm]
Fb
[kN
]
Curva modello SLD
Curva modello SLU
Stati limite
Figura 11 - Capacity curves SLD(stato limite di danno) e SLU (stati limite ultimo) e performance points
Direzione Y SLD: d = 0.62 cm (periodo con rigidezza secante T s = 0.30 s)
11
SLU: d = 1.85 cm (periodo con rigidezza secante T s = 0.57 s) 4.5. Verifiche di compatibilità degli spostamenti
4.5.1. SLD (stato limite di danno) Direzione X
2 20.28
( ) 0.15 1.35 0.382 2
sd e s
TS T g
π π ∆ = = =
i i cm < 0.52 cm
Direzione Y
2 20.3( ) 0.15 1.35 0.46
2 2s
d e s
TS T g
π π ∆ = = =
i i cm < 0.62 cm
4.5.2. SLU (stato limite ultimo) Direzione X
2 20.53( ) 0.15 1.352.50.8 1.14
2 2s
d e s
TS T g
π π ∆ = = =
i i i cm < 1.78 cm
Direzione Y
2 20.57( ) 0.15 1.352.50.8 1.332 2
sd e s
TS T g
π π ∆ = = =
i i i cm < 1.85 cm