Miglioramento sismico degli edifici in muratura

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CORSO DI RESTAURO ARCHITETTONICO
A.A. 2010-2011
Il comportamento sismico degli
edifici in muratura tradizionale
Aspetti teorici e metodologici
dall’individuazione della
vulnerabilità agli interventi di
miglioramento
Emanuele Zamperini
Corso di Restauro architettonico – A.A. 2010-2011
Ing. Emanuele Zamperini
Scienza delle costruzioni moderna
e strutture in muratura tradizionale
Dalla fine degli anni ’70 –anche a seguito della valutazione
degli esiti degli interventi seguiti ai terremoti del Friuli (1976)
e dell’Irpinia (1980)– alcuni ricercatori (1) evidenziano come
gli strumenti della moderna scienza e tecnica delle
costruzioni –ideati per i materiali e le tecniche costruttive
dell’era industriale– risultino inadatti allo studio delle
costruzioni in muratura tradizionali.
Emerge la necessità di pensare nuovi modelli di analisi del
costruito che ne riflettano il più possibile il reale
comportamento. Sulla linea delle ricerche inaugurate da
Jacques Heyman alla fine degli anni ’60, prendendo le
mosse dalla moderna teoria della plasticità e del calcolo a
rottura si rielaborano criticamente i metodi di verifica di
stabilità della scienza delle costruzioni pre-moderna.
Inadeguatezza
del modello
elastico-lineare
Teoria della
plasticità e del
calcolo a rottura
Metodi di verifica
pre-moderni
(1) In particolare Edoardo Benvenuto, Salvatore Di Pasquale, Antonino Giuffré, Vincenzo
Petrini e i gruppi di ricerca del GNDT – Gruppo Nazionale di Difesa dai Terremoti.
La normativa italiana
(dal D.M. 24-1-1986 del Min. LL. PP. in poi)
prevede due livelli di intervento strutturale
sul costruito in zona sismica:
Un insieme di opere necessarie per rendere l’edificio atto a
resistere ad azioni di progetto equivalenti a quelle previste per le
nuove costruzioni.
Adeguamento
Interventi di adeguamento sono obbligatori solo in occasione di
variazioni sostanziali dell’organismo edilizio, inerenti sia agli
aspetti strutturali sia alle destinazioni d’uso.
Un insieme di opere atte a conseguire un maggior grado di
sicurezza nei confronti delle azioni sismiche senza peraltro
modificare
sostanzialmente
il
comportamento
globale
dell’edificio.
Miglioramento
Adeguamento
«…per mutare il comportamento [al fine di ricondurlo a
quello delle nuove costruzioni] sono in genere
necessari interventi ad alta componente invasiva e
distruttiva, che comprometterebbero la natura storica e
l’autenticità del bene che invece si vuole conservare.
Ma, soprattutto, in quest’ultimo decennio è maturata la
consapevolezza che, inserendo presidi rivolti a mutare
radicalmente il comportamento (ad es. strutture
intelaiate in murature continue, pannelli in c.a.
affiancati, ecc.) si determina un comportamento ibrido,
difficilmente prevedibile e potenzialmente più
sfavorevole di quello che si vuole evitare»
Non si ha
conservazione
Livelli di
sicurezza
incerti e
difficilmente
determinabili
(FRANCESCO DOGLIONI, 2000)
Adeguamento
Inoltre…
«…se l’architettura è costituita da una data struttura, da essa
inseparabile, cui si associa un dato comportamento, un
mutamento globale del comportamento richiede un radicale
cambiamento della struttura, e quindi mina il rapporto
struttura-architettura. Sotto il profilo concettuale la struttura è
il modo di essere dell’architettura, e non accettiamo che ne
venga separata»
Stravolge il
rapporto tra
forma e
struttura
«Il concetto di limitare i lavori di rinforzo al minimo necessario
porta ad utilizzare gli “schemi di risorsa” formatisi nella
statica dell’edificio senza alterarli; trattasi di stati di equilibrio
con cui la fabbrica si è spontaneamente difesa, ma che
durano da secoli per il contrasto e la solidarietà delle
strutture murarie; il turbarli e l’avviare un diverso sistema di
azioni porta talvolta alla necessità di rifare tutto»
Turba gli stati
di equilibrio
naturalmente
assunti
dall’edificio
(GUSTAVO GIOVANNONI)
MIGLIORAMENTO SISMICO
«La strada da percorrere è presto indicata: bisogna
innanzitutto conoscere “cosa” conservare, e da tale
conoscenza far scaturire il “come” conservare con sicurezza»
(ANTONINO GIUFFRÉ, 1993)
«L’obiettivo di rendere compatibili l’aumento della sicurezza
con la conservazione dei monumenti ha come riferimento
concettuale e pratico la categoria normativa del
miglioramento»
SICUREZZA
+
CONSERVAZIONE
Miglioramento
sismico
Funzione di riparazione del
danno presente
Funzione preventiva
RISCHIO SISMICO
Il rischio è «la probabilità che certe conseguenze sociali,
economiche, culturali delle azioni che entro un certo tempo di
riferimento potranno colpire un patrimonio edilizio
raggiungano o superino certe soglie»
(ALFREDO CORSANEGO, 1990)
R = P x V x S (o E)
PERICOLOSITÀ
(delle azioni)
SENSITIVITÀ
(o ESPOSIZIONE)
(del fruitore)
VULNERABILITÀ
(delle costruzioni)
PERICOLOSITÀ SISMICA
La pericolosità è caratteristica propria delle azioni. La P.
sismica può essere definita come la probabilità che entro un
tempo dato le azioni sismiche superino valori stabiliti.
Ogni area territoriale presenta una differente pericolosità che
può essere studiata sulla base dei cataloghi dei terremoti
storici e di analisi geologiche e sismologiche. A partire dai
dati così ottenuti si possono valutare il periodo di ritorno e la
violenza del “terremoto di progetto”.
Violenza
del
terremoto
Accelerazione
del terreno
MAGNITUDO
Danni causati
INTENSITÀ
Caratterizza
le azioni
Periodo di
ritorno
Violenza
Scala Richter
Scala Mercalli
VULNERABILITÀ SISMICA
La vulnerabilità è una caratteristica propria delle costruzioni
(o dell’insieme costruzione + terreno), può essere definita
come la probabilità che a determinate azioni sismiche
corrispondano determinati livelli e tipi di danno.
Gli studi sulle chiese danneggiate dal terremoto del Friuli del
1976 (1) hanno portato ad individuare –a partire dal danno
rilevato sugli edifici studiati– due classi di vulnerabilità: v.
tipica e v. specifica.
Caratterizza le
costruzioni
Vulnerabilità
tipica e
specifica
(1) FRANCESCO DOGLIONI, ALBERTO MORETTI, VINCENZO PETRINI, Le chiese e il
terremoto, LINT, Trieste, 1994.
TIPICA
Relativa alla configurazione planivolumetrica
della fabbrica
SPECIFICA
Relativa a fattori di
debolezza locale
Vulnerabilità
SENSITIVITÀ (o ESPOSIZIONE) SISMICA
La sensitività è una caratteristica propria del fruitore, ovvero
delle persone che, in senso lato usufruiscono della
costruzione. La S. può essere definita come la probabilità
che a determinati livelli di danno corrispondano certe
conseguenze sociali, culturali o economiche.
Caratterizza
il fruitore
La S. rappresenta un parametro utilizzato per quantificare
sinteticamente il numero ed il valore dei beni che possono
essere colpiti dal sisma: riguarda quindi le possibili perdite
sociali (ferimenti, morti, ma anche disagi alla popolazione),
culturali o economiche.
Quantifica le
possibili perdite
sociali, culturali
o economiche
Nel deserto
La SENSITIVITÀ è nulla
In città
La SENSITIVITÀ
è molto elevata
Ad esempio
Fine del miglioramento sismico degli edifici è quello di ridurre
il rischio sismico. Il miglioramento può essere raggiunto
agendo sulla vulnerabilità dell’edificio o sulla pericolosità
delle azioni (ad es. riducendo le masse).
Riduzione delle masse e
rinforzo di una volta con
l’inserimento di frenelli.
(da FRANCESCO GURRIERI,
Manuale per la riabilitazione e
ricostruzione postsismica degli
edifici, DEI – Tipografia del
Genio Civile, Roma, 1999)
NB: In alternativa il rischio può essere ridotto attraverso il cambio di
destinazione d’uso (che può ridurre sia la pericolosità sia la sensitività) o
attraverso l’inserimento nella struttura di isolatori elastomerici (agendo –a
seconda dei punti di vista– sulla pericolosità delle azioni o sulla vulnerabilità).
Una similitudine tradizionale vede il restauratore come un
medico al capezzale dell’edificio malato a causa –ad
esempio– dei dissesti statici, ma per quel che riguarda i
terremoti intervenire quando il danno si è già sviluppato
(ovvero a sisma avvenuto) può significare intervenire troppo
tardi.
Dissesti statici:
Il miglioramento sismico si deve quindi porre in relazione con
la fabbrica seguendo un approccio differente: quello della
medicina preventiva.
Danni sismici:
Si agisce a
POSTERIORI
Si deve agire
a PRIORI
Intervenire prima che il danno si sia presentato presenta però
difficoltà oggettive: dovendo intervenire su un dissesto
ancora solo potenziale, spesso non si può avere l’aiuto che
viene dall’interpretazione del quadro fessurativo.
È quindi importante avere strumenti per prevedere il
comportamento che la struttura oggetto di studio potrebbe
avere in caso di sisma.
Prevedendo il
comportamento
in caso di
sisma
IL DANNO SISMICO
GIUFFRÉ individua due differenti tipi di danno sismico alle strutture murarie:
1° MODO: La muratura si danneggia per l’innescarsi di fenomeni ribaltamento
a causa di azioni agenti ortogonalmente al suo piano medio. In presenza di
tessiture murarie di buona qualità il collasso dipende, più che dalla resistenza
della muratura, quasi unicamente da questioni di equilibrio, fortemente
dipendenti dal collegamento con pareti trasversali e dalla presenza di elementi
spingenti (coperture o volte) o di trattenimento (catene, travi ben collegate,
cordoli). Questo meccanismo può portare a collassi imprevisti e rovinosi.
DANNO DI
1°MODO :
Ribaltamento
fuori del
piano.
2° MODO: La muratura si danneggia lesionandosi a causa di sforzi taglianti
generati da azioni agenti parallelamente al suo piano medio.
Questo
meccanismo
non porta in genere a
collassi rovinosi perché
una muratura di buona
fattura presenta elevata
“duttilità
equivalente”,
ovvero
può
subire
spostamenti anche di
notevole entità dopo
l’apertura di fessure.
DANNO DI
2°MODO :
Rottura a
taglio nel
piano.
Danno di 1° modo (A e
B) e di 2° modo (C).
(da ANTONINO GIUFFRÉ,
Sicurezza e conservazione
dei centri storici. Il caso
Ortigia, Laterza, Bari, 1993)
MECCANISMI DI 1°MODO
I meccanismi di 1° modo corrispondono a valori di accelerazione del
terreno in genere molto bassi, comunque minori a quelli richiesti per
attivare meccanismi del 2° modo. È quindi necessario prima di tutto
evitare meccanismi di 1° modo e poi controllare che l’eventuale
attivazione di meccanismi di 2° modo non porti al collasso.
I valori dell’accelerazione che conducono ai meccanismi di 1° modo
possono essere calcolati abbastanza semplicemente.
Per un muro isolato si ha:
Evitare
meccanismi
di 1°modo
Tenere sotto
controllo i
meccanismi
di 2°modo
F = m x as
P = m xg
F/P = as/g = k da normativa
F = m x as = m x k x g
VERIFICA A RIBALTAMENTO
F x h/2 < P x b/2 F/P = k < b/h b/h è detto moltiplicatore di collasso
FORME DI VULNERABILITÀ TIPICA
DELLE CHIESE
L’elaborazione di
abachi di forme di
vulnerabilità tipica
per determinate
classi di edifici è
finalizzata a cogliere
e mettere in
evidenza i tratti
comuni esistenti tra i
diversi danni
realmente verificatisi
sugli edifici; si
formano così delle
schematizzazioni
atte ad individuare i
tratti fondamentali
del problema ed a
semplificarne lo
studio.
Abaco dei meccanismi di collasso delle chiese (da FRANCESCO DOGLIONI, Codice
di pratica (linee guida) per la progettazione…, Bol. Uff. della Regione Marche, Ancona, 2000)
DELLE CHIESE
Rotazione fuori dal piano (meccanismo di 1° modo) a
seguito di formazione di cerniere cilindriche con assi
obliqui.
DEGLI EDIFICI IN AGGREGATO
Abaco dei meccanismi di collasso degli edifici (da FRANCESCO DOGLIONI, Codice
di pratica (linee guida) per la progettazione…, Bol. Uff. della Regione Marche, Ancona, 2000)
Ribaltamento fuori piano (meccanismo di 1° modo) ver so
l’esterno in presenza di vincolo in sommità.
Espulsione dell’angolata libera con formazione di effetto
arco per il trattenimento in corrispondenza dei solai.
FORME DI VULNERABILITÀ SPECIFICA
Lo studio delle forme di vulnerabilità specifica tende ad individuare quei fattori
che costituiscono condizioni di debolezza (locale o diffusa) della compagine
muraria e che possono quindi favorire l’attivazione di un meccanismo tipico
particolare (tra quelli già individuati) o causarne di differenti. Lo studio della
fabbrica dovrà essere mirato alla conoscenza degli aspetti strutturali, costruttivi
e di degrado proprio dei materiali.
La letteratura individua sei classi di forme di vulnerabilità specifiche (1) relative
a fattori collegabili a:
Le forme di
vulnerabilità
tipica derivano
da condizioni di
debolezza
locale o diffusa.
1. Modalità costruttive iniziali;
2. Processi di trasformazione edilizia;
3. Carenza di connessioni strutturali e difetti degli elementi di
presidio esistenti;
4. Degrado strutturale e debito manutentivo;
5. Dissesti pregressi non sufficientemente riparati;
6. Interventi strutturali recenti eseguiti con tecniche moderne.
(1) Cfr. FRANCESCO DOGLIONI, Codice di pratica (linee guida) per la progettazione…,
Bol. Uff. della Regione Marche, Ancona, 2000.
1. LEGATE ALLE MODALITÀ COSTRUTTIVE INIZIALI
1.1.
Scarsa coesione muraria (assenza di diatoni; scarsa qualità
del legante; paramento esterno e stipiti o architravi di porte e
finestre in pietra squadrata non connessi al resto della
muratura);
1.2.
Elementi che riducono la sezione muraria (canne fumarie,
pluviali o impianti interni alla muratura; nicchie; scale interne a
murature di elevato spessore);
1.3.
Soluzioni strutturali inadeguate (coperture o orizzontamenti
spingenti; timpani o guglie svettanti; elementi strutturali snelli o
con sezione inadeguata; travi che scaricano il loro peso su
una sola parte di un muro a doppio paramento mal connesso);
1.4.
Espulsione del
paramento esterno per
mancanza di coesione
con quello interno.
Particolari distribuzioni delle aperture nelle murature (aperture
troppo vicine a spigoli o tra loro; aperture non allineate).
2. LEGATE A PROCESSI DI TRASFORMAZIONE EDILIZIA
2.1.
Connessione scarsa o assente tra strutture preesistenti e
strutture aggiunte (corpi murari aggiunti a fianco di altri con
connessioni inadeguate o assenti; sopraelevazioni non
adeguatamente connesse);
2.2.
Sottrazione di elementi e/o parti murarie (apertura di finestre;
eliminazione di murature portanti con inserimento di archi o
travi di scarico);
2.3.
Soluzioni strutturali inadeguate (tramezzi o pilastri poggianti
direttamente su volte o solai lignei);
2.4.
Tamponamenti di aperture (tamponamenti di porte o finestre
con pannelli murari non adeguatamente connessi ai margini
delle aperture).
3. LEGATE A CARENZA DI CONNESSIONI STRUTTURALI
E DIFETTI DEGLI ELEMENTI DI PRESIDIO ESISTENTI
3.1.
Connessione scarsa o assente tra muri (connessione
inadeguata tra muri disposti a T o a L);
3.2.
Connessione scarsa o assente tra
muro e copertura
(appoggio delle travi limitato o concentrato; assenza elementi
che garantiscano la continuità del lembo superiore del muro);
3.3.
Connessione scarsa o assente tra muro e solaio (appoggio
delle travi limitato; mancanza di vicolo allo sfilamento);
3.4.
Inadeguato contenimento delle spinte (tiranti inadeguati per
sezione, per dimensione o forma del capochiave, o per rottura;
contrafforti inadeguati per posizione, forma, dimensione,
problemi in fondazione o scarso collegamento con la parete
presidiata).
Mancanza di
connessione tra i muri:
possibili schemi
planimetrici.
4. LEGATE A DEGRADO STRUTTURALE E
DEBITO MANUTENTIVO
4.1.
Degrado dell’intonaco e dei giunti (disgregazione, distacco o
mancanza dell’intonaco; disgregazione o mancanza dei giunti
di malta);
4.2.
Degrado degli elementi lapidei della muratura (il degrado
proprio degli elementi lapidei –erosione, fessurazione per
gelo-disgelo, esfoliazione, disgregazione…– tende a sommarsi
ai danni statici creando un circolo vizioso);
4.3.
Degrado di elementi lignei (dovuto a presenza d’acqua,
aggressione biologica o microbiologica, danni da incendio non
riparati);
4.4.
Degrado degli elementi metallici (tiranti soggetti a fenomeni
avanzati di ossidazione o corrosione).
LE FASI DEL PROGETTO DI
MIGLIORAMENTO
1.
Conoscenza dell’oggetto di studio.
2.
Progetto di danno:
3.
a.
Esame del quadro fessurativo;
b.
Esame delle forme di vulnerabilità specifiche;
c.
Individuazione dei possibili meccanismi di collasso
connessi alle forme di vulnerabilità tipica e loro
adattamento al caso di studio;
d.
Calcolo del moltiplicatore di collasso relativo a ciascuno
dei meccanismi individuati.
Individuazione degli interventi atti a modificare i meccanismi di
collasso previsti o a rendere più elevati i moltiplicatori. Ciascuna
soluzione tecnica adottata dovrà rispondere ad una carenza
individuata nel progetto di danno, evitando quindi interventi
generici e aprioristici.
IL PROGETTO DEGLI INTERVENTI DI
MIGLIORAMENTO (1)
Nelle istruzioni del Ministero per i Beni Culturali e Ambientali
del 29 ottobre 1996, redatta dal Comitato nazionale per la
prevenzione del patrimonio culturale dal rischio sismico
recante le Norme tecniche per la redazione di progetti di
restauro relativi a beni architettonici di valore storicoartistico in zona sismica si afferma che:
«Le Operazioni tecniche di intervento sono di regola rivolte a
singole parti del bene architettonico, nel quadro della
indispensabile visione di insieme che ne estenda il beneficio
all’intero manufatto edilizio».
Le norme tecniche indicano per i differenti elementi strutturali
che compongono la fabbrica gli interventi preferibili, quelli
accettabili in mancanza di soluzioni alternative di equivalente
sicurezza e quelli da evitare.
Norme tecniche
per la redazione di
progetti di restauro
relativi a beni
architettonici di
valore storico
artistico in zona
sismica
Interventi mirati a
singole parti della
fabbrica, ma con
l’intento di
migliorarne
complessivamente
il comportamento
MIGLIORAMENTO (2)
FONDAZIONI:
Premesso che:
1. Si deve intervenire solo in presenza di dissesti;
2. Si deve intervenire solo dopo un rilievo sistematico delle
fondazioni esistenti;
3. Si deve mirare alla massima uniformità nelle condizioni
di appoggio.
Gli interventi che dovranno essere preferiti sono quelli si
ampliamento della base fondale mediante sottomurazione.
Interventi con micropali o altri interventi di consolidamento
dei terreni potranno essere effettuati «solo ove non esistano
valide alternative» e previa approfondita documentazione.
Ampliamento della
base fondale con
sottomurazione
MIGLIORAMENTO (3)
FONDAZIONI:
L’appoggio dell’edificio sul terreno deve essere garantito
anche durante l’esecuzione dei lavori: si deve procedere per
cantieri e sottocantieri, puntellando man mano i muri
soprastanti. Particolare attenzione deve essere rivolta alla
sottomurazione delle connessioni tra muri (a croce ed a T).
«L’allargamento
delle
fondazioni
non
è
efficace
quando i cedimenti
sono provocati da
strati compressibili
profondi, in quanto
tale allargamento
non
modifica
significativamente
l’intensità
delle
pressioni oltre una
certa profondità».
(G. CROCI, 2001)
(immagini tratte da:
SISTO MASTRODICASA,
Dissesti statici delle
strutture edilizie, Hoepli,
Milano, 1993)
MIGLIORAMENTO (4)
FONDAZIONI:
In presenza di cedimenti
localizzati la realizzazione di
micropali potrebbe essere
limitata alle zone interessate
dal fenomeno, ma «questa
soluzione
può
essere
rischiosa, in quanto viene
alterata la distribuzione delle
rigidezze
del
complesso
terreno-struttura […]; vi è il
rischio che nel tempo si
sviluppino nuovi cedimenti,
seppur distribuiti diversamente».
(G. CROCI, 2001)
Importante rispettare, anche nella
realizzazione
di
micropali, il principio della ricerca
della massima uniformità di distribuzione
degli
sforzi sul terreno:
in
presenza
di
cedimenti
questi
risulterebbero uniformi)
(immagine tratta da:
GIORGIO CROCI,
Conservazione e restauro
strutturale dei beni
architettonici, UTET,
Torino, 2001)
MIGLIORAMENTO (5)
SETTI MURARI:
«L’intervento deve mirare a far recuperare alla parete una
resistenza sostanzialmente uniforme e una continuità nella
rigidezza, anche realizzando gli opportuni ammorsamenti
qualora mancanti».
Cuci-scuci
INTERVENTI SUGGERITI:
- Riparazione di lesioni (p.e. con la tecnica del cuci-scuci);
- Eliminazione, ove necessario, di cavità (canne fumarie…);
- Miglioramento delle caratteristiche di murature scadenti
(ristilatura profonda dei giunti di malta, creazione di diatoni).
Inserimento di
porzioni passanti
di muratura in
mattoni in breccia
(da Giuffré)
INTERVENTI SCONSIGLIATI:
- Iniezioni di miscele leganti (effettuabili solo dopo avere
verificato la compatibilità e la “iniettabilità” della muratura);
- Cuciture armate;
- Inserimento di elementi in conglomerato cementizio armato.
Inserimento di
diatoni in breccia
(da Giuffré)
Ristilatura
profonda dei giunti
MIGLIORAMENTO (6)
SETTI MURARI:
Il comportamento delle murature soggette ad azioni sismiche
non è governato dalla resistenza della muratura stessa solo
se la parete soggetta ad azioni ortogonali al proprio piano
medio può essere assimilata ad un corpo rigido.
Questa ipotesi è valida per murature ben apparecchiate,
ovvero simili all’opus quadratum delle costruzioni romane.
Nell’opus quatratum
ad un corso di conci
di sposti di fascia
(ortostrati) se ne
alterna un altro di
conci
disposti
di
punta (diatoni).
La monoliticità della parete consente il realizzarsi dell’effetto
arco (o cupola) nello spessore.
(immagini tratta da:
ANTONINO GIUFFRÉ,
Letture sulla meccanica…,
cit. e GIORGIO CROCI,
Conservazione e restauro
strutturale…, cit.)
La muratura deve
essere assimilabile
ad un corpo rigido.
MIGLIORAMENTO (7)
SETTI MURARI
Muri a doppio paramento
(eventualmente con “sacco”
interno) senza diatoni, muri con
giunti di malta erosi in profondità
o fortemente disgregati e muri in
pietra grezza o ciottoli hanno un
comportamento molto peggiore:
nel 1° caso la parete si
comporta come due muri
affiancati
(moltiplicatore
si
dimezza); nel 2° si riduce il
braccio
del
momento
stabilizzante; nel terzo si
sviluppano entrambi i fenomeni
negativi.
ANTONINO GIUFFRÉ,
Letture sulla meccanica
delle murature storiche,
Kappa, Roma, 1991 e da
FRANCESCO
GUERRIERI, Manuale per
la riabilitazione…, Regione
dell’Umbria, DEI, Roma,
1999.)
MIGLIORAMENTO (8)
Ammorsamento
trasversale
mediante la
costruzione in
breccia di
muratura di
mattoni: s< 40 cm,
da posizionare ove
conviene nelle
zone di minore
qualità (Giuffré)
ANTONINO GIUFFRÉ,
dei centri storici. Il caso di
MIGLIORAMENTO (9)
Introduzione di
diatoni artificiali in
breccia, ad
interasse pari a 3
volte lo spessore
del muro, armati
con 4 ø8 e staffa
ø5 a spirale
(Giuffré)
ANTONINO GIUFFRÉ,
MIGLIORAMENTO (10)
Introduzione di
chiavi armate in
perforazione da 15
cm di diametro, ad
interasse non
superiore ad 1 m,
armati con 5 ø8 e
staffa ø5 a spirale
(Giuffré)
ANTONINO GIUFFRÉ,
MIGLIORAMENTO (11)
PILASTRI E COLONNE:
- Cerchiature e tassellature (al fine di aumentare la
resistenza a compressione);
- Eliminazione delle spinte (al fine di avere compressione
uniforme).
- Inserimento di anime metalliche;
- Precompressione;
- Perforazioni armate;
- Ogni intervento volto a conferire resistenza a taglio e
flessione.
SISTO MASTRODICASA,
Dissesti statici delle
strutture edilizie, Hoepli,
Milano, 1993)
MIGLIORAMENTO (10)
ARCHI E VOLTE:
- Riparazione delle lesioni;
- Inserimento di catene alle reni. Qualora non fosse possibile
inserirle alle reni sarà necessario fare verifiche specifiche
dell’efficacia dell’inserimento in posizioni differenti per il
contenimento delle spinte;
- Provvedimenti atti a ridurre le masse e a vincolare le
deformazioni estradossali come frenelli o rinfianchi
coerenti alleggeriti.
Riparazione delle
lesioni
Catene
Frenelli e rinfianchi
alleggeriti
- Placcaggio estradossale (cappe in calcestruzzo armato).
MIGLIORAMENTO (11)
ARCHI E VOLTE:
L’utilizzo di frenelli (muricci estradossali) in muratura di
mattoni pieni consente di ridurre le masse e quindi le
sollecitazioni sismiche e di vincolare la deformazione delle
volta.
In corrispondenza
di alcuni dei frenelli
possono
essere
collocati dei tiranti.
Gli spazi vuoti al di
sopra della volta
possono
essere
inoltre sfruttati per
l’inserimento degli
impianti.
Riduzione delle
masse e delle
azioni sismiche
Controllo delle
deformazioni del
profilo della volta
FRANCESCO GURRIERI,
Manuale per la
riabilitazione e ricostruzione
postsismica degli edifici,
DEI – Tipografia del Genio
Civile, Roma, 1999)
MIGLIORAMENTO (12)
ARCHI E VOLTE:
La disposizione di tiranti incrociati previene la deformazione
della scatola muraria e quindi le sollecitazioni sulla volta.
FRANCESCO GURRIERI,
Manuale per la
riabilitazione e ricostruzione
postsismica degli edifici,
DEI – Tipografia del Genio
Civile, Roma, 1999)
MIGLIORAMENTO (13)
SOLAI:
- Irrigidimento nel piano (dei tavolati in legno con un secondo
tavolato sovrapposto ortogonalmente al primo; dei solai
con travetti in legno e pianelle o con putrelle e voltine o
tavelloni con caldana armata alleggerita);
- Collegamento ai muri perimetrali di travi e solette;
- Incatenamenti e collegamenti perimetrali puntuali;
- Eventuale incremento della sezione resistente di travi in
legno in zona compressa.
Irrigidimento nel
piano
Incatenamenti e
collegamenti ai
muri perimetrali
Incremento della
resistenza delle
travi
- Cordoli in breccia;
- Solai laterocementizi.
MIGLIORAMENTO (14)
SOLAI:
Le azioni causate dal terremoto generano nei setti murari
sollecitazioni di taglio e flessione; gli elementi che
maggiormente possono fornire resistenza a queste
sollecitazioni sono le pareti dirette parallelamente all’azione
del sisma.
Siccome le azioni sismiche interessano tutti gli elementi in
maniera proporzionale alla loro massa, è necessario
trasferire le forze orizzontali agenti sull’edificio ai setti
orientati parallelamente alla direzione del sisma.
In presenza di azioni orizzontali il ruolo dei solai diventa
quindi non solo quello di trasmettere alle strutture murarie i
carichi verticali, ma anche quello di distribuire le azioni
orizzontali.
Per ottenere questo risultato è necessario che i solai abbiano
una significativa rigidezza nel loro piano.
Per distribuire
meglio le azioni
orizzontali dovute
al sisma
È necessario che i
solai abbiano una
significativa
rigidezza nel loro
piano.
MIGLIORAMENTO (15)
SOLAI con travetti e tavolato ligneo:
ANTONINO GIUFFRÉ,
I travetti forniscono
collegamento in una
direzione, nell’altra è
necessario disporre
dei tiranti in piatto
metallico inchiodati
al
tavolato.
Per
evitare
che
il
tavolato abbia deformazioni angolari nel
piano si dispongono
delle biette a cavallo
delle giunzioni delle
tavole che vengono
inchiodate ad ogni
travetto.
MIGLIORAMENTO (16)
Chiodi in numero
eccessivo ed allineati:
soluzione scorretta.
Tavole connesse con 2
o 3 chiodi ogni travetto,
chiodi non allineati:
soluzione CORRETTA.
FRANCO LANER,
Tecnologia del recupero
delle strutture lignee, Flap
Edizioni, Mestre, 2005)
Il tavolato esistente
è reso solidale alle
travi sottostanti e si
sovrappone
un
secondo tavolato
opportunamente inchiodato al primo.
Ciascun tavolato ha
una differente rigidezza nelle due
direzioni (parallela
ed ortogonale ai
giunti) a causa del
comportamento ortotropo del legno.
MIGLIORAMENTO (17)
Si sovrappone al tavolato esistente un graticcio ligneo formato da
travetti giuntati a mezzo legno e connessi ai travetti inferiori con
cavicchi (pioli) anch’essi in legno.
FRANCO LANER,
Tecnologia del recupero
delle strutture lignee, Flap
Edizioni, Mestre, 2005)
MIGLIORAMENTO (18)
Si sovrappone al tavolato esistente una soletta in calcestruzzo
resa collaborante con l’uso di connettori. La soletta deve essere
collegata anche alle murature perimetrali.
MIGLIORAMENTO (19)
ANTONINO GIUFFRÉ,
MIGLIORAMENTO (20)
SOLAI con pianelle in laterizio:
Si sovrappone al pianellato esistente una soletta in calcestruzzo
resa collaborante con l’uso di connettori. La soletta deve essere
collegata anche alle murature perimetrali.
«per non indebolire
la
muratura
il
cordolo in c.a. è
stato ricavato nello
spessore del solaio
stesso e per il
medesimo motivo si
sono preferiti gli
staffoni trivellati alle
[…] code di rondine»
ARIO CECCOTTI,
MAURIZIO FOLLESA,
MARCO PIO LAURIOLA,
Le strutture in legno in
zona sismica. Criteri e
regole per la progettazione
ed il restauro, CLUT,
Torino, 2005)
MIGLIORAMENTO (21)
SOLAI con travi lignee:
Una particolare forma di vulnerabilità dei solai con orditure lignee è
legata alla possibilità di sfilamento delle teste delle travi dalle loro
sedi. Per ridurre la vulnerabilità e collegare pareti tra loro parallele è
necessario realizzare l’ancoraggio nelle murature di tutte le travi
principali e di alcuni dei travetti.
ANTONINO GIUFFRÉ,
MIGLIORAMENTO (22)
SOLAI con putrelle e voltine:
I solai con putrelle e
voltine hanno una
elevata vulnerabilità
sismica: in presenza
di spostamenti dei
muri paralleli alle
putrelle le voltine
possono facilmente
collassare; è quindi
necessario
creare
collegamenti
trasversali tra i muri
d’ambito.
MIGLIORAMENTO (23)
Intervento sconsigliato:
Solai laterocementizi con cordoli in breccia.
a) La realizzazione della breccia per l’inserimento del cordolo muta il
regime statico della muratura causando la migrazione degli sforzi
verso il paramento esterno;
b) Il nuovo solaio grava esclusivamente sul paramento interno;
c) In presenza di azioni sismiche il nuovo solaio spinge sul
paramento esterno causandone l’espulsione.
A. BORRI, A DE MARIA,
Alcune considerazioni in
materia di analisi e di
interventi sugli edifici in
muratura in zona sismica,
in Atti dell’XI Congresso
Nazionale “L’ingegneria
Sismica in Italia”, Genova
25-29 gennaio 2004)
MIGLIORAMENTO (24)
TETTI:
- Contenimento delle spinte;
- Controventamento della falda;
- Connessione degli elementi lignei tra loro ed alle murature
portanti (con elementi metallici);
- Rafforzamento del punto di contatto tra muro e tetto con
cordoli-tirante in legno o acciaio –Giuffré propone anche
cordoli murari armati– al fine di ripartire adeguatamente il
carico del tetto sulle murature e di garantire una resistenza
a trazione alla parte superiore del muro.
- Sostituzioni generalizzate;
- Tetti in calcestruzzo armato, laterocementizi o altre
soluzioni a massa e rigidezza eccessiva;
- Cordoli in c.a.
Contenimento
delle spinte
Controventamento
di falda
Collegamenti
Cordoli-tirante in
legno, acciaio o
muratura armata
(da Giuffré)
MIGLIORAMENTO (25)
TETTI:
Contenimento delle spinte e controventamento.
ANTONINO GIUFFRÉ,
MIGLIORAMENTO (26)
TETTI:
Un profilato ad L (o a C)
può essere inserito lungo
il perimetro dell’ambiente
e collegato alla muratura
con perforazioni inclinate
armate con barre filettate.
Questo profilo costituisce
un appoggio per le teste
dei travetti e la base per
l’ancoraggio dei cavetti di
controventamento.
MASSIMO
MARIANI, Consolidamento delle
strutture lignee con l’acciaio, DEI
Tipografia del genio civile, Roma,
2004)
MIGLIORAMENTO (27)
TETTI:
Collegamento
dei
travetti alla trave di
colmo con staffe
metalliche e chiodi.
La realizzazione di
queste connessioni
previene fenomeni
di scivolamento dei
travetti dall’appoggio
sulla trave di colmo.
ANTONINO GIUFFRÉ,
MIGLIORAMENTO (28)
TETTI:
La realizzazione di
cordoli sommitali in
muratura
armata
consente: (a) di
fornire una certa
resistenza
a
trazione al lembo
superiore del muro;
(b) di realizzare un
migliore collegamento della struttura del
tetto con il muro; (c)
di ripartire meglio il
carico del tetto sul
muro.
ANTONINO GIUFFRÉ,
MIGLIORAMENTO (29)
TETTI:
La realizzazione di
cordoli sommitali in
costituiti da elementi
forati in laterizio
alternati a nastri di
FRP (polimeri fibrorinforzati)
ha
il
vantaggio
della
ridotta invasività ed
elevata leggerezza.
ANTONIO BORRI,
ANDREA GIANNANTONI,
ANDREA GRAZINI, Cordoli
di sommità realizzati con
“laterizio lamellare” in FRP,
in Atti dell’XI Congresso
Nazionale “L’ingegneria
Sismica in Italia”, Genova
25-29 gennaio 2004)
MIGLIORAMENTO (30)
TETTI:
Cordolo sommitale reticolare
in acciaio e doppio tavolato
con listello ed isolante
interposti.
FRANCESCO DOGLIONI,
Codice di pratica (linee
guida) per la progettazione
degli interventi di
riparazione, miglioramento
sismico e restauro dei beni
architettonici danneggiati
dal terremoto umbromarchigiano del 1997, Boll.
Uff. della Regione Marche,
Ancona, 2000)
MIGLIORAMENTO (31)
INCATENAMENTI METALLICI:
«La pratica tradizionale di inserire catene e tiranti in metallo
va considerata, in via generale, come la risposta di maggior
efficacia in funzione antisismica rispetto all’impatto causato
sul manufatto, per cui si richiede che essa vada adottata
sistematicamente».
Si suggerisce di utilizzare barre tonde lisce in acciaio a
bassa resistenza con capichiave esterni adatti a distribuire
sufficientemente le sollecitazioni. I tiranti saranno posti ad
ogni piano in corrispondenza dei muri portanti trasversali e
collocati ai due lati dei muri stessi.
Qualora fosse necessario collocare un tirante all’interno del
muro (forandolo in direzione longitudinale) sarà inserito in
guaina e non iniettato, per rendere “reversibile” l’intervento,
consentire l’eventuale ripresa di tesatura ed evitare
l’insorgenza di sollecitazioni indesiderate.
Capichiave esterni
e sufficientemente
grandi
Ad ogni piano due
tiranti in
corrispondenza di
ciascun muro
portante
trasversale
MIGLIORAMENTO (32)
A – Tirante doppio ai lati del muro trasversale: capochiave esterno
prefabbricato in c.a., capochiave interno con profilo a C.
B – Tirante sdoppiato per ancorarsi agli spigoli opposti del vano.
C – Tirante in perforazione senza capochiave posteriore iniettato
con malta cementizia (sconsigliato).
ANTONINO GIUFFRÉ,
MIGLIORAMENTO (33)
Ancoraggio all’interno del vano: in collegamento è ottenuto con una
tavola lignea composta dotata di teste in lamiera ancorate nella
muratura.
ANTONINO GIUFFRÉ,
BIBLIOGRAFIA
ALESSANDRO BARATTA, ILEANA CORBI, Materiali compositi per il ripristino di pannelli murari, in Atti dell’XI Congresso
Nazionale “L’ingegneria Sismica in Italia”, Genova 25-29 gennaio 2004.
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ANTONIO BORRI, A DE MARIA, Alcune considerazioni in materia di analisi e di interventi sugli edifici in muratura in zona
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solai tradizionali prima e dopo gli interventi, in Atti dell’XI Congresso Nazionale “L’ingegneria Sismica in Italia”, Genova
25-29 gennaio 2004.
ANTONIO BORRI, MARCO CORRADI, ANDREA VIGNOLI, Nuove sperimentazioni per la valutazione della resistenza a
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ANTONIO BORRI, ANDREA GIANNANTONI, Esempi di utilizzo dei materiali compositi per il miglioramento degli edifici in
muratura, in Atti dell’XI Congresso Nazionale “L’ingegneria Sismica in Italia”, Genova 25-29 gennaio 2004.
ANTONIO BORRI, ANDREA GIANNANTONI, ANDREA GRAZINI, Cordoli di sommità realizzati con “laterizio lamellare”
in FRP, in Atti dell’XI Congresso Nazionale “L’ingegneria Sismica in Italia”, Genova 25-29 gennaio 2004.
ANTONIO BORRI, ANDREA GRAZINI, Criteri e metodologie per il dimensionamento degli interventi con FRP nel
miglioramento sismico degli edifici in muratura, in Atti dell’XI Congresso Nazionale “L’ingegneria Sismica in Italia”,
Genova 25-29 gennaio 2004.
Corso
Corso di
di Restauro
Restauro architettonico
architettonico –– A.A.
A.A. 2010-2011
2010-2011 – Ing. Emanuele Zamperini Ing. Emanuele Zamperini
BIBLIOGRAFIA
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Corso
Corso di
di Restauro
A.A. 2010-2011
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Corso
Corso di
di Restauro
A.A. 2010-2011

Miglioramento sismico degli edifici in muratura

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