universita` degli studi di napoli federico ii abstract tesi di laurea

UNIVERSITA' DEGLI STUDI DI NAPOLI
FEDERICO II
SCUOLA POLITECNICA E DELLE SCIENZE DI BASE
Dipartimento di Strutture per l’ingegneria e l’architettura
CORSO DI LAUREA MAGISTRALE
IN
INGEGNERIA STRUTTURALE E GEOTECNICA
ABSTRACT TESI DI LAUREA
ANALISI DELLA VULNERABILITÁ SISMICA DI
EDIFICI ESISTENTI DI CARATTERE STORICO ED
APPROVAZIONE, IN POST OPERAM, DI TECNICHE
INNOVATIVE PER LA MITIGAZIONE DEL RISCHIO
SISMICO
RELATORE
PROF. ING. G. M. VERDERAME
CANDIDATO:
FERDINANDO GATTA M56/160
CORRELATORE
PROF. ING. CARMINE MASCOLO
Anno Accademico 2014/2015
Il lavoro di tesi redatto, è frutto dell’attività di tirocinio svolta durante il percorso di
laurea magistrale, in cui si è scelto di approfondire le tematiche di analisi della
vulnerabilità e di interventi innovativi finalizzati al miglioramento sismico e per la
salvaguardia di edifici esistenti in muratura di interesse storico-patrimoniale, oggetto di
danneggiamento a seguito di eventi sismici violenti.
Sulla base di tale tema, il lavoro è stato organizzato in 2 parti:
1) nella prima parte sono state riportate alcune note che spiegano la differenza tra
la procedura per la valutazione della sicurezza riportata nel Decreto Ministeriale
del 14/01/2008 e nelle Linee Guida del 09/02/2011, dove è stato evidenziato che
in quest’ultimo viene prescritto un ulteriore stato limite che si va ad unire con
quelli inerenti allo SLU ed SLE prescritti anche nel D.M. 14/01/2008, ovvero lo
SLA (Stato limite di Danno ai beni Artistici), con lo scopo di effettuare delle
analisi tenendo conto un’azione sismica più gravosa.
A seguire è stata riportata la descrizione del metodo scelto per la modellazione
dell’edificio analizzato, ovvero il metodo del telaio equivalente (metodo SAM),
e la procedura svolta per l’analisi sismica globale, ovvero l’analisi statica non
lineare con la valutazione dell’indicatore di rischio.
A monte di tale spiegazione si è ritenuto necessario riportare alcune nozioni
riguardanti il comportamento delle strutture storiche in muratura in zona
sismica, evidenziando che gli eventi sismici sono tra le cause principali del
danno e della perdita del patrimonio culturale a causa dell’inadeguatezza di
questi edifici di rispondere positivamente alle azioni sismiche, a causa della
qualità scadente del materiale con cui sono stati edificati nei tempi passati e
soprattutto per l’assenza di presidi antisismici, quali: assenza di cordoli di
collegamento tra gli elementi verticali costituenti, assenza di catene metalliche e
presenza di solai deformabili. L’assenza di questi dispositivi, infatti, accresce il
pericolo di formazione di meccanismi locali fuori piano, che si tramuta in un
comportamento flessionale e/o ribaltamento di intere facciate. La presenza,
invece, di cordoli di coronamento, di solai rigidi e altri dispositivi di
collegamento e di ripartizione dell’azione sismica tra i vari elementi costituenti,
fa si che l’edificio assuma un comportamento scatolare, e che quindi la presenza
di lesioni, anche di più elementi, non provoca il collasso della struttura ma,
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invece, accresce il periodo proprio di vibrazione e di conseguenza la
deformabilità, il che si traduce in aumento della capacità di smorzamento.
A seguire, prima della presentazione del caso-studio, sono stati riportati alcuni
interventi di miglioramento sia globali che locali da poter prendere in
considerazione per gli edifici in muratura che, a fronte di analisi sia visive che
quantitative, li richiedono. In particolare è stata riportata la tabella C8A.2.2,
dove la relativa Circolare n° 617/2009, mette a disposizione i coefficienti di
incremento delle resistenze dei vari materiali costituenti le murature, in modo
che in corrispondenza dell’intervento globale scelto, il progettista può utilizzare
il corrispondente coefficiente di incremento delle resistenze.
2) La seconda parte riguarda la presentazione del caso-studio. Il lavoro che è stato
riportato, descrive in un certo senso le problematiche più presenti che riguardano
la categoria di edifici storici-patrimoniali investiti da un terremoto violento.
Il caso svolto è stato l’analisi della vulnerabilità sismica di “Palazzo
Margherita”, ovvero un edificio storico in muratura edificato nel XIII secolo,
sito a L’Aquila e sede principale del municipio cittadino, oggetto di
danneggiamento a causa del disastro sismico avvenuto il 6 Aprile del 2009.
Si riporta un immagine raffigurante l’edificio in questione:
2
La struttura è composta dalla Torre civica alta 41 metri, costituita da muratura portante
classificabile in blocchi di pietra squadrata, e dal Palazzo, che si sviluppa su 3 piani e
che costituito anch’esso da muratura portante ma classificabile in pietrame disordinato.
L’analisi della vulnerabilità dell’edificio in questione è stata svolta sia nella condizione
ante-operam che nella condizione post-operam, promuovendo, nell’arco della
valutazione della sicurezza interventi innovativi mirati al miglioramento sismico e
quindi alla diminuzione della domanda.
Le valutazioni svolte, sono state effettuate in ottemperanza a quanto previsto dalle
seguenti normative:
-
D.M. 14.01.2008, Nuove Norme Tecniche per le Costruzioni;
-
Circolare Ministeriale n° 617 del 2009;
-
Linee Guida per la Valutazione e Riduzione del Rischio Sismico del Patrimonio
Culturale, allineamento alle nuove Norme tecniche per le costruzioni.
In particolare sono state effettuate verifiche di sicurezza in condizioni pre-sisma,
considerando l’edificio connesso alla torre civica, ed in condizioni post-sisma, dove la
struttura è stata studiata dividendola in 2 parti (Palazzo e Torre), per effetto della rottura
della giunzione, manifestatosi durante l’evento sismico, e che teneva congiunti i 2
blocchi.
Tutti gli interventi globali proposti, sono stati applicati ad una struttura integra, resa cioè
completamente collaborante e coesa, per cui, visto lo stato di danneggiamento presente
e rilevabile attraverso le analisi visive effettuate e disponibili nella documentazione a
base di gara consultabile sul sito del comune dell’Aquila, sono state effettuate prima le
analisi locali, in modo da disinnescare la formazione di eventuali meccanismi fuori
piano delle facciate. Quindi, visto il danneggiamento presente, ad esempio, sintomi di
attivazione di meccanismi locali, lesioni riscontrate in corrispondenza di murature a
martello e cantonali, scarso sistema di vincolo in sommità dei maschi rilevabile sia dalla
quantificazione del meccanismo di ribaltamento che dalla rottura dell’ancoraggio delle
capriate in sommità, si è stati costretti ad intervenire prioritariamente prima di una
qualsiasi indagine quantitativa attraverso tecniche appropriate come: “cucitura dei muri
cantonali e a martello”, in modo da ristabilire l’ammorsamento tra le varie pareti
portanti, e l’istituzione di un “cordolo sommitale in mattoni, armato con fibra in acciaio
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e tiranti per l’ancoraggio della copertura”. Si precisa, altresì, che tale sistema di
ancoraggio non è stato calcolato, ma è stata riportata solo la descrizione tipologica
dell’intervento.
Una volta apportati tali interventi locali, visto che le pareti risultano ben vincolate alla
base ed in sommità, ma con i 2 solai intermedi non efficacemente trattenuti, è stato
indagato come meccanismo locale, quello verticale a 3 piani per le facciate che si
sviluppano per l’intera altezza del Palazzo, e ad 1 piano per quelle che si sviluppano in
corrispondenza di un sol piano. Fatta questa analisi quantitativa si è constatato che
alcune pareti, corrispondenti al piano terra e primo piano, necessitano di ulteriori
interventi per disinnescare l’effetto locale a cui vanno incontro. A tal proposito, si è
scelto di utilizzare una coppia di tiranti per le pareti non verificate, adatti sia al
consolidamento che alla conservazione dei beni architettonici, ovvero il sistema di
incatenamento “BOSSONG”.
Reintegrato il comportamento originario, si è passati alla verifica globale dell’edificio
utilizzando l’analisi statica non lineare per la valutazione dell’indice di rischio.
In particolare, prima della modellazione, sono state riportate le tecniche di riparazione
dei solai, che dalle indagini conoscitive riportate nella documentazione a base di gara
sono state riscontrate diverse lesioni riconducibili ad un comportamento flessionale.
Pertanto si è ritenuto opportuno intervenire prioritariamente mediante tecniche
specifiche per l’irrigidimento dei solai in questione e l’ammorsamento degli stessi alle
pareti verticali. Fatto ciò si è passati alla modellazione della struttura a telaio
equivalente (metodo SAM), mediante il codice di calcolo MIDAS gen, e, considerando
gli impalcati infinitamente rigidi nel proprio piano, si è svolta l’analisi di pushover,
dove il programma fornisce il valore delle capacità da utilizzare per la verifica
dell’indicatore di rischio. Si riporta il modello meccanico dell’edificio implementato nel
codice di calcolo:
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Attraverso la creazione di un foglio excel, è stata effettuata la valutazione delle PGA
capaci relative a ciascun caso di analisi, scalando opportunamente gli spettri attraverso
una procedura analitica, e, rapportando alle stesse il valore delle PGA richieste, si è
giunti alla determinazione dell’indicatore di rischio, che è risultato, per ciascun caso di
analisi, sia per la Torre che per l’edificio, inferiore del 60%. Visto il risultato
quantitativo ottenuto, ed avendo recepito che il danno comprende all’incirca il 75%
degli elementi costituenti, ovvero più dei 2/3, in accordo a quanto prescritto nelle Linee
Guide 2011 che da ovvero che danno delle indicazioni per la valutazione e riduzione del
rischio sismico del patrimonio tutelato, in accordo alle Norme Tecniche per le
Costruzioni (D.M. 14/01/2008) e la relativa Circolare n° 617/2009, si è deciso di
intervenire mediante “miglioramento sismico”. Come primo intervento apportato, visto
che gli elementi appaiono visivamente lesionati si è deciso di intervenire dapprima
mediante la tecnica delle iniezioni di miscele leganti, e valutando i grado di
miglioramento apportato dopo l’applicazione di tale intervento, si è ritenuto opportuno
migliorare l’edificio mediante l’applicazione di intonaci armati in GFRP e “diatoni
attrezzati”. A monte dell’applicazione di questi interventi, per la valutazione del
miglioramento apportato, sono stati applicati i coefficienti di incremento delle resistenze
dei materiali costituenti le murature portanti che appaiono nella tabella C8A.2.2. Dalle
analisi definitive, si è scaturito che il livello di sicurezza è aumentato di quasi il doppio
per quanto concerne il palazzo, e di circa il 30% riguardo la Torre civica. Si riportano,
in definitiva, le seguenti tabelle contenenti i risultati degli indicatori di rischio inerenti
sia al Palazzo che alla Torre, e per ciascun caso di analisi:
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EDIFICIO STATO DI FATTO
CASO
modo X
modo Y
massa X
massa Y
PGA c
0,143
0,138
0,133
0,135
PGA r
0,301
0,301
0,301
0,301
Ir
0,475
0,458
0,442
0,449
EDIFICIO STATO DI PROGETTO (INIEZIONI)
CASO
modo X
modo Y
massa X
massa Y
PGA c
0,176
0,171
0,183
0,189
PGA r
0,301
0,301
0,301
0,301
Ir
0,585
0,568
0,608
0,628
TORRE STATO DI FATTO
CASO
modo X
modo Y
massa X
massa Y
PGA c
0,176
0,166
0,185
0,173
PGA r
0,301
0,301
0,301
0,301
Ir
0,585
0,551
0,615
0,575
TORRE STATO DI PROGETTO (INIEZIONI)
CASO
modo X
modo Y
massa X
massa Y
PGA c
0,216
0,201
0,219
0,211
PGA r
0,301
0,301
0,301
0,301
Ir
0,718
0,668
0,728
0,701
EDIFICIO STATO DI PROGETTO (INTONACO ARMATO)
TORRE STATO DI PROGETTO (INTONACO ARMATO)
CASO
modo X
modo Y
massa X
massa Y
CASO
modo X
modo Y
massa X
massa Y
PGA c
0,236
0,229
0,241
0,249
PGA r
0,301
0,301
0,301
0,301
Ir
0,784
0,761
0,801
0,827
PGA c
0,250
0,242
0,256
0,247
PGA r
0,301
0,301
0,301
0,301
Ir
0,831
0,804
0,850
0,821
con:
-
PGAc = PGAcapace;
-
PGAr = PGArichiesta;
-
Ir = Indicatore di rischio.
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