Podesta - Danni patrimonio storico

Transcript

Il sisma ed il patrimonio storico monumentale
dell’aquilano
Stefano Podestà
DICAT – Università di Genova, Italia
Università degli Studi di Genova
Dipartimento di Ingegneria delle Costruzioni, dell’Ambiente e del Territorio
IL PROBLEMA SISMICO
I recenti terremoti hanno messo in evidenza come l’edilizia monumentale risulti, in
genere, più vulnerabile rispetto ad altre tipologie di manufatti. Questo fatto mette in crisi
quell’assunzione che pone implicitamente le strutture monumentali a favore di
sicurezza rispetto alle costruzioni ordinarie, in relazione sia alla scelta dei materiali
adoperati sia alle maestranze utilizzate per porli in opera. In realtà questa
contraddizione può essere risolta osservando come l’incremento di resistenza che si
può attribuire al manufatto sia completamente azzerata dalla specifica vulnerabilità ad
un’azione sismica:
IL PROBLEMA SISMICO
Vulnerabilità intrinseca:
debole resistenza a trazione della muratura (concepita per carichi verticali);
elementi architettonici staticamente spingenti.
Vulnerabilità aggiunta:
degrado (scarsa manutenzione) e dissesti;
interventi (trasformazioni, “consolidamenti”).
I presidi antisismici: la cultura della prevenzione o della riparazione
Esistono ovviamente regole dell'arte specificatamente rivolte a
cautelarsi dall’azione sismica: la buona qualità degli
ammorsamenti, l'uso d’architravi d’adeguata rigidezza, la
realizzazione di un comportamento scatolare tramite catene e
cerchiature, l'inserimento di contrafforti a contrasto dei
meccanismi di ribaltamento sono alcuni esempi di soluzioni
tecnologiche frequentemente adottate nelle aree a maggior
rischio sismico.
Regole dell’arte
frutto dell'esperienza del costruttore sulla base
dell’osservazione dei meccanismi di danno prodotti,
attraverso una comprensione intuitiva del comportamento
strutturale.
Il terremoto è un'azione poco frequente
con periodo di ritorno per un sisma di
intensità significativa è di almeno 100
anni (circa tre generazioni).
Regole dell’arte applicate per una, forse
due generazioni, ma successivamente
gradualmente abbandonate una volta
persa la memoria del danno provocato
dal terremoto.
Riparazione del danno e dimenticanza della cultura sismica
Regole dell’arte
frutto dell'esperienza del costruttore sulla base
dell’osservazione dei meccanismi di danno prodotti,
attraverso una comprensione intuitiva del comportamento
strutturale.
Nel caso di aree interessate da
terremoti di entità limitata e
maggiormente frequenti
tali
soluzioni progettuali modificano il
modo di costruire locale e leggendo
il tessuto urbano si nota come i
presidi antisismici (contrafforti, archi
a contrasto, catene e cerchiature)
siano
utilizzati
diffusamente
sull’edificato.
Incremento della conoscenza sismica: la prevenzione
EDIFICI MONUMENTALI AQUILANI OGGETTO DI UNA PREVENTIVA ANALISI
Numero totale dei casi studio considerati: 48
TOTALE DEI CASI STUDIO
50%
L’AQUILA CENTRO
FUORI L’AQUILA
56%
Costruzioni soggette ad interventi di consolidamento moderni
EPOCA PREVALENTE: FINE ANNI ’60 - INIZIO ANNI ‘70
38%
CHIESE
6%
TIPOLOGIA DEGLI INTERVENTI
6%
28%
11%
COPERTURE IN C.A.
3%
13%
19%
% COPERTURE IN ACCIAIO
3%
SOSTITUZIONE SOLAI IN C.A. O ACCIAIO
CORDOLI IN C.A.
49%
PALAZZI
0%
23%
39%
TELAI IN C.A.
20%
7%
7%
FRP
20%
46%
ANALISI DEI CASI STUDIO
BASILICA DI SANTA MARIA DI COLLEMAGGIO – L’AQUILA
1918-21
Rinforzo della muratura della controfacciata con un graticcio di travi in c.a.; introduzione di alcuni cordoli in c.a.
nei muri.
1960-1962
Ricostruzione in c.a. della cupola del transetto, rinforzo delle murature sottostanti con nuovi cordoli in c.a..
1970-1972
Eliminazione dei soffitti lignei barocchi e innalzamento di circa 3 metri delle pareti delle navate; introduzione di
nuovi cordoli in c.a. in sommità delle pareti.
1998
Introduzione di sistemi crociati di catene diagonali in acciaio, al livello delle coperture, sotto le capriate lignee
della navata centrale e delle due navate laterali; inclusione, in corrispondenza di ciascun incrocio, un elemento
di ferro dolce per conferire duttilità alla struttura; iniezioni di cemento nelle murature.
BASILICA DI SANTA MARIA DI COLLEMAGGIO – L’AQUILA
ANALISI DEI CASI STUDIO
Chiesa di San Bernardino
RIFACIMENTI
DI COPERTURE
CHIESA DI S. MARCO
– L’AQUILA IN C.A.
Nuova copertura
in c.a. (1970)
RIFACIMENTI
DI COPERTURE
CHIESA DI S. MARCO
– L’AQUILA IN C.A.
FIBRE DI CARBONIO
CHIESA DI S. MARCO – L’AQUILA
Applicazione fibre di
carbonio sull’arco
trionfale (2007)
RIFACIMENTI DI COPERTURE IN C.A.
CHIESA DI S. MARIA PAGANICA – L’AQUILA
Nuova copertura
in c.a. (1960/70)
17
CHIESA DI S. DOMENICO – L’AQUILA
Nuova copertura
in c.a. (1960/70)
SOVRAPPOSIZIONE DI COPERTURE IN C.A.
CHIESA DI S. FELICE MARTIRE – POGGIO PICENZE
Sovrapposizione di
copertura in laterocemento sul transetto
(il resto delle coperture è
ancora originario in legno)
L’unica volta crollata è
quella nel transetto.
CAPPE ARMATE SULLE VOLTE
CHIESA DI SANTA MARGHERITA
L’AQUILA
CHIESA DEI SS. MARCIANO E NICANDRO – L’AQUILA
Costruzione di una copertura in latero-cemento sopra
l’originaria copertura lignea (Anni ’80?)
CHIESA DI S. BIAGIO DI AMITERNO – L’AQUILA
1980
Costruzione di una copertura in latero-cemento
sopra la copertura lignea originaria.
2005-06
Rifacimento del collegamento tra le strutture di
copertura e le centine rigide di sostengo delle
volta in camorcanna della navata centrale, con
sistema di cavetti metallici
INTRODUZIONE DI SOLAI IN C.A.
TORRE DI S. STEFANO – S. STEFANO DI SESSANIO
INTRODUZIONE DI CORDOLI SOMMITALI IN
C.A.
CHIESA DI S. SILVESTRO – L’AQUILA
Introduzione di cordoli in
c.a. (1967-69)
LA PRESENZA DEI CORDOLI SOMMITALI DI DIMENSIONI MODESTE (ASSOCIATE ALLA PRESENZA DI UNA
COPERTURA LEGGERA) HA GARANTITO UN BUON COMPORTAMENTO SCATOLARE DELLA STRUTTURA.
UNICHE PROBLEMATICHE RILEVATE:
• Carenza di collegamento tra cordolo e facciata
• Il cordolo in c.a. ha presentato delle problematiche solo in prossimità del campanile, (per l‟interazione con esso).
INTRODUZIONE DI CORDOLI SOMMITALI IN C.A.
CHIESA DI S. MARIA DEL CARMINE – L’AQUILA
Introduzione di cordoli in c.a. (1970~)
LA PRESENZA DEI CORDOLI SOMMITALI:
• Hanno funzionato da presidio per il ribaltamento della facciata
• Hanno aumentato il carico inerziale e la rigidezza
INTRODUZIONE DI CORDOLI SOMMITALI IN C.A.
ALTRI CASI DI PRESUNTI CORDOLI
ORATORIO DI S. GIUSEPPE
DEI MINIMI – L’AQUILA
CHIESA DI S. MARIA DEI
RACCOMANDATI
SAN DEMETRIO NE’ VESTINI
La chiesa dell’Immacolata Concezione prima
del sisma del 6 Aprile 2009.
Pianta della chiesa: recuperata dall’arch. Corrado
Marsili - SBAP (AQ).
E. Bianchi, A. Brignola, E. Curti, S. Lugano, S. Parodi, S. Podestà
DICAT - UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI GENOVA
Chiesa dell’Immacolata Concezione a Paganica
27
Pianta della chiesa: recuperata dall’arch. Corrado
Marsili - SBAP (AQ).
La chiesa della Concezione sorge sul sito della più antica San Giovanni Battista,
cappella dell‘Ospedale per i poveri e i pellegrini a seguito del passaggio della
Confraternita dell’Immacolata Concezione dalla Chiesa di Santa Croce a questa, nel
1771. La chiesa, con impianto ellittico, si costruì nei cinque anni seguenti e
dell’antica chiesa di San Giovanni non resta più nulla.
All’interno della Chiesa si può ammirare l’Altare Maggiore in marmi policromi e
pietra in stile ‘700 e la statua lignea dell’Immacolata Concezione. Sono inoltre
presenti quattro grandi dipinti a olio su tela di dimensioni 1.8 x 3 m (S. Emidio e la
Sacra Famiglia, il Martirio di Cristiani e S. Giovanni Battista). Le statue di San
Lorenzo e dell’Addolorata, si conservano nei ripostigli, mentre nel corridoio che
conduce alla sacrestia vi è una bella statuina lignea dipinta del ‘700 raffigurante
l’Immacolata e un dipinto a olio su tela (1 x 0.6 m) raffigurante l’Assunta.
CENNI STORICI
28
L’evento sismico del 6 aprile 2009 ha causato gravi danni sia agli elementi
decorativi, sia alle strutture in muratura. Al fine di preservare la memoria storica,
le opere mobili sono state ricoverate nei depositi della Soprintendenza e per le
parti strutturali pericolanti è stato progettato un intervento di messa in sicurezza,
in grado di preservare la struttura da ulteriori crolli ed allo stesso tempo di
consentire la realizzazione dei ponteggi di servizio per il successivo l’intervento di
riparazione e miglioramento sismico.
CENNI STORICI
Individuazione dei danneggiamenti subiti in pianta
29
ANALISI DEL COMPORTAMENTO SISMICO
Direttiva P.C.M del 12 ottobre 2007 (S.O. n. 25 alla G.U. n. 24 del 29
gennaio 2008 - Linee Guida per la valutazione e riduzione del rischio sismico
del patrimonio culturale)
Scheda di Rilievo del Danno ai Beni Culturali – Chiese - G.U. n°55
07/03/2006 – D.P.C.M. 23/02/2006
30
Meccanismi di danno potenzialmente attivabili Æ 12
Livello di attivazione dei meccanismi in molti casi grave o prossimo al
crollo.
N
1
Id = ⋅
5
∑ρ d
k =1
N
k k
∑ρ
k =1
Id = 0.53
k
Meccanismi di danno attivati Æ 11
07/03/2006 – D.P.C.M. 23/02/2006
La Chiesa è stata dichiarata INAGIBILE
Chiesa dell’Immacolata Concezione dopo l’evento
sismico del 6 Aprile 2009.
31
Il danno rilevato è associabile ad un’azione perpendicolare e parallela agli
assi principali della chiesa
07/03/2006 – D.P.C.M. 23/02/2006
32
Stazione AQK – fonte INGV, database Itaca
Il danno rilevato è associabile ad un’azione perpendicolare e parallela
agli assi principali della chiesa
Macroelemento facciata
Ribaltamento
Danno grave
Sommità della facciata
Danno grave
07/03/2006 – D.P.C.M. 23/02/2006
Risposta nel piano
Prossima al crollo
33
Espulsione dell’angolata
Il danno rilevato è associabile ad un’azione perpendicolare e parallela
agli assi principali della chiesa
07/03/2006 – D.P.C.M. 23/02/2006
34
Il profilo planimetrico convesso determina una riduzione della vulnerabilità per
azioni fuori piano
35
Il profilo planimetrico concavo e convesso determina una riduzione della
vulnerabilità per azioni fuori piano
Riferendosi alla tabella C8A.2.2 della Circolare n° 617 del 02-02-2009 connessa a
NTC2008 le caratteristiche del paramento descritte in precedenza classificano la
muratura come Muratura in pietrame disordinato.
POLITECNICO DI MILANO – DIS
Il rilievo della qualità muraria è stato effettuato dal Politecnico di Milano,
mediante l’utilizzo della Scheda di Primo Livello per il Rilievo della Tipologia e della
Qualità della Muratura, proposta nell’ambito della Linea 10 del Progetto Reluis d.p.c.
2005-09.
L. Binda, G. Cardani, V. Sgobba, L. Restelli
Scarso ammorsamento con le pareti
laterali
Scarsa qualità muraria
36
Sezione muraria del campione rilevato
Rilievo della sezione muraria: foto, restituzioni grafiche.
Il profilo planimetrico concavo e convesso determina una riduzione della
vulnerabilità per azioni fuori piano
Rilievo laser scanner 3D per le parti esterne eseguito dal prof. Vladimiro Achilli,
Direttore del Laboratorio di Rilevamento e Geomatica dell’Università di Padova.
Le prime rielaborazioni hanno permesso di evidenziare come la facciata, in
corrispondenza dell’ingresso principale, abbia un fuori piombo di circa 16 cm.
Tale valore è incompatibile con lo stato fessurativo causato dal terremoto e fa
presumere che, il fuoripiombo, fosse, in gran parte, preesistente all’evento
sismico.
V. Achilli
Presenza di un preesistente fuori piombo
UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI PADOVA – DAUR
Scarso ammorsamento con le pareti
laterali
Scarsa qualità muraria
37
Vela campanaria
La vela campanaria svetta centralmente dalla facciata
della chiesa e presenta un danneggiamento di
gravissima entità, manifestando una situazione
prossima al crollo.
Il sistema cupola – tiburio è caratterizzato da una
cupola in canniccio, impostata su centine lignee e da
un tiburio in muratura su cui si erge una copertura
presumibilmente in legno. La cupola non presenta
danneggiamenti considerevoli. Per il tiburio la
cerchiatura
metallica
presente
alla
base
ha
probabilmente
contenuto
l’entità
del
danno,
nonostante la presenza di aperture sui diversi lati di
media dimensioni.
Elementi di copertura
La copertura dell’aula (che corrisponde alla porzione
sorretta dal tiburio) non presenta stati lesionativi
significativi. E’ presumibile la presenza di un cordolo
leggero di dimensioni contenute (in funzione dello
stato fessurativo orizzontale rilevabile) ed una
copertura staticamente spingente per le lesioni
verticali in corrispondenza degli spigoli dell’ottagono.
Lesioni nel piano della vela
campanaria.
Cupola interna in canniccio
Danneggiamenti al tiburio
Cupola e tiburio
38
Il metodo proposto si basa sulla rielaborazione statistica dei dati relativi a
terremoti passati (oltre 3000 chiese).
Curve di vulnerabilità
5
⎡
⎣
4
Danno medio
⎛ I + 6.25 ⋅ VI − 13.1 ⎞⎤
⎟⎥
2.3
⎝
⎠⎦
μ D = 2.5 ⋅ ⎢1 + tanh⎜
3
2
Questi dati possono essere direttamente
usati per prevedere l’impatto di un sisma
di data intensità sul patrimonio storico.
Vi = 0.89 (Chiese)
Vi = 1 (Chiese)
Vi = 0.78 (Chiese)
1
Vi = 0.616 (Edifici)
Vi = 0.49 (Edifici)
Vi = 0.793 (Edifici)
0
5
6
7
8
9
10
11
12
Intensità
Noto l'indice di vulnerabilità è possibile risalire all'accelerazione sismica al suolo
corrispondente ai diversi stati limite.
Id=0.76 Limite rappresentativo del raggiungimento dello
SLU
Id=0.40 Limite rappresentativo del raggiungimento dello
SLD
LV1
aSLD = 0.025 ⋅ 1.82.75−3.44iv
aSLU = 0.025 ⋅ 1.85.1−3.44iv
39
Sisma Abruzzo 2009
LV1
40
Sisma Abruzzo 2009
LV1
41
Indice di sicurezza
per il manufatto
Allegato C
28
1
⋅
Iv =
6
∑ν
k =1
ki
− ν kp
28
∑ρ
k =1
k
Iv = 0.58
1
+
2
aSLD = 0.025 ⋅ 1.82.75−3.44iv
aSLU = 0.025 ⋅ 1.85.1−3.44iv
Is =
aSLi
γ i ⋅ S ⋅ ag
LV1
42
Indice di sicurezza
per il manufatto
Allegato C
28
1
⋅
Iv =
6
∑ν
k =1
ki
− ν kp
28
∑ρ
k =1
1
+
2
k
aSLD = 0.025 ⋅ 1.82.75−3.44iv
aSLU = 0.025 ⋅ 1.85.1−3.44iv
Is =
aSLi
γ i ⋅ S ⋅ ag
Iv = 0.58
Stato
limite
Relazione proposta
da linee guida
aSLi
Stato
limite
NTC 2008
Sisma
06/04/09
Stato
limite di
danno
aSLD = 0.025 ⋅ 1.8 2.75 − 3.44 ⋅Iv
0.04 g
Stato limite
di danno
0.32
0.23
a SLU = 0 .025 ⋅ 1 .8 5 .10 − 3.44 ⋅ I v
0.16 g
Stato limite
ultimo
0.51
0.38
Stato
limite
ultimo
Valori dell’indice di sicurezza valutato in base a NTC 2008 e a
accelerazione registrata durante evento sismico 06/04/2009
LV1
43
DEFINIZIONE DELL’INTERVENTO DI MESSA IN SICUREZZA
9 Impossibilità di possedere una chiara conoscenza del fabbricato;
9 Incertezza delle possibili scosse di replica;
9 Urgenza ed numero elevato di manufatti su cui si deve intervenire.
Fondamentale avere ben chiaro l’obiettivo che ci si prefigge di raggiungere
con l’intervento provvisionale
9 Congruenti con il danneggiamento osservato;
9 Compatibili con il manufatto, con le opere contenute al suo interno e/o con
l’ambiente circostante,
9 Progettati in base alle proprie finalità e in base ad un’analisi costi benefici;
9 Propedeutico all’intervento definitivo di riparazione miglioramento sismico.
L’elevato livello di danneggiamento di alcuni macroelementi e la presenza di indici di
sicurezza molto bassi hanno evidenziato la necessità di realizzare un opera di messa
in sicurezza della chiesa volta alla salvaguardia del monumento e della
pubblica incolumità.
44
Metodologia per guidare in
fase
di
emergenza
alla
definizione delle opere di
pronto intervento sui manufatti
monumentali messa a punto in
seguito all’evento sismico che ha
colpito il Molise nel 2002 e il
Piemonte 2003
45
• salvaguardia dell’edificio
monumentale.
• incolumità pubblica;
46
Presenza in facciata di una vela campanaria di grandi dimensioni e molto
danneggiata
Progettazione di un ritegno
migliorando
il
collegamento
tra
la
facciata principale e la
parete
anteriore
dell’ottagono interno su cui
è
impostato
il
tiburio
centrale.
Problematica la realizzazione di un opera di puntellatura con
sperone
Il vincolo rigido che si sarebbe venuto a creare in corrispondenza della quota
di stacco della vela campanaria, avrebbe potuto favorire il ribaltamento della
stessa attraverso la formazione di una cerniera cilindrica orizzontale
Occupazione della sede stradale con conseguente deviazione del traffico
Mancanza di un piazzale antistante alla facciata
47
Presenza in facciata di una vela campanaria di grandi dimensioni e molto
danneggiata
Progettazione di un ritegno migliorando il collegamento tra la facciata
principale e la parete anteriore dell’ottagono interno su cui è impostato il
tiburio centrale.
9 non modifica sostanzialmente il comportamento globale della facciata, evitando
irrigidimenti fuori piano controproducenti per la vela campanaria.
9 non occupa la sede stradale;
9 in fase di ricostruzione consente di realizzare il ponteggio di servizio senza
alcun intralcio con l’opera provvisionale ed allo stesso tempo in completa
sicurezza per i tecnici che opereranno.
Mancanza di un piazzale antistante alla facciata
48
NTC 08 – Opere provvisionali
Vita nominale VN ≤ 10
anni
Assumo VN = 10 anni e Cu=1
Scossa di replica
Intensità minore
principale
o
uguale
a
quella
Assumo l’intensità della scossa registrata
Assumo come azione di riferimento la massima tra le due
Studio secondo i metodi dell’analisi cinematica lineare e non lineare del
macroelemento facciata.
Azione di riferimento
LV2
49
Studio secondo i metodi dell’analisi cinematica lineare e non lineare del
macroelemento facciata.
Verifica secondo l’analisi cinematica lineare
(Circolare 2 febbraio 2009, n. 617)
e * Fc
Stato limite di
salvaguardia della
vita
Accelerazione
spettrale a0*
≥
a g ( PVR ) ⋅ S
q
Prima del
sisma
Con opere
provvisionali
0.40 m/sec2 0.61 m/sec2
Domanda sismica
1.64 m/sec2 1.64 m/sec2
stazione AQK
Non
verificato
Verifica
Non
verificato
Verifica secondo l’analisi cinematica non
lineare (Circolare 2 febbraio 2009, n. 617 )
Schematizzazione del meccanismo di
ribaltamento della facciata
9 Fuori piombo;
9 Arretramento della cerniera
per considerare la reale resistenza a
compressione della muratura
du* ≥ SDe (Ts )
Con opere
Stato limite di
Prima del sisma provvisiona
salvaguardia della vita
li
Capacità di spost. du*
0.092 m
0.233 m
Domanda di spost.
stazione AQK
0.208 m
0.073 m
Verifica
Non verificato
Verificato
α0 ⋅ g
a*0 =
LV2
50
51
Chiesa di SS. Marciano e Nicandro a L’Aquila
Fondazione della Chiesa ad opera dei
castellani di Roio
1259
Distruzione dell’edificio e cacciata dei
roiani dalla città
1266
Costruzione di nuovo edificio dedicato ai
Santi Marciano e Nicandro
(probabilmente in altro luogo) che
divenne chiesa capoquarto secondo la
nuova suddivisione in quartieri della città
Impianto della chiesa duecentesca:
• Aula ad una navata molto semplice, con
copertura a capriate senza controsoffitto;
• Braccio trasversale poco sporgente dalla navata
e più alto, costituito da tre absidi a pianta
rettangolare, di cui quello centrale aggettante
dai laterali mediante alveo volumetrico
esagonale.
• L’arco trionfale divideva lo spazio della navata
da quello del vano trasversale
• La facciata era in rude apparecchio aquilano
Ricostruzione della pianta della
chiesa duecentesca.
A. Brignola, E. Curti, S. Parodi, S. Podestà, L. Scandolo
1256
UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI GENOVA – DICAT
CENNI STORICI
Rivestimento della facciata con pietra
bianca levigata e realizzazione
dell’ornamentazione scultorea.
1703
Il terremoto distrugge completamente la
chiesa ad eccezione della facciata
della zoccolatura inferiore perimetrale
e
Prospetto della facciata.
La chiesa di Santi Marciano e
Nicandro prima del sisma del 6
Aprile 2009.
Il portale della chiesa.
XVI e XVII secolo abbellimento dell’interno della
chiesa con altari e cappelle che le
diedero un aspetto barocco.
1313
Ricostruzione settecentesca:
Pianta della chiesa nello stato attuale.
• Costruzione di un tamponamento ‘provvisorio’ a
ridosso dell’arco trionfale (sono presenti degli
attacchi all’esterno attorno all’arcatura
tamponata e dalle paraste nell’orto della chiesa,
predisposte a sostenere quelle che avrebbero
dovuto essere le arcate traverse del transetto
alla base della cupola)
• Nuova decorazione all’interno con pareti spartite
da paraste corinzie appaiate che le dividono in
quattro episodi architettonici
• Realizzazione di un controsoffitto piano, dipinto,
e con al centro le tela del Sogliaceroni
raffigurante la Madonna con i Santi Marciano e
Nicandro.
La controfacciata è impreziosita da una cantoria in
legno intagliato, dall’organo e da due confessionali
lignei.
Degni di rilievo gli affreschi con Santa Caterina
d’Alessandria del XIV sec. e quelli rinascimentali con i
Santi Marciano e Nicandro e le Storie della loro vite.
Particolare di affresco sulla
storia dei Santi Marciano e
Nicandro, recentemente
restaurato
• Riedificazione dell’aula
A. Brignola, S. Cattari, E. Curti, S. Parodi, S. Podestà
56
Scheda di Rilievo del Danno ai Beni
Culturali – Chiese - G.U. n°55
07/03/2006 – D.P.C.M. 23/02/2006
Definisce 28 meccanismi di collasso, individuati come
le fenomenologie di danno più ricorrenti per le
chiese.
• individuazione dei cinematismi di collasso
potenzialmente attivabili
• valutazione del livello di danno dei meccanismi
attivati
• determinazione di un indice di danno che
rappresenta una sintesi del livello di danno
subito nei diversi macroelementi della chiesa.
Chiesa di San Marciano e Nicandro dopo l’evento
sismico del 6 Aprile 2009: facciata e parte absidale.
N
∑ρ d
1 k =1 k k
Id = ⋅ N
= 0,58
5
∑ ρk
k =1
Finalità:
• valutazione dell’agibilità del manufatto;
• individuazione delle opere provvisionali;
• stima dei finanziamenti da allocare per il
successivo intervento di restauro e
miglioramento sismico.
RILIEVO DEL DANNO
• rilievo dei particolari tipologici e costruttivi che
giocano un ruolo fondamentale nella risposta
sismica del manufatto (con riferimento ai 28
meccanismi di danno):
9 indicatori di vulnerabilità (i)
9 presidi antisismici (p)
• definizione dell’indice di vulnerabilità che
rappresenta una sintesi del rilievo di
vulnerabilità per i diversi macroelementi della
chiesa.
Numero di
indicatori
di vulnerabilità
o di presidi
antisismici
Giudizio
dell’efficacia
νk
almeno 1
almeno 2
3
1
2
almeno 2
1
1
1
1
nessuno
0
0
2
28
3
2
∑ ν − νkp 1
1 k =1 ki
+ = 0,70
Iv = ⋅
28
6
2
∑ ρk
k =1
Direttiva del Presidente del Consiglio
dei Ministri, 12 ottobre 2007, G.U. n.
24 del 29 gennaio 2008. “Linee
Guida per la valutazione e la
riduzione del rischio sismico del
patrimonio culturale – Allegato C”
RILIEVO DELLA VULNERABILITA’
ATTIVABILE
11 meccanismi di danno attivabili:
Singola navata
Senza cappelle
Senza transetto
Senza protiro
Senza cupola e lanterna
Senza torre campanaria (65%)
Senza volte strutturali (60%)
0.2
M1
M2
M3
M4
M5
M6
M7
M8
M9
M10
M11
M12
M13
M14
M15
M16
M17
M18
M19
M20
M21
M22
M23
M24
M25
M26
M27
M28
0
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
MECCANISMO DI DANNO
ATTIVATO
NON ATTIVATO
26
0.4
25
0.6
M1
M2
M3
M4
M5
M6
M7
M8
M9
M10
M11
M12
M13
M14
M15
M16
M17
M18
M19
M20
M21
M22
M23
M24
M25
M26
M27
M28
19
0.8
% CHIESE
3
5
6
13
16
17
meccanismi nella sommità della
facciata
meccanismi nel piano della facciata
risposta trasversale dell’aula
meccanismi di taglio nelle pareti laterali
archi trionfali
ribaltamento dell’abside
meccanismi di taglio nel presbiterio o
nell’abside
meccanismi negli elementi di
copertura (pareti laterali aula)
interazioni in prossimità di irregolarità
plano-altimetriche
aggetti (vela, guglie, pinnacoli, …)
1
% CHIESE
1
2
NON ATTIVABILE
Presidi antisismici: nessuno
Indicatori di vulnerabilità:
9 Presenza di grandi aperture - (1)
9 Elevata snellezza - (1)
2
Meccanismi nella sommità della
facciata
lesioni di grave entità
Presidi antisismici:
9 Presenza di controventi di falda - (2)
9 Presenza di grandi aperture - (2)
9 Presenza di una sommità a vela di
grande dimensione e peso - (1)
9 Cordoli rigidi, trave di colmo in c.a.,
copertura pesante in c.a. - (3)
3
Meccanismi nel piano della facciata
situazione prossima al crollo
DANNI DI GRAVE E GRAVISSIMA ENTITA’
ASCRIVIBILI AD UNA RISPOSTA
TRASVERSALE DELLA CHIESA
17
Meccanismi di taglio nel presbiterio
o nell’abside
Presidi antisismici: nessuno
9 Presenza di cordoli rigidi, copertura
pesante - (3)
9 Presenza di grandi aperture, muratura di
limitato spessore - (2)
9 Conci di buona fattura e/o adeguato
spessore - (2)
9 Presenza di copertura pesante in c.a. - (3)
13 Archi trionfali
5
Risposta trasversale dell’aula
9 Presenza di corpi annessi adiacenti - (1)
9 Presenza di catene trasversali - (1)
9 Presenza di pareti con elevata snellezza - (1)
9 Muratura monolitica, conci squadrati - (2)
9 Elementi di elevata snellezza - (2)
26 Aggetti (Vela, Guglie, Pinnacoli, Statue)
9 Presenza di copertura non spingente (1)
9 Cordoli rigidi, copertura pesante,
puntoni di falda in c.a. - (3)
9 Ammorsamento scadente - (3)
… INOLTRE
25 Interazioni in prossimità di
irregolarità plano-altimetriche
19 Meccanismi negli elementi di
copertura - Pareti laterali dell’aula
Nullo
Danno agli apparati decorativi
16 Ribaltamento dell’abside
DANNI DI ENTITA’ MEDIA ENTITA’ ASCRIVIBILI AD UNA RISPOSTA
LONGITUDINALE DELLA CHIESA
Livello di conoscenza e fattore di confidenza
Fc = 1 + ∑ Fck =1.12
rilievo geometrico completo, con restituzione grafica dei quadri
FC1 = 0
fessurativi e deformativi
restituzione completa delle fasi costruttive e interpretazione del
Identificazione
delle com-portamento strutturale fondate su un esaustivo rilievo
specificità storiche e materico e degli elementi costruttivi asso-ciato alla FC2 = 0
costruttive della fabbrica comprensione delle vi-cende di trasformazione (indagini
documentarie e tematiche, eventuali indagini diagnostiche)
Proprietà
meccaniche
parametri meccanici desunti da dati già disponibili
FC3 = 0.12
dei materiali
le informazioni sul terreno e le fondazioni non hanno alcuna
Terreno e fondazioni
FC4 = 0
relazione con lo specifico meccanismo di collasso
Rilievo geometrico
k =1
64
4
TR = −
VR
ln(1 − PVR )
50
Classe d’uso Cu [-]
II
Vita di riferimento VR [anni]
50
Stato Limite
SLD
SLV
PVR (%)
0,63
0,10
TR (anni)
50
475
Nelle NTC 2008 “...le forme spettrali sono definite, per ciascuna delle probabilità di superamento nel periodo
di riferimento PVR, a partire dai valori dei seguenti parametri su sito di riferimento rigido orizzontale ...”:
•ag accelerazione orizzontale massima al sito;
•F0 valore massimo del fattore di amplificazione dello spettro in accelerazione orizzontale;
•T*c periodo di inizio del tratto a velocità costante dello spettro in accelerazione orizzontale.
SLD
SLV
TR (anni)
50
475
ag (g)
0.104
0.261
F0 (-)
2.33
2.36
T*c (sec)
0.28
0.35
TR (anni)
Categoria Suolo
Categoria Topografica
SS (-)
CC (-)
ST (-)
S (-)
ag S (g)
SLD
50
B
T1
1.20
1.42
1
1.20
0.12
SLV
475
B
T1
1.15
1.36
1
1.15
0.30
VR = VN CU
Vita nominale VN [anni]
Definizione dell’azione sismica
1.2
AQK-NS
A c c ele ra zion e
1.0
AQK-WE
Spettro NTC08 B
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
Periodo [sec]
Confronto fra lo spettro registrato nella stazione
AQK e quello fornito da NTC2008 per l’Aquila.
Stato
limite
NTC 2008
Sisma
06/04/09
SLD
0.25
0.22
SLV
0.39
0.34
domanda sismica:
• pericolosità attesa (long. 13,220; lat. 42,235) - NTC2008 (DM 14/01/08)
• valore di accelerazione registrato in occasione dell’evento sismico in esame
(stazione AQK – fonte INGV, database Itaca).
Definizione dell’azione sismica
ISLV =
TSLV
= 0,10
TR,SLV
fa,SLV =
aSLV
= 0,39
a g,SLV
I periodi di ritorno corrispondenti al raggiungimento degli stati limite considerati
(SLD e SLV) possono essere ottenuti interpolando tra i valori noti relativi ai periodi di
ritorno predefiniti (Linee Guida – equazione 5.20). In particolare per il caso in esame
essi risultano:
TSLD < 30anni
TSLV = 39anni
Direttiva P.C.M., 12 ottobre
aSLDS = 0,025 ⋅ 1,82,75−3,44⋅Iv = 0,03 ⋅ g
2007, G.U. n. 24 del 29 gennaio
2008. “Linee Guida per la
aSLVS = 0,025 ⋅ 1,85,10−3,44⋅Iv = 0,12 ⋅ g
valutazione e la riduzione del
rischio sismico del patrimonio
culturale
modello semplificato LV1:
Definisce un indice di sicurezza che rappresenta il rapporto tra la capacità della
struttura e la domanda del terremoto.
MITIGAZIONE DEL DANNO SISMICO
LA PREVENZIONE
INTERPRETAZIONE DEL COMPORTAMENTO SISMICO –
Analisi dei meccanismi di collasso tramite analisi cinematica lineare e non
lineare
Circolare 2 febbraio 2009, n. 617 Istruzioni per l’applicazione delle “Nuove
norme tecniche per le costruzioni” di cui al D.M. 14 gennaio 2008 –
DIRETTIVA PCM 12 OTTOBRE 2007 – LV2
Meccanismo di
Meccanismo a quattro
cerniere dell’arco trionfale
Meccanismi di ribaltamento della parete absidale a
quota 6.1 m e 11.1 m rispettivamente
Accelerazione
spettrale a0*
[m/sec2]
Domanda
[m/sec2]
Verifica
1.64
(AQK-WE)
non
verificato
0.93
Capacità di
spostamento du*
[m]
Domanda
[m]
Verifica
0.20
(AQK-WE)
verificato
0.30
1.50
(NTC 2008)
non
verificato
0.21
(NTC 2008)
verificato
1.74
(AQK-NS)
non
verificato
0.16
(AQK-NS)
non
verificato
1.38
0.15
1.50
(NTC 2008)
non
Verificato
0.12
(NTC 2008)
verificato
1.64
(AQK-WE)
non
verificato
0.14
(AQK-WE)
non
verificato
0.82
0.07
2.58
(NTC 2008)
non
verificato
0.11
(NTC 2008)
non
verificato
1.89
(AQK-WE)
non
verificato
0.08
(AQK-WE)
non
verificato
0.08
(NTC 2008)
non
verificato
1.26
0.02
3.89
(NTC 2008)
non
verificato
SLV
Analisi cinematica non lineare
Analisi cinematica lineare
Accelerazione
spettrale a0*
Domanda
[m/sec2]
[m/sec2]
1.64
(AQK-WE)
Verifica
Capacità di
spostamento du*
Domanda
[m]
[m]
non
verificato
0.93
Verifica
0.20
(AQK-WE)
verificato
0.30
1.50
(NTC 2008)
non
verificato
0.21
(NTC 2008)
verificato
1.74
(AQK-NS)
non
verificato
0.16
(AQK-NS)
non
verificato
1.38
0.15
1.50
(NTC 2008)
non
verificato
0.12
(NTC 2008)
verificato
1.64
(AQK-WE)
non
verificato
0.14
(AQK-WE)
non
verificato
0.82
0.07
2.58
(NTC 2008)
non
verificato
0.11
(NTC 2008)
non
verificato
1.89
(AQK-WE)
non
verificato
0.08
(AQK-WE)
non
verificato
0.08
(NTC 2008)
non
verificato
1.26
0.02
3.89
(NTC 2008)
non
verificato
SLV
Analisi cinematica non lineare
• Demolizione della copertura in latero-cemento,
ad eccezione delle travi che sorreggono il
controsoffitto e delle catene lignee delle capriate
esistenti
• Pulitura e trattamento antitarlo e antimicotico
degli elementi lignei da conservare
• Posizionamento di un cordolo tirante in profilato
metallico ancorato alle pareti con tirafondi
• Assembramento in opera delle nuove capriate
con puntoni in legno lamellare e catene
metalliche
• Realizzazione dell’orditura secondaria e del
pacchetto di copertura con un doppio tavolato
incrociato
IPOTESI DI INTERVENTO DI RIPARAZIONE DEI
DANNI E MIGLIORAMENTO SISMICO
VALUTAZIONE DELLA SICUREZZA SISMICA IN SEGUITO
ALL’INTERVENTO DI MIGLIORAMENTO SISMICO – LV1
Iv = 0,32
Iv = 0,70
Stato
limite
NTC 2008
Sisma
06/04/09
Stato
limite
NTC 2008
Sisma
06/04/09
SLD
0.25
0.22
SLD
0.50
0.48
SLV
0.39
0.34
SLV
0.85
0.75
• Iniezione delle lesioni
• Inserimento di due catene longitudinali a ritegno
del ribaltamento della facciata
• Inserimento di due catene in controfacciata (in
sommità e all’altezza del cornicione) per rendere
efficacie il cordolo in sommità e migliorare la
performance della facciata nel piano
• Ricostruzione delle porzioni crollate di parete
absidale
• Realizzazione di diatoni armati per il collegamento
del tamponamento absidale alle pareti laterali e
all’arco trionfale
• Inserimento di una catena all’imposta dell’arco
trionfale
• Inserimento di due catene longitudinali a ritegno del ribaltamento della facciata
• Inserimento di una catena all’imposta dell’arco trionfale
• Inserimento di due catene longitudinali a ritegno del ribaltamento della facciata
Domanda
[m/sec2]
1.46
1.50
1.70
1.50
Meccanismo di ribaltamento
della facciata
Meccanismo a quattro
cerniere dell’arco trionfale
Vita nominale
[anni]
Dopo l’intervento
Meccanismo di ribaltamento della
facciata
Meccanismo a quattro cerniere
dell’arco trionfale
49
88
Accelerazione
Spettrale
[m/sec2]
CONCLUSIONI
Quali strategie per il restauro statico?
• Livello di sicurezza:
sicurezza il terremoto del 6 aprile 2009 è stato analogo/superiore
rispetto a quello per il quale si dovrebbero progettare le nuove costruzioni a
L’Aquila. Non possiamo pretendere la non danneggiabilità, ma certo dobbiamo
evitare i crolli e garantire un livello di danno che sia riparabile.
• Riparazione e miglioramento sismico:
sismico dove si è manifestato un buon comportamento, pur con danni gravi, va riparato il danno e aggiunti piccoli interventi
che riducano le vulnerabilità manifestate (miglioramento sismico)
• Consolidamento della muratura:
muratura un problema è quello della qualità muraria;
dobbiamo capire cosa fa funzionare questa tipologia muraria (regola dell’arte)
e come sia possibile migliorarne il comportamento, quando necessario.
• Ricostruzione di parti crollate:
crollate con quali tecnologie? con quali materiali?
Il ripetersi dei crolli pone un interrogativo: è possibile realizzare in muratura
elementi architettonici snelli e di grande dimensione che resistano a terremoti
violenti? L’analisi strutturale può aiutarci a capire le costruzioni storiche.
Allineamento delle Linee Guida alle
Norme Tecniche per le Costruzioni 2008

Podesta - Danni patrimonio storico

Transcript

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