Meccanismi di Danno per le Costruzioni Murarie in Zona Sismica

Università degli Studi di Messina
Facoltà di Ingegneria
A.A. 2006/2007
“Statica e Sismica
delle Costruzioni Murarie”
Docente: Ing. Alessandro Palmeri
Lezione n. 23: Meccanismi di Danno per le
Costruzioni Murarie in Zona Sismica
Meccanismi di Danno per le Costruzioni Murarie in Zona Sismica
Una parete muraria, investita dal sisma, può presentare diversi meccanismi di
danno che, convenzionalmente, si suddividono in due categorie fondamentali:
A Meccanismi di I Modo: Le forze
sismiche agiscono ortogonalmente al piano
medio della parete.
Meccanismi di II Modo: Le forze
sismiche agiscono parallelamente al piano
medio della parete. B
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Meccanismi di Danno per le Costruzioni Murarie in Zona Sismica
ESEMPI DI
Meccanismi di I Modo
Ribaltamento di una porzione di
parete, non ammorsata a
sufficienza.
Meccanismi di II Modo
Lesioni a 45° per taglio.
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Meccanismi di Danno per le Costruzioni Murarie in Zona Sismica
L’attivazione dei vari meccanismi di collasso è legata alla qualità della muratura e
dei collegamenti tra pareti ortogonali.
Categorie delle murature nei confronti di azioni ortogonali al piano medio
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Meccanismi di Danno per le Costruzioni Murarie in Zona Sismica
Categorie delle murature nei confronti di azioni ortogonali al piano medio
Meccanismi di
danno innescati
dal sisma in una
muratura caotica
(“A”), ed in una
muratura con
filari
perfettamente
regolari (“B”).
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Meccanismi di Danno per le Costruzioni Murarie in Zona Sismica
Categorie delle murature nei confronti di azioni parallele al piano medio
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Durante un evento sismico,
comunemente, sono i
meccanismi di I modo
ad attivarsi per primi e, quindi, gli
interventi di miglioramento e/o
adeguamento sismico del costruito
devono in primo luogo incrementare il
coefficiente di sicurezza nei confronti
di questo tipo di collasso.
A Una via di Messina dopo il
terremoto del 1908.
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9 Una situazione di danno piuttosto frequente è quella del ribaltamento semplice
della parete esterna dell'edificio, dovuta all'azione del sisma, con o senza una
spinta statica proveniente da strutture quali volte o tetti spingenti.
9 Le condizioni di vincolo che rendono possibile questo meccanismo sono l'assenza
di connessioni nel martello murario (assenza di ammorsamento tra le pareti
ortogonali), ed assenza di dispositivi di collegamento come cordoli e/o catene in
corrispondenza della tesa ribaltante.
9 Se l'edificio ha subito l'azione di un sisma, questo tipo di meccanismo è
facilmente individuabile da una singola lesione verticale presente in
corrispondenza dell'incrocio tra la tesa e le pareti ad essa ortogonali.
9 Un altro indizio di ribaltamento avvenuto è lo sfilamento di travi dall'incastro
con il muro.
9
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d
N
λN
h /2
λW
h /2
W
9 Posizione del centro di rotazione.
Ipotizzare il centro di rotazione C coincidente con lo
spigolo esterno del muro significa, implicitamente, assumere
una resistenza a compressione infinita.
Indicata con σ0 la resistenza a rottura della muratura, ed
ipotizzando una distribuzione triangolare delle pressioni, la
distanza del centro di rotazione dallo spigolo esterno si
calcola imponendo l’equilibrio alla traslazione verticale per
un tratto di muro di lunghezza unitaria, A= 1 m:
1
σ × 3t × A = W + N
2 0
⇒
t =
2W + N
3
σ0
essendo W ed N, rispettivamente, il peso proprio ed il
carico verticali relativi ad un tratto di muro di larghezza
unitaria.
t
C
b
3t
σ0
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d
N
λN
h /2
λW
W
t
C
h /2
9 Calcolo del moltiplicatore di collasso.
Il moltiplicatore di collasso λ si può calcolare imponendo
l’equilibrio alla rotazione rispetto al centro C.
Si valutano il momento resistente MR, dovuto alla forza
peso W ed al carico verticale N:
⎛b
⎞
M R = W × ⎜⎜ − t ⎟⎟ + N × (d − t )
⎝2
⎠
ed il momento sollecitante MS, dovuto alla forze di inerzia
associate a W ed N:
M S = (λ W ) ×
Dalla condizione di equilibrio limite MR=MS si trova:
b
3t
h
+ (λ N ) × h
2
λ =
W (b / 2 − t ) + N (d − t )
W h /2 + N h
σ0
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d
N
λN
h /2
λW
h = 3.30; H∗ m ∗L
γ = 2000.; H∗ kgfêm^3 ∗L
5 = 500.; H∗ kgfêm ∗L
d = 0.40; H∗ m ∗L
σ0 =.; H∗ kgfêcm^2 ∗L
W = γ h b;
2
W+5
t=
;
3 10000 σ0
W Hb ê 2 − tL + 5 Hd − tL
λ=
;
W hê2 + 5 h
h /2
W
σ0= 5 kgf êcmq
0.25
λ
t
C
b
0.2
σ0= 10
0.15
σ0= 20
0.1
3t
0.05
σ0
0.2
0.4
0.6
b@ m D
0.8
1
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d
N
λN
h /2
λW
W
h =.; H∗ m ∗L
γ = 2000.; H∗ kgfêm^3 ∗L
5 = 500.; H∗ kgfêm ∗L
d = 0.40; H∗ m ∗L
σ0 = 10; H∗ kgfêcm^2 ∗L
W = γ h b;
2
W+5
t=
;
3 10000 σ0
W Hb ê 2 − tL + 5 Hd − tL
λ=
;
W hê2 + 5 h
h /2
0.25
t
C
3t
h= 3.30
0.2
λ
b
h= 3.00 m
h= 3.6
0.15
0.1
0.05
σ0
0.2
0.4
0.6
b@mD
0.8
1
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9 L'effetto “arco orizzontale” in un pannello murario si manifesta, in particolare,
in presenza di materiali aventi scarse proprietà a trazione. Il meccanismo
resistente è di fatto analogo a quello di un arco praticato all'interno di una
parete, e viene chiamato in causa da una azione sismica ortogonale alla parete
stessa.
9 La forza viene ripartita in una componente H, ortogonale alle pareti di
controvento, ed una forza T, parallela alle stesse pareti ed assorbita, ad
esempio. da due tiranti.
9 Dal punto di vista
cinematico, la
configurazione limite di
equilibrio per l'innesco
del cinematismo di
collasso, corrisponde
alla formazione di tre
cerniere.
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9 La sezione dove si forma la lesione è individuabile attraverso il punto di contatto
della curva delle pressioni con i bordi della muratura. Nel caso in cui la muratura
sia costituita da una doppia cortina lo spessore efficace si riduce, con
conseguente aumento della possibilità che la curva delle pressioni esca dalla
muratura.
9 L'evoluzione del meccanismo dipende, oltre che dal tipo di muratura, dalla
capacità dei muri laterali di sopportare le spinte H degli archi; se la parete non
trova elementi di contrasto capaci di fornire una reazione pari ed opposta alla
spinta H, allora lo schema isostatico di arco a tre cerniere diventa labile quando
queste vengono ad essere allineate, e si ha il conseguente cinematismo di
collasso.
9 Se la parete in esame appartiene ad una cellula interclusa della schiera, allora la
spinta H è generalmente assorbita dalle pareti contigue, quindi diventa
necessaria un'analisi di tipo tensionale che verifichi la condizione di
schiacciamento della parte interna del muro soggetta a forti sollecitazioni di
compressione.
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9 Nel caso di murature con cantonali correttamente eseguiti, i possibili
cinematismi di collasso fuori del piano possono svilupparsi con il coinvolgimento
di porzioni più o meno ampie di muratura.
9 Le precedenti sei schematizzazioni illustrano meccanismi di rotazione di
porzioni murarie attorno a cerniere di tipo orizzontale o verticale. Per un
edificio non danneggiato è difficile prevedere (se non con il calcolo dei diversi
moltiplicatori) quale sia il cinematismo più probabile. È però possibile
comprendere, anche solo qualitativamente, i possibili punti deboli della
configurazione strutturale.
9 Nel caso di strutture anche lievemente danneggiate il procedimento è agevolato
dalla lettura del quadro fessurativo che fornisce importanti indicazioni sul
meccanismo attivato dal sisma, e sui macroelementi che si sono formati. A
questo punto, oltre alla determinazione del coefficiente di collasso, è possibile
individuare l'intervento necessario per incidere direttamente sulle cause.
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Un pannello murario, soggetto a forze sismiche parallele al piano medio, può essere
soggetto a
meccanismi di II modo
9 È questo il caso, ad
esempio, di rotture
a taglio, con
fessurazione
diagonale associata
ad un valore elevato
delle tensioni
principali di
trazione (rottura
“duttile”).
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9 Interpretazione del danno subito da un
edificio attraverso l’interpretazione
dei cinematismi di piano.
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9 Nella pratica, non è facile definire,
a priori, quali saranno i meccanismi
di danno di II modo che realmente
si attiveranno durante un evento
sismico.
9 Nelle figure, ad esempio, sono
presentati i meccanismi di II modo
ipotizzati nel progetto di restauro
antisismico di un edificio in
muratura a due elevazioni.
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