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NORME TECNICHE PER LE COSTRUZIONI - D.M. 14 Gennaio 2008Bergamo 2011
Costruzioni esistenti in muraturaCostruzioni esistenti in muratura-- criteri di intervento criteri di intervento --
Alessandra MariniUniversità di Brescia
LINEE GUIDA PER LA VALUTAZIONE E RIDUZIONE DEL RISCHIO
RIFERIMENTI TECNICIRIFERIMENTI TECNICILINEE GUIDA PER LA VALUTAZIONE E RIDUZIONE DEL RISCHIO SISMICO DEL PATRIMONIO CULTURALE con riferimento alle norme tecniche per le costruzioniConcetto di RESTAURO in continua evoluzione:
Immagine Restauro Stilistico (‘700‐‘800)D ti i i d’ R t Fil l iDestinazioni d’uso Restauro FilologicoMateria Conservatori
LINEE GUIDA: TEORIA DELLA CONSERVAZIONE
Restauro STILISTICO Carcassonne – Viollet Le Duc
RIFERIMENTI TECNICIRIFERIMENTI TECNICI19021902
1912
RIFERIMENTI TECNICIRIFERIMENTI TECNICILINEE GUIDA:
Obiettivo dell’intervento di conservazionedal punto di vista della riabilitazione strutturale:
garantire la sicurezza, preservando oltre che il bene materiale anche il funzionamento strutturale.funzionamento strutturale.
si operano inevitabilmente scelte di compromessoscelte di compromesso
Si richiede che ogni scelta sia ben documentata
SCELTA DELLA DESTINAZIONE D’USO
Possibilità di delocalizzare le “Manifesto della Conservazione”Palazzo della Ragione ‐Marco Dezzi Bardeschi
funzioni rilevanti o strategiche !!
TECNICHE DI INTERVENTOTECNICHE DI INTERVENTO
APPROCCIO ALLA PROGETTAZIONE
• Analisi del danno individuazione e interpretazione• Analisi del danno, individuazione e interpretazione dei meccanismi attivati
• Analisi delle carenze e delle vulnerabilità dell’edificio (meccanismi attivabili)
• Verifica dell’edificio allo stato di fatto per i carichi (statici o dinamici) progetto
• Identificazione della strategia di intervento
• Progetto dell’intervento
• Verifica dell’edificio dopo l’intervento allo stato di progetto
TECNICHE DI INTERVENTOTECNICHE DI INTERVENTO
Obiettivo del progetto: Conservazione della materia e del funzionamento f
strutturale accertatoCriteri generali per la scelta dell’intervento:
‐ massima reversibilità (intervento “per aggiunte” e non “per rimozioni”);
i i i i ità‐ minima invasività;‐ criterio del minimo intervento;
‐ riconoscibilità:conservare l'autenticità dell'opera ‐ evitare lericonoscibilità:conservare l autenticità dell opera evitare le imitazioni in stile;‐ compatibilità meccanica, chimica e fisica; studio di alcuni interventi di consolidamento passivo ed attivo‐ studio di alcuni interventi di consolidamento passivo ed attivo
(meglio se reversibile).
‐ durabilità degli interventidurabilità degli interventi
TECNICHE DI INTERVENTOTECNICHE DI INTERVENTOCriteri generali per la scelta dell’intervento:Criteri generali per la scelta dell intervento:
Evitare variazione nella distribuzione delle rigidezze:Gli i i di lid li i i dGli interventi di consolidamento vanno applicati in modo
regolare ed uniforme alle strutture.Interventi locali possono peggiorare il comportamento globale
dell’edificio.
L’intervento deve essere giustificato. Devono essere dimostrate:gLa carenza dello stato attuale del fabbricato Il beneficio prodotto dall’intervento.
Principio della CALIBRAZIONE DEGLI INTERVENTI:
“giudizio sarà espresso in termini globali, non solo sulla base di un confronto numerico tra accelerazione di collasso e accelerazione attesaCALIBRAZIONE DEGLI INTERVENTI:
uniformità del livello di sicurezza raggiunto per tutti i macroelementi.
accelerazione di collasso e accelerazione attesa nel sito (ISS indice di sicurezza sismica), ma anche considerando altri aspetti che sono stati valutati qualitativamente e che non possono q pessere considerati esplicitamente nel calcolo”
C8A 5 1 INTERVENTI VOLTI A RIDURRE LE CARENZE DEI COLLEGAMENTI
TECNICHE DI INTERVENTOTECNICHE DI INTERVENTOC8A.5.1 INTERVENTI VOLTI A RIDURRE LE CARENZE DEI COLLEGAMENTI
C8A.5.2 INTERVENTI SUGLI ARCHI E SULLE VOLTE
C8A.5.3 INTERVENTI VOLTI A RIDURRE L’ECCESSIVA DEFORMABILITÀ DEI SOLAI
C8A.5.4 INTERVENTI IN COPERTURA
C8A.5.5 INTERVENTI CHE MODIFICANO LA DISTRIBUZIONE DEGLI ELEMENTI VERTICALI RESISTENTI
C8A.5.6 INTERVENTI VOLTI AD INCREMENTARE LA RESISTENZA NEI MASCHI MURARI
C8A 5 7 INTERVENTI SU PILASTRI E COLONNEC8A.5.7 INTERVENTI SU PILASTRI E COLONNE
C8A.5.8 INTERVENTI VOLTI A RINFORZARE LE PARETI INTORNO ALLE APERTURE
C8A 5 9 INTERVENTI ALLE SCALEC8A.5.9 INTERVENTI ALLE SCALE
C8A.5.10 INTERVENTI VOLTI AD ASSICURARE I COLLEGAMENTI DEGLI ELEMENTI NONSTRUTTURALI
C8A.5.11 INTERVENTI IN FONDAZIONE
C8A.5.12 REALIZZAZIONE DI GIUNTI SISMICI
RINFORZO DEI SOLAI IN LEGNORINFORZO DEI SOLAI IN LEGNOC8A 5 3 INTERVENTI VOLTI A RIDURRE L’ECCESSIVA DEFORMABILITÀ DEI SOLAI
Principali problematiche dei solai lignei:
C8A.5.3 INTERVENTI VOLTI A RIDURRE L ECCESSIVA DEFORMABILITÀ DEI SOLAI
- Eccessiva deformabilità.
- Rumorosità al calpestio.
Ref. [5]
RINFORZO DEI SOLAI IN LEGNORINFORZO DEI SOLAI IN LEGNOC8A 5 3 INTERVENTI VOLTI A RIDURRE L’ECCESSIVA DEFORMABILITÀ DEI SOLAI
Irrigidimento flessionale di solai:- Doppio assito organizzato:
C8A.5.3 INTERVENTI VOLTI A RIDURRE L ECCESSIVA DEFORMABILITÀ DEI SOLAI
Può essere alternativamente realizzato con LVL, oppure con tavole di legno.
RINFORZO DEI SOLAI IN LEGNORINFORZO DEI SOLAI IN LEGNOC8A 5 3 INTERVENTI VOLTI A RIDURRE L’ECCESSIVA DEFORMABILITÀ DEI SOLAI
Irrigidimento flessionale di solai:- Sottile lastra in c.a. ordinario (5 cm), oppure ad altissime prestazioni (2 cm), piolato.
C8A.5.3 INTERVENTI VOLTI A RIDURRE L ECCESSIVA DEFORMABILITÀ DEI SOLAI
cappa c.a.
connettori
- Soluzione valida anche per solai nuovi in lamellare per grandi luci - Zona sismica: possibilità di organizzare il diaframma di piano
RINFORZO DEI SOLAI IN LEGNORINFORZO DEI SOLAI IN LEGNOC8A 5 3 INTERVENTI VOLTI A RIDURRE L’ECCESSIVA DEFORMABILITÀ DEI SOLAI
Irrigidimento flessionale di solai:- Lastra in speciale malta di calce idraulica naturale (5 cm, fck,28g =15MPa E = 16000MPa) armata con rete di fibra di vetro Campi di applicabilità: edifici
C8A.5.3 INTERVENTI VOLTI A RIDURRE L ECCESSIVA DEFORMABILITÀ DEI SOLAI
E28g= 16000MPa) armata con rete di fibra di vetro. Campi di applicabilità: edifici storici nei quali sussista un problema di compatibilità.
L’efficacia dell’irrigidimento flessionale dipende dalla rigidezza del connettore
RINFORZO DEI SOLAI IN LEGNORINFORZO DEI SOLAI IN LEGNOL’efficacia dell’irrigidimento flessionale dipende dalla rigidezza del connettore, il comportamento duttile a rottura è possibile solo adottando connettori duttili
Vi Vi
Tipi di connettori:
L’efficacia dell’irrigidimento flessionale dipende dalla rigidezza del connettore
RINFORZO DEI SOLAI IN LEGNORINFORZO DEI SOLAI IN LEGNOL’efficacia dell’irrigidimento flessionale dipende dalla rigidezza del connettore, il comportamento duttile a rottura è possibile solo adottando connettori duttili
Vi Vi
Tipi di connettori:
LEGAME DI COMPORTAMENTO DELLA SINGOLA CONNESSIONE
RINFORZO DEI SOLAI IN LEGNORINFORZO DEI SOLAI IN LEGNOLEGAME DI COMPORTAMENTO DELLA SINGOLA CONNESSIONE
40
45
50ASSITO INTERROTTO
30
35
40
rce,
Vi [
kN] Vu
15
20
25St
ud S
hear
for
P11-S20ik7P18-S20ik7
0
5
10
S P21-S20ik7GiurianiPiazzaEC5
Kp
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Slip, δ [mm]
1) CAMPO ELASTICO 2) COMPORTAMENTO A
KpROTTURA Vu
HP di connessione HP di connessione deformabile HP di connessione
RINFORZO DEI SOLAI IN LEGNORINFORZO DEI SOLAI IN LEGNOHP di connessioneperfetta e sezionipiane
HP di connessione deformabile
δ1 δ2 δ 3
HP di connessione assente
KP1 KP2 KP1
METODO N METODO MÖHLERMETODO N METODO MÖHLER e METODO N MODIFICATO
Kp = ∞ Kp1 Kp2 Kp = 0
σJ0=Jw+Jc Jeff= 6-7J0Jid=1.2-1.4 Jeff
p
0σw
A sfavore di sicurezza sottostima il reale stato
Previsione eccessivamente
Buona approssimazione dello stato di sforzo e di
di sforzo e deformazione cautelativa di sforzi e deformazioni
deformazione reale
HP di connessione HP di connessione deformabile HP di connessione
RINFORZO DEI SOLAI IN LEGNORINFORZO DEI SOLAI IN LEGNOHP di connessioneperfetta e sezionipiane
HP di connessione deformabile
δ1 δ2 δ 3
HP di connessione assente
KP1 KP2 KP1
METODO N METODO MÖHLERMETODO N METODO MÖHLER e METODO N MODIFICATO
EUROCODICE 5 E CNR DT 206 NONEUROCODICE 5 E CNR DT 206 NON CONSENTONO L’IMPIEGO DELL’HP DI
CONNESSIONE INFINITAMENTE RIGIDAKP= 2 KSER
A sfavore di sicurezza sottostima il reale stato
Previsione eccessivamente
Buona approssimazione dello stato di sforzo e di
di sforzo e deformazione cautelativa di sforzi e deformazioni
deformazione reale
C8A 5 2 INTERVENTI SUGLI ARCHI E SULLE VOLTE
INTERVENTI SU ARCHI E VOLTE INTERVENTI SU ARCHI E VOLTE C8A.5.2 INTERVENTI SUGLI ARCHI E SULLE VOLTE CONTENIMENTO DELLE
SPINTE DI ARCHI E VOLTE
RINFORZO CORONA CONTRAFFORTI
(meno frequente)
d b l l dSezione di base e Altezza tali da contenere il puntone.
NB il t ff t dNB. il contrafforte deve essere vincolato alla muratura per trasferire il carico verticale e orizzontale.
INTERVENTI SU ARCHI E VOLTE INTERVENTI SU ARCHI E VOLTE C8A 5 2 INTERVENTI SUGLI ARCHI E SULLE VOLTEC8A.5.2 INTERVENTI SUGLI ARCHI E SULLE VOLTE
CATENE INTRADOSSALI
HH TT HH TT Fo FoFc Fc
Dimensionamento della sezione: si affida alla catena l’intera spinta orizzontale (Fc=Fo). p ( )Valutare la possibilità di sovratensione in caso di rocking.
È prudente non far lavorare l’acciaio oltre i 100 MPa (1000 kg/cm2).
Tesatura iniziale: la forza di tesatura deve essere inferiore a Fc. In assenza di carico variabile si avrebbe infatti Fc>Fo e si potrebbe indurre il sollevamento dell’arco.
INTERVENTI SU ARCHI E VOLTE INTERVENTI SU ARCHI E VOLTE C8A 5 2 INTERVENTI SUGLI ARCHI E SULLE VOLTEC8A.5.2 INTERVENTI SUGLI ARCHI E SULLE VOLTE
CATENE ESTRADOSSALI
G Valadier L’architettura pratica vol IV
Possono essere annegate a pavimento
Funzionano solo se il carico verticale in G. Valadier, L architettura pratica, vol. IV, Roma 1833
Funzionano solo se il carico verticale in corrispondenza del punto di applicazione della catena è sufficiente.
INTERVENTI SU ARCHI E VOLTE INTERVENTI SU ARCHI E VOLTE
1c21ce hF)hh(F =+ 1cce hh
hFF+
=⇒ 21c2ceA hh
hhFhFM+⋅
==21 hh + 21 hh +
AV MeF
≥⋅Ψ
Ψ+
≥e
hhh
hFF 21
cV⇒Ψ + ehh 21
ANCORAGGIO CATENE ANCORAGGIO CATENE ANCORAGGIO DELLE CATENE- Rifacimento ancoraggio catena esistente- Piastra - Chiave o bolzone - Ancoraggio iniettato
ANCORAGGIO CATENE ANCORAGGIO CATENE ANCORAGGIO DELLE CATENE- Rifacimento ancoraggio catena esistente- Piastra - Chiave o bolzone - Ancoraggio iniettato
NB: Spessore della piastra tale da garantire la diffusione del carico
ANCORAGGIO DELLE CATENE
ANCORAGGIO CATENE ANCORAGGIO CATENE ANCORAGGIO DELLE CATENE- Rifacimento ancoraggio catena esistente- Piastra - Chiave o bolzone - Ancoraggio iniettato
Lb
NB. Lb sufficientemente lungo per evitare:Pull out barra- Pull-out barra
- Pull-out barra e malta iniezione- Rottura del cono di muratura
ANCORAGGIO CATENE ANCORAGGIO CATENE ANCORAGGIO INIETTATO:ANCORAGGIO INIETTATO: MECCANISMI RESISTENTI
superamento aderenzalt b ll t b
superamento aderenza malta-muratura:ll t b + lt i i tt t1) 2)Ancoraggio iniettato
tirante, dt
dblbml bm
malta-barra: pull-out barra
bmd
l
pull-out barra+malta iniettata1) 2)
F F
Ancoraggio iniettato
b
db
τ τbm
dmF F
l F l F
rottura cono muratura3)
lbm,1 Fτbdbπ
ldπ
bm,2mτbmF
bml max[ bm,1l bm,2l bm,3l ]
mtfF Fα
superficiedi rottura, Sm
F F
Sm
α
l Flbm,3Smfmt
Fsenα
ANCORAGGIO CATENE ANCORAGGIO CATENE
CONTROVOLTE IN C.A.CONTROVOLTE IN C.A.D EVITARE !!!Da EVITARE !!!
Messa in opera
decompressione
Messa in opera
decompressione
scorrimento
APPENSIONE VOLTEAPPENSIONE VOLTED EVITARE !!!Da EVITARE !!!
INTERVENTI TI “SCUCI E CUCI”INTERVENTI TI “SCUCI E CUCI”C8A.5.5 INTERVENTI CHE MODIFICANO LA DISTRIBUZIONE DEGLI ELEMENTI VERTICALIC8A.5.5 INTERVENTI CHE MODIFICANO LA DISTRIBUZIONE DEGLI ELEMENTI VERTICALI RESISTENTI
NB: Garantire efficace collegamento con spinottiGarantire uniformità rigidezze
INTERVENTI TI “SCUCI E CUCI”INTERVENTI TI “SCUCI E CUCI”
C8A.5.5 INTERVENTI CHE MODIFICANO LA DISTRIBUZIONE DEGLI ELEMENTI VERTICALI RESISTENTI
NB: Garantire efficace ingranamento tra murature vecchie e nuoveGarantire uniformità rigidezze
INTONACO ARMATOINTONACO ARMATOMURATURE ANTICHE MALTA DI CALCE + RETE FIBRE DI VETROParticolare 3Rimozione intonaco cementizio e formazione intonacoarmato con rete in fibra di vetro
Formazione nuovo strato di intonacoin malta di calce idraulica naturale armatocon rete da intonaco (s = 3-4cm)
Rimozioneintonacocementizio
Formazione stratodi intonaco di finiturain malta di calce (1.5-2cm)
MURATURE ANTICHE MALTA DI CALCE + RETE FIBRE DI VETRO
NB: Intonaco di malta di calce + rete in fibre di vetro o rete da intonaco,
NON i l tNON si usa la rete elettrosaldata
INTONACO ARMATOINTONACO ARMATOMURATURE IN LATERIZIO E MALTA DI CEMENTO INTONACO CEMENTIZIO +MURATURE IN LATERIZIO E MALTA DI CEMENTO INTONACO CEMENTIZIO + RETE ELETTROSALDATA
- Impiego cls alte prestazioni con retep g p- Cls alte prestazioni con fibre- Collegare sempre i paramenti contirantini antiespulsivi
… QUALCHE OSSERVAZIONE… QUALCHE OSSERVAZIONEDisposizione mattoni: Possibilità di intervento:
- intonaco armato / placcaggio anche con cls speciali
Disposizione problematica
i i hi
Disposizione mattoni: Possibilità di intervento:
- Valutare introduzione setti esterni- Valutare efficacia diaframmi in cls
per i carichi verticali
Se muratura uniforme valutare possibilità prove in sito
… QUALCHE OSSERVAZIONE… QUALCHE OSSERVAZIONE
Il recupero del sottotetto comporta obbligo di adeguamento ???
Cosa dice la norma…
8.4.1 INTERVENTO DI ADEGUAMENTO È fatto obbligo di procedere alla valutazione della sicurezza e, qualora necessario, all’adeguamento della costruzione, a chiunque intenda:g
a) sopraelevare la costruzione; b) ampliare la costruzione mediante opere strutturalmente connesse alla costruzione;c) apportare variazioni di classe e/o di destinazione d’uso che comportino incrementic) apportare variazioni di classe e/o di destinazione d uso che comportino incrementi
dei carichi globali in fondazione superiori al 10%; d) effettuare interventi strutturali volti a trasformare la costruzione mediante un
insieme sistematico di opere che portino ad un organismo edilizio diverso dalinsieme sistematico di opere che portino ad un organismo edilizio diverso dal precedente.
Una variazione dell’altezza dell’edificio, per la realizzazione di cordoli sommitali, sempre che resti immutato il numero di piani, non è considerata sopraelevazione o ampliamento, ai sensi dei punti a) e b). In tal caso non è necessario procedere all’adeguamento, salvo che non ricorrano le
di i i di i i d ti ti ) d)condizioni di cui ai precedenti punti c) o d).
… Valutare caso per caso …
CONSOLIDAMENTO CON INTONACO ARMATO
… INTONACO … INTONACO ARMATOARMATO
Particolare 3Rimozione intonaco cementizio e formazione intonacoarmato con rete in fibra di vetro
Formazione nuovo strato di intonacoin malta di calce idraulica naturale armatocon rete da intonaco (s = 3-4cm)
Rimozioneintonacocementizio
Formazione stratodi intonaco di finiturain malta di calce (1.5-2cm)
CONSOLIDAMENTO CON INTONACO ARMATO
NTC– prove sperimentali– in mancanza di prove sperimentali che quantifichino l’incremento di resistenzain mancanza di prove sperimentali che quantifichino l incremento di resistenza ottenuto con l’intervento si applica il coefficiente indicato in tabella C8A.2.2, diversificato per le varie tipologie indicate in Tab. C8A.2.1, sia ai parametri di resistenza (fm e τ0) sia ai moduli elastici (E e G)resistenza (fm e τ0), sia ai moduli elastici (E e G).
CONSOLIDAMENTO CON INTONACO ARMATO
INTONACO ARMATOINTONACO ARMATOCONSOLIDAMENTO CON INTONACO ARMATO
(A) Per i parametri di partenza della muratura non consolidata non si applica il coefficiente relativo alla connessione trasversale, in quanto l’intonaco armato, se correttamente eseguito collegando con barre trasversali i nodi delle reti di armatura sulle due facce, realizza, tra le altre, anche questa funzione.
(B) Nei casi in cui le connessioni trasversali non soddisfino tale di i il ffi i t lti li ti d ll’i t t d di icondizione, il coefficiente moltiplicativo dell’intonaco armato deve essere diviso
per il coefficiente relativo alla connessione trasversale riportato in tabella
Se hp (B) 2.5/1.5 = 1.67
INIEZIONE MURATUREINIEZIONE MURATURECONSOLIDAMENTO CON INIEZIONI DI MISCELE LEGANTI:
tubo peringhisaggio
foro spia per verificareil riempimento
CONSOLIDAMENTO CON INIEZIONI DI MISCELE LEGANTI:
g gg
barre ad aderenzamiglioratamigliorata
miscela per inghisaggio
tappo in gesso
foro con carotatricemin. Ø30 per barre Ø14min. Ø30 per barre Ø14
1) Foro Ø30 con carotatrice
20kg MACFLOW
2) Inghisaggio barre a bassa pressione
Composizione miscela:Iniezione miscela con pompa manuale
20kg MACFLOW
7 L acqua (rapp. A/C=0.27)100g. Fibre "RICEM MC 2.5 DTE 3mm."
INIEZIONE MURATUREINIEZIONE MURATURECONSOLIDAMENTO CON INIEZIONI DI MISCELE LEGANTI:CONSOLIDAMENTO CON INIEZIONI DI MISCELE LEGANTI:NTC – prove sperimentali– in mancanza di prove sperimentali che quantifichino l’incremento di resistenza ottenuto con l’intervento si applica il coefficiente indicato in tabella, diversificato per le varie tipologie, sia ai parametri di resistenza (fm e τ0), sia ai moduli elastici (E e G).NB: - Se la muratura originale fosse stata classificata con malta di buone caratteristiche, il coefficiente va applicato al valore di riferimento per malta di scadenti caratteristiche: il risultato ottenibile attraverso questa tecnica di consolidamento è indipendente dalla qualità originaria dellaottenibile attraverso questa tecnica di consolidamento è indipendente dalla qualità originaria della malta (nel caso di muratura con malta di buone caratteristiche, l’incremento di resistenza e rigidezza ottenibile è percentualmente inferiore)
DIATONI ARTIFICIALIDIATONI ARTIFICIALI
Rimozione intonaco cementizioed eventuale iniezione di mi
FORMAZIONE DIATONI ARTIFICIALI
Formazione diatoni artificiali con tiranti inacciaiozincato: barre lisce filettate alle estremitàØ10/80x80cm
t t di i t i lt di l id linuovo strato di intonaco in malta di calce idraulicanaturale armata con reti da intonaco (s=3-4cm) esottile strato di intonaco di finitura (s=1.5cm)
passo dei tiranti < spessore del muro
DIATONI ARTIFICIALIDIATONI ARTIFICIALI
FORMAZIONE DIATONI ARTIFICIALI
passo dei tiranti < spessore del muro
“RINCOCCIATURA”“RINCOCCIATURA”
Rifacimento intonaco in presenza dimurature fortemente irregolari in sezione
RINCOCCIATURA
u atu e o te e te ego a se o e
in presenza di cavità, al fine di contenere la quantità di intonacosi dispongono elementi di laterizio pieno, eventualmente fissati conperni di acciaio.
INTERVENTI PER IL MIGLIORAMENTOINTERVENTI PER IL MIGLIORAMENTOINTERVENTI PER IL MIGLIORAMENTO INTERVENTI PER IL MIGLIORAMENTO SISMICOSISMICO
C8A 5 1 INTERVENTI VOLTI A RIDURRE LE CARENZE DEI COLLEGAMENTI
CATENE PERIMETRALICATENE PERIMETRALI
1 INCATENAMENTI
C8A.5.1 INTERVENTI VOLTI A RIDURRE LE CARENZE DEI COLLEGAMENTI
1. INCATENAMENTI
Principio: ripristinare il comportamento scatolare
Messa in opera di catene perimetrali. (in generale non si impiegano FRP)
CATENE PERIMETRALICATENE PERIMETRALI
1 INCATENAMENTI
C8A.5.1 INTERVENTI VOLTI A RIDURRE LE CARENZE DEI COLLEGAMENTI
1. INCATENAMENTI
Principio: ripristinare il comportamento scatolare
Senza
Con CATENE
Senza CATENE
Messa in opera di catene perimetrali. (in generale non si impiegano FRP)
CATENE PERIMETRALICATENE PERIMETRALI
Le catene possono essere:• esterne oppure alloggiate entroesterne, oppure alloggiate entroscanalature di qualche centimetro diprofondità o, raramente, entro foripraticati con la carotatrice.praticati con la carotatrice.
• attive, passive, aderenti o non aderenti.Le catene attive con debole pretensione e non aderenti limitano la fessurazione erendono l’intervento quasi reversibile ma devono essere protette dalla corrosionerendono l intervento quasi reversibile ma devono essere protette dalla corrosione.
• tesate con martinetto o con sistemi a vite.
CATENE PERIMETRALICATENE PERIMETRALIxx
Le catene possono essere:• esterne oppure alloggiate entroesterne, oppure alloggiate entroscanalature di qualche centimetro diprofondità o, raramente, entro foripraticati con la carotatrice.praticati con la carotatrice.
• attive, passive, aderenti o non aderenti.Le catene attive con debole pretensione e non aderenti limitano la fessurazione erendono l’intervento quasi reversibile ma devono essere protette dalla corrosionerendono l intervento quasi reversibile ma devono essere protette dalla corrosione.
• tesate con martinetto o con sistemi a vite.
CATENE PERIMETRALICATENE PERIMETRALI
B
AA F tanoa α
F va BF oa
F
oa
F F oa
va F oa
F tan oa α
F = f L /8 oa 2 F +F tanva oa α
F tan oa α
A
α F va F oa
F = f L /8 oa 2
+ C t ll it t C t iù ll it t A+ Catene meno sollecitate- Impatto visivo
- Catene più sollecitate+ Nascoste alla vista
CATENE PERIMETRALICATENE PERIMETRALIL l i d ll t i t li è INEFFICACE i diLa soluzione delle catene perimetrali è INEFFICACE in caso di:
a) Snellezza eccessiva delle pareti
Catene perimetrali INEFFICACI per
tmin
tmint
tminLx 10
Lx
b) Presenza di canne fumarie, quando non sia ipotizzabile la formazione del sistema arco-catena
CATENE PERIMETRALICATENE PERIMETRALIL l i d ll t i t li è i ffi i diLa soluzione delle catene perimetrali è inefficace in caso di:
a) Snellezza eccessiva delle pareti
Catene perimetrali INEFFICACI per
tmin
tmint
tminLx 10
!!!Lx
b) Presenza di canne fumarie, quando non sia ipotizzabile la formazione del sistema arco-catena
CATENE PERIMETRALICATENE PERIMETRALIL l i d ll t i t li è i ffi i diLa soluzione delle catene perimetrali è inefficace in caso di:
c) Murature scadenti
A Incapaci di sostenere le importanti compressionidell’arco di scarico
d) Presenza di porticati o strutture particolari
Necessità di diaframmi di piano o falda
CATENE PERIMETRALICATENE PERIMETRALI
Catene inefficaci; Possibile soluzione: diaframma di piano.
C8A 5 1 INTERVENTI VOLTI A RIDURRE LE CARENZE DEI COLLEGAMENTI
CATENE PERIMETRALICATENE PERIMETRALI
OSSERVAZIONE:
C8A.5.1 INTERVENTI VOLTI A RIDURRE LE CARENZE DEI COLLEGAMENTI
PLACCAGGI CON FIBRE DI CARBONIO‐ Cerchiature‐ Rinforzo angolate‐ Rinforzo angolate
Utilizzo degli FRP adeguato su edifici in c.a., SCONSIGLIABILE su muratura o legno.
Problemi in presenza di variazioni di umiditàrischio delaminazione.
CORDOLI IN SOMMITA’CORDOLI IN SOMMITA’MIGLIORARE IL COLLEGAMENTO TRA LE PARETI
Tipologie:- muratura a tutto spessore di buone caratteristiche/ mattoni pieni con “giunto armato”- in acciaio- in c.a. solo su murature ben organizzate (mai su murature miste) e solo di
lt li it taltezza limitata
- spesso necessaria bonifica muratura in sommità pre evitare brusche variazioni di rigidezzag
Collegamento alle murature esistenti:- spinotti p- attrito
PRUDENZA !!!
STESSE LIMITAZIONI DELLE CATENEEVITARE CORDOLATURE INTERMEDIE NELLO SPESSORE DELLE PARETI
DIAFRAMMI DI PIANO O DI FALDADIAFRAMMI DI PIANO O DI FALDA
DIAFRAMMI DI PIANO E DI FALDA
Meccanismo attivabile dopo l’intervento:l fFlessione fuori piano.
CW2
Wc' Wc'
Diaframmi di piano Diaframmi di falda
H CW
CW2Wm
C t t
Hh
CW1
W1
Comportamento scatolare b
DIAFRAMMI DI PIANO O DI FALDADIAFRAMMI DI PIANO O DI FALDA
DIAFRAMMI DI PIANO E DI FALDA
Meccanismi INIBITIdalla formazione di diaframmi di piano d f lde di falda
CW2
Wc' Wc'
H CW
CW2Wm
Hh
CW1
W1
bFlessione fuori piano
FORMAZIONE DI DIAFRAMMI DI PIANO
DIAFRAMMI DI PIANODIAFRAMMI DI PIANO
di pianodiaframma
setto resistente a taglio OBIETTIVO: organizzare nellospessore del solaio un diaframma
parete parallela al sismasez.A
LFo
spessore del solaio un diaframmache, opportunamente collegatoalle pareti perimetrali, trasferiscal'azione sismica dell'impalcato edelle murature di competenza ai
f
LH
F
Fo delle murature di competenza aisetti resistenti al taglio.
MV M
Fc
VFc=M/HF
corrente
pannello
Fc M/H
sp p
sez.A azione sismica dell'impalcato
smp p
ihzona di competenza
diaframmadi piano
SUDDIVISIONE DEI COMPITI:‐momento flettente ai correntitaglio al pannello d’anima
parete ortogonale al sisma
azione sismica delle muraturenella zona di competenza
‐ taglio al pannello d anima
DIAFRAMMI DI PIANODIAFRAMMI DI PIANOFORMAZIONE DI DIAFRAMMI DI PIANO
di pianodiaframma
parete parallela al sismasez.Ap
F
setto resistente a taglio
f
LH Fo
Il diaframma raccoglie le forze inerziali e l t f i i tti i t ti l ile trasferisce ai setti resistenti al sisma:
A) Organizzazione del diaframma‐ CORDOLI‐ PANNELLO D’ANIMA‐ LESENE
B) Organizzazione dei collegamentiB) Organizzazione dei collegamenti‐ Impedire lo strappo delle pareti caricate fuori piano >>> TIRANTI‐ Trasferiemento dell’azione di taglio tra impalcato e muratura >>> SPINOTTI
DIAFRAMMI DI PIANODIAFRAMMI DI PIANOFORMAZIONE DI DIAFRAMMI DI PIANO
progressivamente si riduce l’effetto irrigidente rispetto ai carichi verticali (1‐2‐3), ci si muove verso un intervento di solo miglioramento i icappa c.a.
connettori
sismico1
connettori
3-5 mmlastra di acciaio
Lastra sottile in c.a. ordinario oppure ad alte prestazioni
assito esistentepannello multistrato
chiodatefasce metalliche
assito esistente3 5 mm
a spinottoconnettori
23
saldaturespinotto
(a)Diaframma in pannelli di legno multistrato Diaframma in sottili lastre di acciaio
DIAFRAMMI DI PIANODIAFRAMMI DI PIANO
f
ORGANIZZAZIONE E DIMENSIONAMENTO DEL DIAFRAMMA DI PIANO
PANNELLO
R3
3
4R
4
c2
c1
f=f +f +f1 2 i
R =R =fL/23 4r rmq r3
3
3 c2
Fc
L
(M) M fL/82
q =33Rz
M (M)
V (V)
M=fL/82
V=fL/22 1c
q3
Fc
fr3q3
(N)
CORRENTILESENA
3R 2
r3
c
z
cF
=Fc z/M
qmB 3 m3
q3
N3
q 3RBm3
; q =3
q (z-B )N =3 3 3m
3m =
c1
Fc
q ( )3 3 3m
DIAFRAMMI DI PIANODIAFRAMMI DI PIANO
f
DIMENSIONAMENTO DEL DIAFRAMMA DI PIANO in CEMENTO ARMATO
PANNELLOxΔ F ΔF
x
F + F
Fc Δ
ΔR3
3
4R
4
c2
c1
f=f +f +f1 2 i
R =R =fL/23 4r r
xΔq
xΔFc F +c ΔFc
Δx
FsycF + F cΔ
x 2/2Δn
L
(M) M fL/82
Δy dΔxΔy
M (M)
V (V)
M=fL/82
V=fL/22
45° y
x
CORRENTI
fr3q3
(N)
LESENA
3R 2
r3
c
z
cF
=Fc z/M
qmB 3 m3
q3
N3
q 3RBm3
; q =3
q (z-B )N =3 3 3m
3m =
c1
Fc
q ( )3 3 3mAcC, AsC
AcL, AsL
ORGANIZZAZIONE DEI CORRENTI
DIAFRAMMI DI PIANODIAFRAMMI DI PIANO
spinottidoppia rete
armatura di
ll
ORGANIZZAZIONE DEI CORRENTI
cordolo
collegamento
cordolo
spinotti
[Ref. 4]
DIMENSIONAMENTO DEL DIAFRAMMA DI PIANO in MULTISTRATO FENOLICO
DIAFRAMMI DI PIANODIAFRAMMI DI PIANO
d l i t l i i i hi d t
lamiera dicoprigiuntos=2mm
pannelli di legnomultistrato27mm, soggetti a
cordolo perimetrale in acciaio, chiodatoal panello e spinottato alla muratura
s 2mm ggflusso di sforzitangenziali q
spinotti per il collegamento alle
chiodi in acciaio adalta resistenza,soggetti ad azionitaglianti Vi e
murature (cap. 6.1.1)
V itaglianti Vi edisposti adinterasse i.
q
DIMENSIONAMENTO DEL DIAFRAMMA DI PIANO in MULTISTRATO FENOLICO
DIAFRAMMI DI PIANODIAFRAMMI DI PIANO
l i di pannelli di legno
cordolo perimetrale in acciaio, chiodatoal panello e spinottato alla muratura
lamiera dicoprigiuntos=2mm
pannelli di legnomultistrato27mm, soggetti aflusso di sforzitangenziali qtangenziali q
chiodi in acciaio ad altaresistenza, soggetti ad
i i t li ti V
spinottisaldati
spinotti
spinotti per il collegamento allemurature (cap. 6.1.1)
azioni taglianti Vi edisposti ad interasse i.
correnteacciaio
pannellimultistrato
correnteacciaio multistrato
pannelli
assitochiodichiodi assito
DIMENSIONAMENTO DEL DIAFRAMMA DI PIANO in MULTISTRATO FENOLICO
DIAFRAMMI DI PIANODIAFRAMMI DI PIANO
assito esistentepannello multistrato
chiodatefasce metalliche
PANNELLOPannello agli appoggi soggetto al flusso massimo
COLLEGAMENTO PANNELLO‐PANNELLO
Fasce di coprigiunto
s = q3 / τESs = q3 / τES(sCOMM = 27.5 mm, τP = 1 MPa)
Vic (d4) = 1‐1.5 kN ≅ ½ ViuΔx = Vic /q(x)
DIAFRAMMI DI PIANODIAFRAMMI DI PIANO
DIMENSIONAMENTO DEL DIAFRAMMA DI PIANO in MULTISTRATO FENOLICO
COLLEGAMENTO PANNELLO ‐ LESENA ‐MURATURA
COLLEGAMENTO PANNELLO – LESENATramite CHIODATURA
q Δx = Vic (d4) == 1‐1.5 kN ≅ ½ Viu
/
Δx
Δx = Vic (d4) / q
COLLEGAMENTO LESENA MURATURA tramite PIOLI
q Δx = VSP (d16) = 15 kN= VSP (d20) = 20 kN
Δx = VSP / q
DIAFRAMMI DI PIANODIAFRAMMI DI PIANO
ORGANIZZAZIONE E DIMENSIONAMENTO DEI COLLEGAMENTI
SPINOTTI per trasferire il taglio ai setti resistenti
spinotttiranti
SPINOTTI per trasferire il taglio ai setti resistenti
lesena
lesena
i
q
lesena
V
spinotto
Vi
Vi qVi
l'' l'
Vi
F di t li l ttForza di taglio sul connettore:
Vi = q x i i = VI/qi VI/q
Vi : si ricava da prove sperimentali o modelli analitici (rif. VSP (d16) = 15 kN; VSP (d20) = 20 kN. In generale 1 d16 / 50 cm)
DIAFRAMMI DI PIANODIAFRAMMI DI PIANO
ORGANIZZAZIONE E DIMENSIONAMENTO DEI COLLEGAMENTI
ti tispinottitiranti
SPINOTTI per trasferire il taglio ai setti resistenti
20
25V, KN
10
15
20d 16mmposato a secco entro muratura di medie
0
5
403020100
[REF.5]
-40-30-20-100spostamento, mm
(rif. VSP (d16) = 15 kN; VSP (d20) = 20 kN)
DIAFRAMMI DI PIANODIAFRAMMI DI PIANO
ORGANIZZAZIONE E DIMENSIONAMENTO DEI COLLEGAMENTI
TIRANTI per trattenere le pareti caricate fuori‐piano
p
Apmf
cordolocordololl
tirantetirante
pmmp
FFmfpannello F
VF
se A azione sismica
f 1
i
co
pannellos
mp pih
sez.A dell'impalcato
diaframma
Forza di trazione sul tirante:
F = σs AS = pm x hi x i i = σs AS/( pm x hi )(Rif 1 d14‐16 /1 5m)
parete ortogonale al sisma
azione sismica delle muraturenella zona di competenza
zona di competenza
diaframmadi piano
(Rif. 1 d14 16 /1.5m)
DIAFRAMMI DI PIANODIAFRAMMI DI PIANO
ORGANIZZAZIONE E DIMENSIONAMENTO DEI COLLEGAMENTI
TIRANTI per trattenere le pareti caricate fuori‐piano
mp mp
bbm bbm
F F
τ dm
tirante, d tirante, dt
τb
cordolo
fmt
superficiedi rottura, Sm
fmtF F
Sm
α
3,5
DIAFRAMMI DI PIANODIAFRAMMI DI PIANO
3,0a]
2,0
2,5
renz
a [M
Pa
1,5
orzo
di A
der
LVDT 6
bm
F
τ
tiran
0,5
1,0Sfo
LVDT 7
LVDT 8
τb
0,00,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50
Spostamento Estremità Carica [mm]Spostamento Estremità Carica [mm]
DIAFRAMMI DI PIANODIAFRAMMI DI PIANO
Introduzione di stralli
ALTRE SOLUZIONI PROPOSTE IN LETTERATURA
metallici
‐ Verificare che gli f i isforzi non siano eccessivamente concentrati
Travi reticolari in acciaio realizzate nello spessore del solaiospessore del solaio
‐ Concentrazione degli sforziDifficoltoso l’eventuale collegamento alle‐ Difficoltoso l eventuale collegamento alle
murature
COPERTURE SCATOLARICOPERTURE SCATOLARI
FORMAZIONE DI DIAFRAMMI DI FALDA – COPERTURE SCATOLARI
COPERTURE SCATOLARICOPERTURE SCATOLARI
FORMAZIONE DI DIAFRAMMI DI FALDA ‐ COPERTURE SCATOLARI
• il ribaltamento delle pareti perimetrali avviene quando gli eventuali dispositivi di confinamento (quali catene o contrafforti, solai e copertura) non forniscono un sufficiente contrasto all’azione di ribaltamento indotta dal sisma.
• L’azione ribaltante può incrementare in presenza di tetti spingenti
ηw3
24
15
COPERTURE SCATOLARICOPERTURE SCATOLARI
FORMAZIONE DI DIAFRAMMI DI FALDA – COPERTURE SCATOLARI
COPERTURE SCATOLARICOPERTURE SCATOLARI
church office church
FORMAZIONE DI DIAFRAMMI DI FALDA – COPERTURE SCATOLARI
church office church
C = 7%bell tower
old vestry
CWWc' Wc'
Hh
CW1
CW2
W2Wm
hW1
b
C = 5% C = 20%
COPERTURE SCATOLARICOPERTURE SCATOLARI
FORMAZIONE DI DIAFRAMMI DI FALDA – COPERTURE SCATOLARI
existing planksplywood panelsnailedsteel straps
existing planksstud connected wooden planks
existing planksplywood panels
nailedsteel strapssteel straps
connectorsstud
concrete slabe isting ooden planksthin steel plate
(Giuriani et al., 2005) (Giuriani and Marini, 2005)
existing wooden planks2-3 mm
connectorstud
thin steel plate
existing plank
( )(Giuriani and Plizzari, 2000) (Piazza and Turrini, 1983)
COPERTURE SCATOLARICOPERTURE SCATOLARI
• metodo semplificato basato sul criterio di resistenza
COPERTURE SCATOLARI – CRITERI DI PROGETTAZIONE
corrente di grondatimpanopannello di falda
h1
h3 1m
Lx
L
diaframmadi piano
yL• componenti principali della copertura scatolare
• distribuzione dei carichi
timpano
A.Marini, E. Giuriani
COPERTURE SCATOLARICOPERTURE SCATOLARI
COPERTURE SCATOLARI – CRITERI DI PROGETTAZIONE
r1z
r1y f1yp1 h
l12
1z
3 = -r1y
g1 g1
A Ba p3 h3
y
5
4 2
1
Struttura labileLy
5 1
r1zg1
f 2p l p h= +r1y
4 2
3
p h3 3 p h3 3
p1
1y 1 12 3 3f 2p l p h= +
Azione a telaio
p h3
23 nA
p h3
23 nA
2/lL/)hhhl( 2/lgL/)hhphlp(n 121y1331121A −+=
2/hpv 33A =
COPERTURE SCATOLARICOPERTURE SCATOLARI
COPERTURE SCATOLARI – CRITERI DI PROGETTAZIONE
r1z
r1y f1yp1 h
l12
1z
3 = -r1y
g1 g1
A Ba p3 h3
y
5
4 2
1
Struttura labileLy
5 1
r1zg
f 2p l p h= +
f1yf1y -r1y
1y 1 12 3 3f 2p l p h= +
COPERTURE SCATOLARICOPERTURE SCATOLARI
f1yf1y -r1y Diaframmi di falda progettati come folded plates semplicemente appoggiate sui timpani di testata e soggetti a carico uniformemente
ycx 13
R f1y xL /82 f1y xL /2
1
x
f1y
y2
L
z
M
x
V
L
yR
• progetto del diaframma come strutturaCORRENTE‐PANNELLO
Ly
F (x)13M(x)
• progetto connessioni:•Pannello – Pannello•Pannello – Correnti
F (x)13
( )13
xzf1y
R 2f L •Pannello – Lesene•Lesene – Murature perimetrali
y 21y x
13y y
f LMFL 8L
= =
COPERTURE SCATOLARICOPERTURE SCATOLARI
COPERTURE SCATOLARICOPERTURE SCATOLARI
VERIFICA DI DEFORMABILITA’ DELLA COPERTURA SCATOLARE
COPERTURE SCATOLARICOPERTURE SCATOLARIVERIFICA DI DEFORMABILITA DELLA COPERTURA SCATOLARE
nodo 2(11)
f1y3 3'
24 2'4'ye
ye nodo 1
15σme
• deformazione allo stato limite di danno e ultimooF
ey hh *'e γγ ≤
ewe yy ≤ 33e h%)21(hd −==
%5.025.0 −=
LL
33e
= β h3
COPERTURE SCATOLARICOPERTURE SCATOLARI
VERIFICA DI DEFORMABILITA’ DELLA COPERTURA SCATOLARE
(11)
*'e γγ ≤
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡+= *
wy
x
id*w
3x
y1'e
G1
tL1
2L
JEL
241fy
ewe yy ≤⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
+=tLG8
Lf
JE
Lf384
5y *
2xy1
*
4xy1
e
⎦⎣ wyidw
⎥⎦⎢⎣ αcostLG8JE384 ywidw
Diaframma in pannelli multistrato: rigidezze equivalenti
pnwn
pn*w lk
A2
lkE
+=
p g q
txA nwn Δ=
Δ passo chiodaturaw
wn E
pn*w lk
lkG =
nxΔ passo chiodatura
lp = 1200 mm, Awn = 50 mm∙27.5mm,
w
pnwn G
lkA2 + Ew= 5000 MPa, Gw= 2500 MPa, kn = 2700 N/mm (rigidezza del chiodo)
COPERTURE SCATOLARICOPERTURE SCATOLARI
pannelli di legno multistratopannelli di legno multistrato
COLLEGAMENTO DELLA COPERTURA SCATOLARE CON LE PARETI PERIMETRALI
spinotti
correnti di gronda
correnti di grondaspinotti
bonifica dellamuratura
strato sottile dimalta di calcearmato con reteda intonaco
ancoraggi muraturamedianteiniezioni dimalta di calce
profondi( )
COPERTURE SCATOLARICOPERTURE SCATOLARI
3000
co [
kg]
SABBIO CHIESE, 13.01.2009Santuario della Madonna della Rocca ‐ ponte nord
2500
Car
ic p
prova di taglio su collegamento a spinotto trapiastra di acciaio ‐ pannello
1500
2000p pdi legno e strato di malta di calce armata con 4 strati di rete da intonaco ‐muratura
1000
1500
500
00 1 2 3 4 5 6 7 80 1 2 3 4 5 6 7 8
spostamento [mm] COMP. A COMP. B
Esempio: coperture scatolariEsempio: coperture scatolari
Hp: azione sismica sulla copertura scatolareLx = 30.0 m Ly = 10.0 m h1 = 2.02 m h3 = 3.0 m sm= 0.5 m γm = 20 kN/m3
Hp: azione sismica sulla copertura scatolare
pari al 20% del carico verticale
gm m
α= 22° l12 = 5.39 m
g1=3 kN/m2
0 2 0 6 kN/ 2
p1 hl12
g1
p1 = 0.2 g1= 0.6 kN/m2
p3 = 0.2 (γm sm )= 2 kN/m2a p3
Ly
h
Esempio: coperture scatolariEsempio: coperture scatolari
lg1
a
p1
p3
hl12
hp3
Ly
Esempio: coperture scatolariEsempio: coperture scatolari
Esempio: coperture scatolariEsempio: coperture scatolari
Esempio: coperture scatolariEsempio: coperture scatolari
COPERTURE SCATOLARICOPERTURE SCATOLARI
hipped end
APPLICAZIONI STRUTTURALI
roof diaphragms
head gable
hipped end
floor diaphragm
south wallporch columns
y
x
head gable
Palazzo Calini ai Fiumi BresciaPalazzo Calini ai Fiumi, Brescia, Facoltà di Legge
(progetto: prof. ing. E.Giuriani)
COPERTURE SCATOLARICOPERTURE SCATOLARI
APPLICAZIONI STRUTTURALI
San Faustino, Segreteria Studenti dell’Università degli studi di Brescia
(progetto: prof. ing. E.Giuriani)
BibliografiaBibliografia –– diaframmidiaframmi didi piano e piano e didi faldafalda
1. Giuriani E. 2004. L’organizzazione degli impalcati per gli edifici storici. L’Edilizia. Speciale Legno strutturale, N. 134.2. Giuriani E., Marini A. 2008. Wooden roof box structure for the anti‐seismic strengthening of historic buildings.
Journal of Architectural Heritage: Conservation, Analysis and Restoration. ISSN 1558‐3058 Vol.2(3) Pag. 226‐246.Journal of Architectural Heritage: Conservation, Analysis and Restoration. ISSN 558 3058 Vol. (3) Pag. 6 46.3. Del Piccolo M., Giuriani E., Marchina E. 1999. Studio sperimentale sulle connessioni solaio‐parete mediante
ancoraggi iniettati”, Università degli Studi di Brescia, Dip. Ingegneria Civile, Technical Report n. 2‐3.5. Tengattini C.G., Marini A., Giuriani E. 2006. Connessioni a taglio nelle murature. TR 3a.1‐UR11‐1 RELUIS ‐ Progetto di
ricerca N.1 ‐ Vulnerability assessment and anti‐seismic strengthening of masonry buildings.y g g y g6. Giuriani E., Plizzari G.A., Bassini C. 1999. Experimental results on masonry wall anchored ties. VI Intern. Conference
"Structural Studies, Repairs and Maintenance of Historical Buildings STREMAH 99", Dresden C.A. Brebbia, W.JagerEditors, WIT Press, Southampton, UK, pp.55‐64.
7. Giuriani E., Marini A. 2008. Experiences from the Northern Italy 2004 earthquake: vulnerability assessment and, p y q ystrengthening of historic churches. Invited paper. VI International Conference on Structural Analysis of HistoricalConstructions SAHC 2008. 2‐4 July, Bath, England. pag. 13‐24. Ed. Taylor and Francis, London, UK. ISBN 978‐0‐414‐46872‐5.
APPENDICEAPPENDICECALCOLOCALCOLO DIDI SOLAISOLAI MISTIMISTI LEGNOLEGNO‐‐CLSCLSCALCOLOCALCOLO DI DI SOLAISOLAI MISTIMISTI LEGNOLEGNO CLSCLS
STRUTTURE MISTE LEGNOSTRUTTURE MISTE LEGNO--CLSCLS
Principali problematiche dei solai in legno:
E i d f bilità- Eccessiva deformabilità.
- Rumorosità al calpestio.
Ref. [5]
Irrigidimento flessionale di solai:
STRUTTURE MISTE LEGNOSTRUTTURE MISTE LEGNO--CLSCLSIrrigidimento flessionale di solai:
- Doppio assito organizzato:
Può essere alternativamente realizzato con LVL, oppure con tavole di legno.
STRUTTURE MISTE LEGNOSTRUTTURE MISTE LEGNO--CLSCLSIrrigidimento flessionale di solai:Irrigidimento flessionale di solai:
- Sottile lastra in c.a. ordinario (5 cm), oppure ad altissime prestazioni (2 cm), piolato.
cappa c.a.
connettori
- Soluzione valida anche per solai nuovi in lamellare per grandi luci - Zona sismica: possibilità di organizzare il diaframma di piano
STRUTTURE MISTE LEGNOSTRUTTURE MISTE LEGNO--CLSCLSIrrigidimento flessionale di solai:Irrigidimento flessionale di solai:
- Lastra in speciale malta di calce idraulica naturale (5 cm, fck,28g =15MPa E = 16000MPa) armata con rete di fibra di vetro Campi di applicabilità: edificiE28g= 16000MPa) armata con rete di fibra di vetro. Campi di applicabilità: edifici storici nei quali sussista un problema di compatibilità.
STRUTTURE MISTE LEGNOSTRUTTURE MISTE LEGNO--CLSCLSL’efficacia dell’irrigidimento flessionale dipende dalla rigidezza del connettoreL’efficacia dell’irrigidimento flessionale dipende dalla rigidezza del connettore, il comportamento duttile a rottura è possibile solo adottando connettori duttili
Vi Vi
Tipi di connettori:
STRUTTURE MISTE LEGNOSTRUTTURE MISTE LEGNO--CLSCLSL’efficacia dell’irrigidimento flessionale dipende dalla rigidezza del connettoreL’efficacia dell’irrigidimento flessionale dipende dalla rigidezza del connettore, il comportamento duttile a rottura è possibile solo adottando connettori duttili
Vi Vi
Tipi di connettori:
PROVE A TAGLIO SULLA SINGOLA CONNESSIONE
STRUTTURE MISTE LEGNOSTRUTTURE MISTE LEGNO--CLSCLSPROVE A TAGLIO SULLA SINGOLA CONNESSIONE
40
45
50ASSITO INTERROTTO
30
35
40
rce,
Vi [
kN] Vu
15
20
25St
ud S
hear
for
P11-S20ik7P18-S20ik7
0
5
10
S P21-S20ik7GiurianiPiazzaEC5
Kp
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Slip, δ [mm]
1) CAMPO ELASTICO 2) COMPORTAMENTO A
KpROTTURA Vu
STRUTTURE MISTE LEGNOSTRUTTURE MISTE LEGNO--CLSCLSPROVE DI CARICO SU TRAVETTI IN SCALA REALE
TRAVE SU DUE APPOGGI
860
BREVE DURATA LUNGA DURATA
STRUTTURE MISTE LEGNOSTRUTTURE MISTE LEGNO--CLSCLSp =2 5kN/m2
200 Load, F [kN] Calcestruzzo c
ppermanenti portati =2,5kN/m2
qvariabili=3,0kN/m2
160
180
1
2
4 3 Legno
Calcestruzzo cConnessione
infinitamente rigida
120
140
kN]
4 3 Legno w
80
100
Load
, F [k
3Pes
40
60Freccia 1Freccia 2Connessione
Calcestruzzo c2Pes
0
20Freccia 2Freccia 3Freccia 4
Connessione nulla
wLegno
Pes
00 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Deflection, f [mm]
PROVE DI CARICO DI LUNGA DURATA
STRUTTURE MISTE LEGNOSTRUTTURE MISTE LEGNO--CLSCLSPROVE DI CARICO DI LUNGA DURATA
860
P=4,2kN* 2 2esP = (2,5kN/m + 3kN/m * 0,3) * 0,9m = 3,06kN/m
2 2* eses
P * L 3,06kN/m * (8,4m)M = = = 26,99kNm8 8
STRUTTURE MISTE LEGNOSTRUTTURE MISTE LEGNO--CLSCLS
16 1214 57mm
N.B.: la freccia dovuta al peso proprio è esclusa
12
1410
14,57mm
55%
10
12
f [m
m] 8
nten
t [%
]+ 55%
6
8
Def
lect
ion,
4
6
oist
ure
Con
f 14 57 +4 4 18 97
Freccia peso proprio
f/L 1/450
2
4
D
2
4
Mo
Freccia 1Freccia 2F i di
2
ftot =14,57mm+4,4mm=18,97mm f/L=1/450
0
2
0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 420
Freccia mediaumidità trave
1
Time, t [g]
STRUTTURE MISTE LEGNOSTRUTTURE MISTE LEGNO--CLSCLS
MODELLI ANALITICI per il calcolo di strutture miste legno-calcestruzzoper il calcolo di strutture miste legno-calcestruzzo
Metodo di Moehler (CNR DT 206 - EC5)Metodo di Moehler (CNR DT 206 EC5)
Metodo n “modificato”
HP di connessione HP di connessione deformabile HP di connessione
MODELLI ANALITICI PER IL PROGETTO DELLE SEZIONI MISTESTRUTTURE MISTE LEGNOSTRUTTURE MISTE LEGNO--CLSCLSHP di connessioneperfetta e sezionipiane
HP di connessione deformabile
δ1 δ2 δ 3
HP di connessione assente
KP1 KP2 KP1
METODO N METODO MÖHLERMETODO N METODO MÖHLER e METODO N MODIFICATO
Kp = ∞ Kp1 Kp2 Kp = 0
σJ0=Jw+Jc Jeff= 6-7J0Jid=1.2-1.4 Jeff
p
0σw
A sfavore di sicurezza sottostima il reale stato
Previsione eccessivamente
Buona approssimazione dello stato di sforzo e di
di sforzo e deformazione cautelativa di sforzi e deformazioni
deformazione reale
HP di connessione HP di connessione deformabile HP di connessione
MODELLI ANALITICI PER IL PROGETTO DELLE SEZIONI MISTESTRUTTURE MISTE LEGNOSTRUTTURE MISTE LEGNO--CLSCLSHP di connessioneperfetta e sezionipiane
HP di connessione deformabile
δ1 δ2 δ 3
HP di connessione assente
KP1 KP2 KP1
METODO N METODO MÖHLERMETODO N METODO MÖHLER e METODO N MODIFICATO
EUROCODICE 5 E CNR DT 206 NONEUROCODICE 5 E CNR DT 206 NON CONSENTONO L’IMPIEGO DELL’HP DI
CONNESSIONE INFINITAMENTE RIGIDAKP= 2 KSER
A sfavore di sicurezza sottostima il reale stato
Previsione eccessivamente
Buona approssimazione dello stato di sforzo e di
di sforzo e deformazione cautelativa di sforzi e deformazioni
deformazione reale
Ö
MODELLI ANALITICI PER IL PROGETTO DELLE SEZIONI MISTESTRUTTURE MISTE LEGNOSTRUTTURE MISTE LEGNO--CLSCLSMETODO APPROSSIMATO DI MÖHLER e METODO N MODIFICATO
I metodi si basano sul calcolo della rigidezza flessionale efficace Jeff della trave composta.
Jw < Jw+Jc < Jeff (KP) < Jid
Assito interrotto KP SLE= 2 KSERKP,SLE 2 KSER
KP,SLU= 2/3 (2KSER )
Ö
MODELLI ANALITICI PER IL PROGETTO DELLE SEZIONI MISTESTRUTTURE MISTE LEGNOSTRUTTURE MISTE LEGNO--CLSCLSMETODO APPROSSIMATO DI MÖHLER e METODO N MODIFICATO
I metodi si basano sul calcolo della rigidezza flessionale efficace Jeff della trave composta.
Jw < Jw+Jc < Jeff (KP) < Jid
Assito interrotto KP SLE= 2 KSER
Assito passante (t>0)Modelli di comprovata efficaciaKP,SLE 2 KSER
KP,SLU= 2/3 (2KSER ) Modelli di comprovata efficacia
MODELLI ANALITICI PER IL PROGETTO DELLE SEZIONI MISTESTRUTTURE MISTE LEGNOSTRUTTURE MISTE LEGNO--CLSCLSÖ
1. Ipotesi di sezioni piane per le sole sezioni parziali.2. Comportamento elastico lineare dei materiali e della connessione (Kp=Kser)
METODO APPROSSIMATO DI MÖHLER
p ( p ser)3. Connessione uniformemente distribuita lungo l’asse della trave. In caso di
passo s non costante si adotta un passo equivalente seq.
)II(II 0id0eff −γ+= 0idw2 s)I(IE11/γ −+
Per carico uniformemente distribuito:
2P
2G
0idw
LKd)(π11/γ +=
SLU: Kp = 2/3 Kser- γ = coefficiente di efficacia; - Ew e Ec = moduli elastici del legno e del calcestruzzo; - Iid = momento d’inerzia della sezione ideale omogeneizzata al legno (mm4);
γ(KP)p
- I0 = Iw + nIc (mm4) = momento d’inerzia della sezione priva di connessione omogeneizzata al legno;
- n=Ec/Ew coefficiente di omogenizzazione; d = distanza fra i baricentri della soletta e del travetto (mm);- dG = distanza fra i baricentri della soletta e del travetto (mm);
- s = passo dei connettori (mm); - KP = rigidezza del singolo connettore (N/mm); - L = luce della trave (mm).
maxmineq 0,25s0,75ss +=
MODELLI ANALITICI PER IL PROGETTO DELLE SEZIONI MISTESTRUTTURE MISTE LEGNOSTRUTTURE MISTE LEGNO--CLSCLSÖ
MdN/dx
METODO APPROSSIMATO DI MÖHLER
ϕ Nd G
wM
cM
N+dN
N+dNM + dMc c
N
N
cM
Nw N+dN
M + dMw w
NwM
dx
Il momento esterno è equilibrato da Mc e Mw e dalla coppia MN=Ndg, dove N è la forza di scorrimento (taglio longitudinale) trasmessa dalla connessione.
MII
M;MInI
Meff
ww
eff
cc == Mc,Mw,N
effeff
wcN MMMMN
−−== 0id0 IIMI
1MN−
γ=⎟⎟⎞
⎜⎜⎛
−=GG dd
NeffGeffG IdId
γ⎟⎠
⎜⎝
MODELLI ANALITICI PER IL PROGETTO DELLE SEZIONI MISTESTRUTTURE MISTE LEGNOSTRUTTURE MISTE LEGNO--CLSCLSÖ
MdN/dx
METODO APPROSSIMATO DI MÖHLER
ϕ Nd G
wM
cM
N+dN
N+dNM + dMc c
N
N
cM
Nw N+dN
M + dMw w
NwM
dx
Noti Mc, Mw ed N si calcolano gli sforzi con le formule della pressoflessione:
σc, σwcMNm−=σ wMN
m=σ
VII
γ1dMIIγ1dNq 0id0id −−Il flusso di taglio risulta:
c w
q V
ccc WA
mσ ww
w WAmσ
VI
γddxI
γddx
qeff
d
Geff
d
G=== Il flusso di taglio risulta:
SIIRisultati sperimentali
q, Vp
Il taglio Vp nel connettorepiù sollecitato: max
eff
cmax
effG
0idp Vs
ISγVs
IdIIγsqV =
−==
pmostrano come sia eccessivamente
a favore di sicurezza
MODELLI ANALITICI PER IL PROGETTO DELLE SEZIONI MISTESTRUTTURE MISTE LEGNOSTRUTTURE MISTE LEGNO--CLSCLSMETODO n MODIFICATO
La freccia istantanea della trave mista è pari alla freccia della trave calcolata ’ f fnell’ipotesi di connessione infinitamente rigida più un Δv dovuto alla deformabilità
delle connessioni
Δv = 10 δ
δ
vvv ideff Δ+=
Fisso max ΔvMAX δMAX
K P è nota Vp. δKV = I
Si ricava il passo s maxc
p VS/sV =
δKV Pp =*δ/dΔ =ϕ con
c
id*
SId =
L/vΔα=ϕΔ α = 3,2
idid
eff IvIΔ
=
p
Si calcola Ieff
maxid
p I
[Gelfi e Giuriani 2002]
ϕ
Δv = 10 δ
idid
eff vv Δ+Si calcola Ieff
Nota Ieff si calcolano gli sforzi con le relazioni già impiegate.
MODELLI ANALITICI PER IL PROGETTO DELLE SEZIONI MISTESTRUTTURE MISTE LEGNOSTRUTTURE MISTE LEGNO--CLSCLSÖDEFORMABILITÀ: METODO APPROSSIMATO DI MÖHLER
)k1(pL5uu4
+==
METODO n MODIFICATO
)k1(EJ384
uu defeff
Moehler,fineff,fin +==
METODO n MODIFICATO
)k1(10)k1(EJpL
3845uuuu defdef
4
confinidfinificatomodnfinefffin +δ++=Δ+== )()(EJ384 defdef
idcon,finid,finificatomodn,fineff,fin
Vi Vi
MODELLI ANALITICI PER IL PROGETTO DELLE SEZIONI MISTESTRUTTURE MISTE LEGNOSTRUTTURE MISTE LEGNO--CLSCLS
Si calcola: idid J,xMETODO n
Per gli sforzi si accetta l’errore in difetto:
idid
w xJM
=σerrore del 20% rispetto alla soluzione di Moehler
ACCETTABILE!
Per la freccia: pL5 4
id ACCETTABILE!
d l 40 50% l)k1(EJpL
3845u def
idfin += errore del - 40-50% sul
calcolo della freccia NON ACCETTABILE!
140
MODELLI ANALITICI PER IL PROGETTO DELLE SEZIONI MISTESTRUTTURE MISTE LEGNOSTRUTTURE MISTE LEGNO--CLSCLS+17%
100
120
P [k
N]
+17%Connessioni rigide(Metodo n)
40
60
80
Car
ico
tota
le P
metodo n
moehler
DIFFERENZE MOLTO PRONUNCIATE NEL
Connessioni deformabili
0
20
40C moehler
metodo n modificato
PRONUNCIATE NEL CALCOLO DELLE
FRECCE
deformabili(Moehler)
42%0 5 10 15 20 25
σw [MPa]
100
120
140
Connessioni rigide(Metodo n)DIFFERENZE
MODESTE NEL
+42%
60
80
100
o to
tale
P [k
N]
metodo n
MODESTE NEL CALCOLO DEGLI
SFORZI
20
40
60
Car
ico metodo n
metodo moehlermetodo n
Connessioni deformabili(Moehler)
00 10 20 30 40 50 60 70
freccia [mm]
modificato(Moehler)Simulazione del comportamento
della trave sperimentale
MODELLI ANALITICI PER IL PROGETTO DELLE SEZIONI MISTESTRUTTURE MISTE LEGNOSTRUTTURE MISTE LEGNO--CLSCLSPROGETTAZIONE PER FASIPROGETTAZIONE PER FASI
1) STRUTTURA NON PUNTELLATA:
I FASE
Connessioni -- caricate, Legno + sollecitatogw+gclsI FASE
g
A B
p
MI
I
gw gcls
II FASEA BM I
pII
gpp+q
A B
p
M II
II
2) STRUTTURA PUNTELLATA:
I FASE Connessioni + caricate, l ll it t+qg +g l +gI FASE legno -- sollecitato
p
pp+qgw+gcls+g
A BM
STRUTTURE MISTE LEGNOSTRUTTURE MISTE LEGNO--CLSCLS
MODELLI ANALITICI per il calcolo di di rigidezza e carico ultimoper il calcolo di di rigidezza e carico ultimo
della connessione
V VVi Vi
M d ll liti i id i lti d ll i
MODELLI ANALITICI PER IL PROGETTO DELLE SEZIONI MISTESTRUTTURE MISTE LEGNOSTRUTTURE MISTE LEGNO--CLSCLSModello analitico: rigidezza e carico ultimo della connessione
Comportamento sperimentale d ll i l i 30 000
35 000
della singola connessione
15 000
20 000
25 000
30 000
Vi [N
]
0
5 000
10 000
15 000V
• Modellazione analiticaProve di rifollamento
0
0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0
scorrimento, d [mm]
d
Lc
t
• Comportamento teorico della connessione, conforme alle specifiche delle attuali normative EC5 e CNR DT
wL
d6L tot,w ≥delle attuali normative EC5 e CNR DT 206
,
d3L tot,c ≥
RIGIDEZZA DELLA CONNESSIONE;
MODELLI ANALITICI PER IL PROGETTO DELLE SEZIONI MISTESTRUTTURE MISTE LEGNOSTRUTTURE MISTE LEGNO--CLSCLSAlessandra MariniLa nuova normativa tecnica
RIGIDEZZA DELLA CONNESSIONE
Trave su suolo elastico alla Winkler
;
Gelfi, Giuriani e Marini
(1998‐2002)
3ser )d/t344(d124000K+
=)E,d,k,k(KZ
IE)(12K swc
^
serSS
3wc
ser ==αα
)d/t34.4( +
4
PS
cc JE4
k=α4
PS
ww JE4
k=α
Z
PSJE4PSJE4
( ) ( ) ( ) ( ) 3w
3c
3wc
2w
2c
22wcwcwc
2w
2c tt3t33Z αα+α+ααα⋅+α+ααα⋅+α+α⋅α+α⋅=
RESISTENZA ULTIMA DELLA CONNESSIONE
MODELLI ANALITICI PER IL PROGETTO DELLE SEZIONI MISTESTRUTTURE MISTE LEGNOSTRUTTURE MISTE LEGNO--CLSCLSRESISTENZA ULTIMA DELLA CONNESSIONEMeccanismo di rottura con formazione di due cerniere plastiche
⎧ ⎞⎛
Gelfi, Giuriani e Marini (1998‐2002)
⎪
⎪⎪⎨
⎧
⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜
⎝
⎛−⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛+⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+⋅⋅
+=
2
hc
hw
hw
yk2
hwhc
hchw
Rk,v dt
dt
ff1
ff
32d
ffff
minF
⎪⎪⎩ δ⋅
⎠⎝
cserK
MODELLI ANALITICI PER IL PROGETTO DELLE SEZIONI MISTESTRUTTURE MISTE LEGNOSTRUTTURE MISTE LEGNO--CLSCLS
45
50ASSITO INTERROTTO
35
40
45
kN]
25
30
35
orce
, Vi [
k
20
25
d Sh
ear f
o
P11-S20ik7
10
15
Stud P18-S20ik7
P21-S20ik7GiurianiPi
0
5
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
PiazzaEC5
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Slip, δ [mm]
MODELLI ANALITICI PER IL PROGETTO DELLE SEZIONI MISTESTRUTTURE MISTE LEGNOSTRUTTURE MISTE LEGNO--CLSCLSModello analitico singola connessione
30 BS11MC 12%
40 BS11
20
25
/mm]
MC=12%kw=900 N/mmqfhw = 24 MPa30
u [kN]
MC=12%kw=900 N/mmqfhw = 24 MPa
10
15
K [kN/
d20
d16
d1210
20
Vu d20
d16
d12
0
5d20 EC5
d16_EC5
d12_EC50
10 d20_EC5
d16_EC5
d12_EC5
Variazione della rigidezza (K ) e della capacità portante (V ) della
0 10 20 30 40 50 t [mm]0 10 20 30 40 50 t [mm]
Variazione della rigidezza (KP) e della capacità portante (Vu) della connessione in funzione dello spessore dell’assito passante (t).
MODELLI ANALITICI PER IL PROGETTO DELLE SEZIONI MISTESTRUTTURE MISTE LEGNOSTRUTTURE MISTE LEGNO--CLSCLS
25] 25
d=12mmd=16mm
Modello analitico singola connessione
20
25e,
Vp
[KN assito interrotto (t=0) 6%
8%10%12%20
25LEGNO LAMELLARE
15
conn
etto
re
assito passante (t 22mm)
14%16%18%20%
156%assito interrotto (t=0)
10Tagl
io c assito passante (t=22mm)
1020%
6%
20%
5 56%
20%
assito passante (t=22mm)
00 1 2 3 4 5
Scorrimento, δ [mm]
00 1 2 3 4 5
Variazione della rigidezza (KP) e della capacità portante (Vu) della connessione in funzione del contenuto d’acqua.
CONNETTORE
MODELLI ANALITICI PER IL PROGETTO DELLE SEZIONI MISTESTRUTTURE MISTE LEGNOSTRUTTURE MISTE LEGNO--CLSCLSCONNETTOREd= 16mmassito passante Interasse connettori:
ESEMPIO
Δx1=100mm per 1/4L Δx2=200mm zona centrale. fh0k = 26.17 MPah0kkw =1300 N/mmqKser = 11577 N/mKser, SLU = 7718N/m
GEOMETRIALuce netta = 4.2 m, Luce di calcolo = 4,37 m
Vuk = 10.9 kNVud = Vuk kmod/γM = 5.81kN
interasse dei travetti di 0,50 m.
Legno di abete S1Profilo resistente:
MATERIALE PROFILO kmod, II
f (MP ) 17 f (MP ) 9 07
VALORI DI PROGETTO
Profilo resistente:fmod = fmok kmod / γm = CARICHIg = 3 0kN/mq
ABETE S3 γM = 1.5Classe servizio 1 kdef = 0.6Classe durata del carico:
t k 0 6
f m0k (MPa) 17 f m0d (MPa) 9.07
f t0k (MPa) 10 f t0d (MPa) 5.33
f t90k (MPa) 0.4 f m90d (MPa) 0.21
f c0k (MPa) 18 f c0d (MPa) 9.60
f (MPa) 2 9 f (MPa) 1 55gK = 3.0kN/mqqK = 2.0kN/mqdurata mediaComb. Quasi perm. Ψ2i =0.2
- permanente: kmod = 0.6- media: kmod = 0.8
f c90k (MPa) 2.9 f c90d (MPa) 1.55
f vk (MPa) 1.9 f vd (MPa) 1.01
E0mean (MPa) 9.5
E0,05 (MPa) 6.4
Gmean (MPa) 3.2
AZIONI INTERNE SLUpd=(1.3gK+1.5qK)x0.5 = 3.45 kN/m Md=8.23 kNm Vd=7.25KnkN
Gmean (MPa) 3.2
MODELLI ANALITICI PER IL PROGETTO DELLE SEZIONI MISTESTRUTTURE MISTE LEGNOSTRUTTURE MISTE LEGNO--CLSCLS
MODELLI ANALITICI PER IL PROGETTO DELLE SEZIONI MISTESTRUTTURE MISTE LEGNOSTRUTTURE MISTE LEGNO--CLSCLS
MODELLI ANALITICI PER IL PROGETTO DELLE SEZIONI MISTESTRUTTURE MISTE LEGNOSTRUTTURE MISTE LEGNO--CLSCLS
MODELLI ANALITICI PER IL PROGETTO DELLE SEZIONI MISTESTRUTTURE MISTE LEGNOSTRUTTURE MISTE LEGNO--CLSCLS