U NIVERSITA’ DEGLI S TUDI DI N APOLI “F EDERICO II”

1. UNIVERSITA’DEGLI STUDIDI NAPOLI“FEDERICO II” MODELLI DI ANALISI SISMICA TIPO “PUSHOVER” PER STRUTTURE IN C.A. CON TAMPONATURE DIST – Dipartimento di Ingegneria Strutturale RELATORI: Ch.mo Prof. Ing. F.M. Mazzolani Dr. Ing. G. Della Corte CANDIDATO: Antonio Di Criscio matr. 37/2803 CORRELATORE: Dr. Ing. L. Fiorino

2. MOTIVAZIONI • Forte influenza delle tamponature sulla risposta sismica degli edifici in c.a. OBIETTIVI • Previsione della risposta sismica di edifici con tamponature tramite modelli numerici ORGANIZZAZIONE DEL LAVORO • Studio dello “stato dell’arte” • Studio dei risultati di una sperimentazione recente: prova di spinta al collasso su un edificio reale • Studio teorico: analisi numeriche e confronto con i risultati sperimentali

3. Le tamponature partecipano attivamente alla risposta sismica della struttura in termini di: Rigidezza Resistenza Capacità di dissipare energia Innesco di meccanismi di rottura locali o globali PROBLEMATICA DELLE STRUTTURE INTELAIATE TAMPONATE Contributo offerto dai pannelli di tamponatura dimostrato dalle lesioni col tipico aspetto a X

4. Struttura oggetto di studio Laterizi semipieni STUDIO SPERIMENTALE PROVA DI SPINTA SU DI UN EDIFICIO TAMPONATO Prospetto Nord - Ovest Prospetto Sud - Est Blocchi lapilcemento

5. Applicazione del carico laterale STUDIO SPERIMENTALE PROVA DI SPINTA SU DI UN EDIFICIO TAMPONATO La forza orizzontale applicata tramite i martinetti viene distribuita tra il primo ed il secondo impalcato utilizzando una struttura reticolare in acciaio

6. STUDIO TEORICO ANALISI STATICA NON LINEARE (“PUSHOVER”) MODELLI DI ANALISI • Scopo determinare il comportamento strutturale oltre il limite elastico • Ipotesi le azioni sismiche possono essere descritte da forze statiche equivalenti, con distribuzione costruita in modo da rappresentare la distribuzione delle forze di inerzia derivante dal modo fondamentale di vibrazione • Procedura vengono effettuate una serie di analisi elastiche sequenziali sovrapposte, il modello matematico della struttura viene continuamente aggiornato per tener conto della riduzione di rigidezza degli elementi che entrano in campo plastico. • Risultati la capacità della struttura è rappresentata da una curva Taglio alla base – Spostamento

7. a STUDIO TEORICO FASI COMPORTAMENTALI DEL TELAIO TAMPONATO Puntone diagonale equivalente Puntone diagonale equivalente Per azioni orizzontali modeste si assimila il telaio tamponato ad una mensola verticale composita Al crescere dei carichi laterali si verifica il distacco tra telaio e pannello e si instaura il meccanismo di puntone diagonale equivalente La larghezza del puntone viene calcolata a partire dall’espressione della rigidezza flessionale relativa telaio-pannello “λH” Mainstone (1971) Stafford Smith & Carter (1969) Con il continuo aumento delle azioni laterali la larghezza del puntone equivalente decresce

8. STUDIO TEORICO MODELLAZIONE DEI PANNELLI CON APERTURE Formulazioni empiriche per il calcolo di un fattore riduttivo della larghezza del puntone equivalente Al-Chaar (2002) Coefficiente di riduzione in funzione del rapporto tra area dell’apertura e area del pannello

9. STUDIO TEORICO MODELLI NUMERICI REALIZZATI GEOMETRIA DEL TELAIO CON PUNTONE EQUIVALENTE Il puntone diagonale è connesso al pilastro alla distanza lcolumn dalla faccia della trave Per il calcolo della distanza lcolumn si risolve il sistema:

10. STUDIO TEORICO MODELLI NUMERICI REALIZZATI POSIZIONAMENTO DI CONCI RIGIDI E CERNIERE PLASTICHE Si inseriscono dei conci rigidi (REOs) di lunghezza lcolumn e lbeam dalle facce delle travi e dei pilastri Le cerniere plastiche nei pilastri vengono posizionate alla distanza lcolumn dalla faccia della trave, mentre quelle nelle travi alla distanza lbeam dalla faccia del pilastro Le cerniere plastiche nei puntoni sono poste nella mezzeria della diagonale Per il calcolo della distanza lbeam si risolve il sistema: Cerniere a flessione e a taglio Cerniera assiale Cerniere a pressoflessione e a taglio

11. STUDIO TEORICO MODELLO NUMERICO UTILIZZATO PER I PANNELLI DI TAMPONATURA LEGAME FORZA-SPOSTAMENTO DEL PUNTONE EQUIVALENTE SECONDO PANAGIOTAKOS & FARDIS (1996) Panagiotakos & Fardis (1996) Comportamento iniziale a taglio del pannello non fessurato Comportamento a biella equivalente del pannello fessurato a distacco avvenuto Degrado di resistenza Resistenza residua

12. Parametri meccanici • Rigidezza a taglio • Carico di fessurazione • Rigidezza assiale • Carico massimo STUDIO TEORICO MODELLI NUMERICI REALIZZATI LEGAME FORZA-SPOSTAMENTO DEL PUNTONE EQUIVALENTE Il legame del puntone adottato nel primo modello differisce da quello di Panagiotakos & Fardis solo per il terzo tratto, poiché non è disponibile una formulazione precisa per determinare la rigidezza negativa K3. Viene incentrata l’attenzione sul comportamento iniziale relativo all’attingimento della massima resistenza Legame adottato – Modello I Legame adottato – Modello II Il legame del puntone adottato nel secondo modello è quello suggerito da Panagiotakos & Fardis con 0,005K1<K3<0,1K1

13. STUDIO TEORICO MODELLI NUMERICI REALIZZATI PRIMO MODELLO 3D DELLA STRUTTURA CON PUNTONI EQUIVALENTI Configurazione indeformata Configurazione deformata

14. STUDIO TEORICO RISULTATI ANALISI PUSH-OVER: DEFORMATE PRIMO MODELLO Prospetto Est Prospetto Ovest

15. STUDIO TEORICO RISULTATI ANALISI PUSH-OVER: CURVE DI CAPACITA’ MODELLO I Buona stima della rigidezza iniziale e della massima resistenza raggiunta Il particolare andamento a gradini del primo modello dipende dal tipo di legame costitutivo assunto per i pannelli di tamponatura Rottura dei pannelli di tamponatura al secondo livello, in disaccordo rispetto all’evidenza sperimentale

16. STUDIO TEORICO MODELLI NUMERICI REALIZZATI SECONDO MODELLO 3D DELLA STRUTTURA CON PUNTONI EQUIVALENTI Configurazione indeformata Configurazione deformata

17. STUDIO TEORICO RISULTATI ANALISI PUSH-OVER: DEFORMATE SECONDO MODELLO Prospetto Est Prospetto Ovest

18. STUDIO TEORICO RISULTATI ANALISI PUSH-OVER: CURVE DI CAPACITA’ MODELLO II Modello tarato al fine di ottenere dei risultati prossimi a quelli sperimentali Sono state considerate diverse distribuzioni per i carichi orizzontali Buona stima della rigidezza iniziale e della massima resistenza raggiunta

19. STUDIO TEORICO RISULTATI ANALISI PUSH-OVER: CONFRONTO CURVE DI CAPACITA’ Nel secondo modello è stato considerato il degrado di resistenza del calcestruzzo La maggiore deformabilità del secondo impalcato riscontrata nel primo modello, è stata corretta nel secondo utilizzando un legame forza-spostamento per i pannelli più preciso e rimuovendo l’ipotesi di una distribuzione di carico triangolare

20. STUDIO TEORICO RISULTATI ANALISI PUSH-OVER: CONTRIBUTI ALLA RESISTENZA MODELLO I I pannelli di tamponatura e tramezzatura assorbono quasi interamente i carichi laterali fino al limite elastico (86%) (corrispondente alla rottura delle tamponature) I pannelli di tamponatura e tramezzatura continuano ad offrire un notevole contributo alla resistenza massima raggiunta dall’edificio (40%)

21. STUDIO TEORICO RISULTATI ANALISI PUSH-OVER: CONTRIBUTI ALLA RESISTENZA MODELLO II I pannelli di tamponatura e tramezzatura assorbono quasi interamente i carichi laterali fino al limite elastico (70%) (corrispondente alla rottura delle tamponature) I pannelli di tamponatura e tramezzatura continuano ad offrire un notevole contributo alla resistenza massima raggiunta dall’edificio (28%)

22. STUDIO TEORICO INFLUENZA DELLE TAMPONATURE SULLA RISPOSTA SISMICA DELL’EDIFICIO SPETTRI DI PROGETTO (SLV) Calcolati per i vari tipi di suolo Fattore di struttura q = 1,5 - 3,0 (D.M. 14/01/08) PERIODO FONDAMENTALE • Struttura solo C.A. 0,33 secondi • Struttura tamponata 0,15 secondi

23. Resistenza richiesta – Suolo D 1527 KN q=1,5 Resistenza richiesta – Suolo D 1061 KN Resistenza richiesta – Suolo A 922 KN q=3,0 Resistenza richiesta – Suolo A 461 KN STUDIO TEORICO INFLUENZA DELLE TAMPONATURE SULLA RISPOSTA SISMICA DELL’EDIFICIO

24. CONCLUSIONI • I modelli numerici proposti conducono ad una soddisfacente simulazione del comportamento dell’edificio reale sotto forze laterali statiche. Si sono ottenuti buoni risultati nella previsione della massima resistenza raggiunta e della rigidezza iniziale (scarti dell’ordine del 5-10%). • La previsione del meccanismo di collasso è in accordo con quanto verificatosi nella realtà. • I pannelli di tamponatura e tramezzatura, con disposizione regolare sia in pianta che in elevazione, offrono un notevole contributo alla massima resistenza ottenuta, stimato intorno al 40% nel primo modello e al 28% nel secondo, che rappresenta la stima più plausibile. • Le tamponature dovrebbero essere considerate nelle verifiche di adeguamento sismico.

25. GRAZIE PER L’ATTENZIONE