Studio e Monitoraggio del quadro fessurativo e del i i d l D di O icomportamento sismico del Duomo di Orvieto

Verifiche e validazione,Verifiche e validazione,valutazione del rischio sismicovalutazione del rischio sismico

Gerardo De CanioLaboratorio UTTMAT‐QUAL Qualificazione di Materiali e Componenti

ENEA C R CasacciaENEA C.R. CasacciaKick off Meeting ‐ Orvieto, 9 Aprile 2013

DIREZIONE REGIONALE PER I BENI CULTURALI E PAESAGGISTICI DELL’UMBRIA ‐Soprintendenza per i Beni Architettonici 

‐e Paesaggistici dell'Umbria

gerardo.decanio@enea.itgerardo.decanio@enea.it

Le attività ENEA si articolano in 7 fasi intermedie ed un prodotto finale.

A ‐ Fasi intermedieA 1 Modello numerico tridimensionale sulla scorta del rilievo fotogrammetricoA.1 Modello numerico tridimensionale sulla scorta del rilievo fotogrammetrico 

A.2 Rilievo completo e dettagliato del quadro fessurativo 

A.3 Analisi del degrado strutturale nel tempo degli elementi strutturali critici

A.4 Monitoraggio degli spostamenti relativi dei macro elementi strutturali (facciata, transetto,A.4 Monitoraggio degli spostamenti relativi dei macro elementi strutturali (facciata, transetto, navata,  cappelle laterali,…)  mediante telerilevamento 

A.5 Identificazione dinamico strutturale tramite monitoraggio a vibrazioni   gg

A.6 Monitoraggio sismico nel tempo, per la durata di 4 anni, e definizione dell’input sismico

A.7 Verifica della risposta reale dell’edificio ad un evento sismico, validazione del modello numerico tridimensionale ai fini della verifica sismica del duomo

B‐ Prodotto finaleB.1 Valutazione delle vulnerabilità sismica 

B.2 Eventuale proposta di intervento di miglioramento del comportamento sismico con progetto di massima delle opere da realizzare.

D.P.C.M. 09.02.11, “Linee Guida per la valutazione e riduzione  del rischio sismico del Patrimonio Culturale tutelato con riferimento alle NTC 2008”, (in accordo al testo approvato dal CSLP il 23 luglio 2010 armonizzato con il DM 14.01.2008).testo approvato dal CSLP il 23 luglio 2010 armonizzato con il DM 14.01.2008).

Valutazione della sicurezza sismica LV3 per l’intero manufattoValutazione della sicurezza sismica LV3 per l intero manufatto.

Per ottenere un livello di sicurezza sismica LV3 le Linee guida sottolineano che è possibile

un modello tridimensonale globale (analisi lineare per individuare le zone di maggiore energia di deformazione)…….

scomporre la struttura in parti (macroelementi),  valutando la ripartizione delle azioni sismiche tra i diversi sistemi strutturali, in ragione delle diverse rigidezze e dei collegamenti tra le stesse;collegamenti tra le stesse; 

la ripartizione deve garantire  l’equilibrio nei riguardi della totalità delle azioni orizzontali  (longitudinali e trasversali)(longitudinali e trasversali) . 

La valutazione può quindi essere eseguita sistematicamente su ciascun elemento della costruzionecostruzione.

Per la valutazione  LV3  occorre definire l’accelerazione del suolo che porta allo stato limite ultimo la costruzione nel suo complesso (input sismico)la costruzione nel suo complesso (input sismico)

Duomo di Orvieto: Macro Elementi Longitudinali

Macro Elementi trasversali

Volte, vele, connessioni tra elementi longitudinali eelementi longitudinali e trasversali

D.P.C.M. 09.02.11, “Linee Guida per la valutazione e riduzione  del rischio sismico del Patrimonio Culturale tutelato con riferimento alle NTC 2008”, (in accordo al testo approvato dal CSLP il 23 luglio 2010 armonizzato con il DM 14.01.2008).

FC = Fattore di Confidenza

testo approvato dal CSLP il 23 luglio 2010 armonizzato con il DM 14.01.2008).

FC   Fattore di Confidenza

Rilievo geometrico: rilievo geometrico completo  ‐> FC1=0;

Identificazione delle specificità storiche e costruttive: restituzione completa ‐> p pFC2=0;

Proprietà meccaniche dei materiali 

‐ valutazione della risposta globale: limitate indagini ‐> FC3 = 0.06 

l i d i i i l li FC3 0 12‐ valutazione dei meccanismi locali ‐> FC3 = 0.12

Terreno e Fondazioni: limitate indagini > FC4 = 0 06Terreno e Fondazioni: limitate indagini ‐> FC4 = 0.06. 

In definitiva:In definitiva:

‐ Valutazione della risposta globale: fattore di confidenza FC = 1.12 

‐ Valutazione dei meccanismi locali: fattore di confidenza FC = 1.18a uta o e de ecca s oca : atto e d co de a C . 8

Indagini 1987:   Fuori piombo e quadro fessurativo delle colonne

Fuori piombo delle colonne e orientamento delle fessure

Carichi asimmetrici, Sollecitazioni comprese tra 2 e 6 Mpa orientamento delle fessurecomprese  tra 2 e 6 Mpa

o Il nuovo quadro fessurativo dopo il 6 Aprile 2009 è concentrato nella sola colonnata di destra.colonnata di destra.

o Le nuove lesioni non sono presenti dove èsono presenti dove è in opera la cerchiatura fatta nel 1600.

Fuori piombo e quadro fessurativo delle colonne

Fuori piombo e quadro fessurativo delle

p q

Fuori piombo e quadro fessurativo delle colonne  rilevato nel 1986‐87.

o Il nuovo quadro fessurativo dopo il 6o Il nuovo quadro fessurativo dopo il 6 Aprile 2009 è concentrato nella sola colonnata di destra.

o Le nuove lesioni non sono presenti dove è in opera la cerchiatura fatta 

l 1700nel 1700.

o Carichi asimmetrici rispetto agli assi delle navate

o Sollecitazioni comprese tra 2 e 6 MPao So ec ta o co p ese t a e 6 a

Monitoraggio  delle vibrazioni ambientali e caratterizzazione dinamica dei macro elementi

Macro elementi trasversali

Macro elementi longitudinali connessioni tra macro elementi

D.P.C.M. 09.02.11, “Linee Guida per la valutazione e riduzione  del rischio sismico del Patrimonio Culturale tutelato con riferimento alle NTC 2008”, (in accordo al testo approvato dal CSLP il 23 luglio 2010 armonizzato con il DM 14.01.2008).

criterio di verifica: Analisi Prestazionale ‐‐> Performance Based Assessment

testo approvato dal CSLP il 23 luglio 2010 armonizzato con il DM 14.01.2008).

La AP (PBA) consiste nel verificare che la struttura soddisfi gli obiettivi prestazionali (stati limite) , graduati e differenziati al variare di differenti livelli di input sismico atteso (cioè associati a diversi periodi di ritorno e probabilità di occorrenza)periodi di ritorno e probabilità di occorrenza). 

• Curve di Capacità Vs. Domanda Sismica: 

L c r a di capacità è f t t l domanda sismica i t i i di tt di i tLa curva di capacità è confrontata con la domanda sismica in termini di spettro di risposta tramite analisi statiche non lineari e/o analisi cinematiche non lineari   

analisi statiche non lineari Analisi cinematiche non lineari‐ analisi statiche non lineari  ‐ Analisi cinematiche non lineari

D.P.C.M. 09.02.11, “Linee Guida per la valutazione e riduzione  del rischio sismico del Patrimonio Culturale tutelato con riferimento alle NTC 2008”, (in accordo al testo approvato dal CSLP il 23 luglio 2010 armonizzato con il DM 14.01.2008).testo approvato dal CSLP il 23 luglio 2010 armonizzato con il DM 14.01.2008).

‐ analisi statica non lineare: li i i t l di f t ti h i t li l li “ t ” l t tt iapplicazione incrementale di forze statiche orizzontali, le quali “portano” la struttura in 

campo non lineare fino al collasso.  Risultato:  curva taglio alla base Vs. spostamento, che rappresenta la capacità della struttura da confrontare con la domanda sismica.

‐ Analisi cinematica non lineare: permette di determinare l’andamento dell’azione orizzontale che la struttura è in grado di p gsopportare all’evolversi del meccanismo.  Tale curva è espressa attraverso un moltiplicatore α (rapporto tra le forze orizzontali applicate ed i corrispondenti pesi delle masse presenti) rappresentato in funzione delloapplicate ed i corrispondenti pesi delle masse presenti) , rappresentato in funzione dello spostamento di un punto di riferimento del sistema. 

D.P.C.M. 09.02.11  ‐ Abaco dei meccanismi ci collasso delle chiese

D.P.C.M. 09.02.11  ‐ Abaco dei meccanismi ci collasso delle chiese

Schema di calcolo per la verifica prestazionale,  in accordo D.P.C.M. 09.02.11, “Linee Guida per la valutazione e riduzione  del rischio sismico del Patrimonio Culturale Tutelato 

Verifica Prestazionale del macro elemento  N°………Meccanismo di collasso N°………

Valore units

PLV  ‐‐‐>   Moltiplicatore di attivazione del cinematismo: a0 ………….. [‐]

n m2Pδ

+

∑Spostamento normalizzato ………… [ m]

2i x,i

* i 1k n m

x,k i x,ii 1

Pd d

P

δ

δ δ

=+

=

=∑

∑

Accelerazione spettrale   ……….

[m/s^2]

Accelerazione corrispondente allo spostamento d …………[m/s^2]

Accelerazione corrispondente allo spostamento ds

Periodo Secante Ts…………….

[sec]

Spettro di spostamento corrispondente a Ts : SDe (Ts)…………… [m]

Verifica    du > SDe (Ts) Si/No

Esempio: Obelisco, Cinematismi

Esempio: Cinematismo di minima energia

Mechanism III°

Weight of the involved macro elementspartecip. F actor

w1 w2 w3 ∑  wi e*

[daN] [daN] [daN] [daN] [ ‐ ]0 127896.5 70290.35 198186.85 0.6885

F actor

Mechanism IV°

w1 w2 w3 ∑  wi e*

[daN] [daN] [daN] [daN] [ ‐ ]0 12 896 0290 3 198186 8 0 8482

Weight of the involved macro elementspartecip. F actor

0 127896.5 70290.35 198186.85 0.8482

Mechanism  V°

*

Weight of the involved macro elementsP articip. factor.

w1 w2 w3 ∑  wi e*

[daN] [daN] [daN] [daN] [ ‐ ]259528.65 127896.50 70290.35 457715.50 0.7206

Esempio: Obelisco, Curva di capacitàFROM PULL RELEASE TESTS ‐ period corresponding to different amplitude  1.4

1.6 0.04 g0.06 g0.08 g0.1 g0 13 g

of motion

‐ Slenderness.                 2G/b=8.94; ‐ overturning acceleration: a =g/l=1 098 0.8

1

1.2

[m/s

2 ]

0.13 gcapacity curvemax experimental displacement

0.1

g

0.13

g displacement demand

CAPACITY CURVE

‐ overturning acceleration:     a0=g/l=1.098 m/s2; ‐ displacement capacity:  bL(1)/2= 0.24 m. 

0.4

0.6

0.8

Sa [

0.04

g

0.08

g

0.06

g

11.11.2

pull release testrigid blockelastic branch

CAPACITY CURVE

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025Sd [m]

0

0.2

0 70.80.9

1

2 ]

[ ]

3 64

4.44.8

PGA=0.13 gPGA=0.6 gmax displacementscapacity curve

0.40.50.60.7

a* [m

/s

The non‐linear dynamical model is

2.42.83.23.6

a [m

/s2 ]

p y

Hou

sner

,bili

near

0.10.20.3

dynamical model is assumed as a bilinear curve (continuous line).

0.81.21.6

2Sa

d max

,H

d max

du

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07d* [m]

0

0 0.03 0.06 0.09 0.12 0.15 0.18 0.21 0.24 0.27Sd [m]

00.4

Grazie per l’attenzione !!