Influenza dei dissesti statici nella stima della vulnerabilità sismica degli edifici in muratura

Nella valutazione della sicurezza e la progettazione degli interventi su costruzioni esistenti non è possibile prescindere da eventuali degradi e/o modificazioni rilevanti rispetto alla situazione originaria. Questi possono essere dovuti a diverse cause quali ad esempio, trasformazioni che hanno determinato modifiche strutturali, azioni eccezionali che determinato un impegno oltre il limite elastico, degrado delle caratteristiche meccaniche dei materiali, fenomeni di deformazione lenta, fenomeni di fatica, cedimenti fondali etc.
Negli edifici il danno strutturale è in genere evidenziato da quadri fessurativi che possono interessare sia gli elementi strutturali che quelli non strutturali. Oltre alle azioni sismiche, tra le cause più ricorrenti che determinano danni strutturali rilevanti negli edifici vi sono le deformazioni permanenti o cicliche del terreno di sedime, tali da generare cedimenti differenziali nelle fondazioni degli edifici.
I cedimenti differenziali in fondazione in molti casi producono danneggiamenti concentrati e/o diffusi nelle strutture in elevazione che si manifestano con quadri fessurativi ricorrenti. Alcuni schemi sono stati analizzati da diversi autori a partire dal ben noto trattato dell’ingegnere Sisto Mastrodicasa [1]. In alcuni casi, ad un occhio inesperto, i quadri fessurativi derivanti da cedimenti in fondazione possono essere confusi con quelli dovuti ad eccitazioni sismiche, occorre un’attenta analisi del quadro fessurativo, ed in alcuni casi un monitoraggio dello stesso, per ricostruire senza ambiguità il cinematismo responsabile dello scenario di danno che manifesta la costruzione.
In funzione della loro entità ed evoluzione nel tempo, i cedimenti in fondazione in alcuni casi possono determinare una riduzione considerevole della capacità portante della struttura sia nei confronti dei carichi verticali che rispetto alle eventuali azioni sismiche. In alcuni casi il progredire del dissesto può portare al collasso strutturale [2].
Gli strumenti di analisi più diffusi in ambito professionale in genere non consentono una semplice valutazione del danneggiamento prodotto da cedimenti imposti in fondazione soprattutto per gli edifici in muratura. Nel presente lavoro viene introdotta una semplice procedura di analisi statica nonlineare (di tipo push-over) che consente una valutazione per macro-elementi piani degli effetti prodotti da cedimenti imposti in fondazione negli edifici in muratura sulla base di un profilo geometrico assegnato rappresentativo della zona soggetta a un cedimento in fondazione la cui entità può variare da zero fino ad un target fissato.
La procedura è basata su un’analisi statica non lineare, a controllo di spostamento, che consente di valutare i progressivi danneggiamenti e le rotture negli elementi strutturali schematizzati da macro-elementi piani rappresentativi dei maschi e delle fasce della parete in muratura [3]. La procedura è stata implementata nel software 3DMacro [4] che è stato utilizzato per le simulazioni riportate nel seguito. Nel lavoro si riportano alcuni casi tipici relativi a edifici reali o ad esempi tipici per i quali si procede ad una valutazione degli effetti dovuti ai cedimenti in fondazione anche in termini di riduzione della resistenza sismica.

LA MODELLAZIONE PER MACRO-ELEMENTI ADOTTATA
Il macro-elemento di base per la modellazione della muratura è costituito da un quadrilatero articolato i cui lati sono infinitamente rigidi e i cui vertici, incernierati, sono collegati da molle diagonali. I lati del quadrilatero sono vincolati agli altri elementi da un insieme discreto di molle distribuite lungo il perimetro (Fig. 1). Queste ultime stabiliscono il legame non-lineare con i quadrilateri eventualmente adiacenti o altri elementi strutturali.

                          (a)                                                                              (b)
Figura 1: Il macro-elemento di base per la modellazione della muratura: (a) configurazione indeformata; (b) configurazione deformata.

Per comodità di trattazione l’insieme discreto delle molle distribuite lungo un generico lato del quadrilatero nel seguito verrà denominato interfaccia, mentre il quadrilatero articolato con le due molle diagonali verrà denominato pannello.
L’interfaccia, oltre a costituire la connessione tra pannello e pannello, può rappresentare anche l’elemento di connessione tra un pannello e la fondazione o altri elementi strutturali quali cordoli diaframmi, etc.
Data una generica parete muraria, a partire dalla sua specifica geometria è possibile individuare i pannelli murari che la compongono, quindi si può decidere di schematizzare ognuno di essi mediante un singolo macro elemento oppure suddividerli, tutti o solo alcuni, in più macroelementi.
La modellazione proposta, da Caliò et al nel 2012 [3], è in grado di schematizzare i principali meccanismi di collasso di una porzione di elemento murario soggetto ad azioni orizzontali nel proprio piano, mediante opportuna calibrazione dei link non lineari, figura 2.

Figura 2. Simulazione dei principali meccanismi di collasso nel piano di un pannello murario mediante il macro-elemento proposto. (a) Collasso per presso-flessione; (b) collasso a taglio per fessurazione diagonale; (c) collasso a taglio per scorrimento.

L'efficacia della simulazione del comportamento nonlineare delle strutture in muratura passa dalla scelta dei parametri meccanici del modello che vengono ottenuti mediante un'equivalenza tra il sistema discreto e quello continuo mediante semplici ma efficaci leggi costitutive. Questa equivalenza è basata su una procedura di calibrazione 'a fibre', ed è basata solo sulle principali proprietà meccaniche che caratterizzano il comportamento della muratura, inteso come un mezzo omogeneo meccanicamente ortotropo [3]. Vale la pena di sottolineare che ciascun macro-elemento eredita le proprietà geometriche della porzione di muratura corrispondente; pertanto, in maniera differente da quanto accade per i modelli a telaio, non è necessario distinguere tra zone immuni e zone reagenti né risulta necessario fare una distinzione a priori tra maschi e fasce di piano. Per ulteriori dettagli sulla macro-modellazione adottata si rimanda ai lavori già pubblicati nella letteratura (Caliò et al. 2005-2012, Marques e Lourenco 2011-2012) [5-9].

PER CONTINUARE LA TRATTAZIONE SCARICA IL PDF CONTENENTE LARTICOLO INTEGRALE