Tecniche antisismiche moderne e metodi di calcolo strutturale per la protezione dei beni storico
monumentali: il caso della torre di Palazzo Marchesale a San Giuliano di Puglia
INDICE
CAPITOLO 1 – INTRODUZIONE 21
____________________
CAPITOLO 2
IL TERREMOTO DI SAN GIULIANO DI PUGLIA
27
2.1 - Caso di studio: San Giuliano di Puglia 27
2.1.1 - Il terremoto del 31 ottobre 2002 27
2.1.1.1 - Cronaca dell'evento 30
2.1.2 - La pericolosità sismica a San Giuliano di Puglia 35
2.1.3 - La sismicità storica 37
2.2 - Lo studio di microzonazione sismica 43
2.2.1 – Introduzione 43
2.2.2 - Valutazione del moto sismico di riferimento 45
2.2.3 - Assetto geologico e geomofologico del sito e delle
zone soggette ad instabilità di versante
46
2.2.4 - Caratteristiche geotecniche dei terreni di interesse per
la determinazione della risposta dinamica dei terreni
50
2.2.5 - Individuazione sperimentale delle amplificazioni
dell’azione sismica sulla base di registrazioni effettuate
durante gli aftershocks
52
2.2.5.1 - Analisi dei dati 53
2.2.5.2 - Analisi dei risultati 53
2.2.6 - Fattori di amplificazione 56
2.2.7 - Modellazione numerica degli effetti di amplificazione
del moto sismico in superficie
59
2.2.7.1 - Sezioni di riferimento 61
INDICE
5
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2.2.7.2 - Confronto risultati modello – registrazioni 61
2.2.7.3 - Calcolo dell’amplificazione per il terremoto di riferimento 63
2.3 - Rilevamento del danno e analisi di vulnerabilità 69
2.3.1 - La Scheda di 1° livello di rilevamento danno, pronto
intervento e agibilità per edifici ordinari nell’emergenza post-
sismica (AeDES)
69
2.3.1.1 - Gli obiettivi della Scheda AeDES 71
2.3.1.2 - Il giudizio di agibilità 72
2.3.2 - Analisi del danno prodotto tramite i rilievi AeDES 74
2.3.3 - Le attività di emergenza e post-emergenza 76
2.3.4 - Risultati dei rilievi del GTS-SG 80
2.3.5 - Altri studi sull’analisi della vulnerabilità di San Giuliano 88
2.3.5.1 - Il software MEDEA 89
2.3.5.2 - Confronto fra i meccanismi Medea e quelli rilevati 92
2.3.5.3 - Analisi statistica dei meccanismi di danno 98
2.3.5.4 - Analisi dei meccanismi per classi di vulnerabilità 99
2.3.5.5 - Tipologie verticali 102
2.3.5.6 - Tipologie orizzontali 103
2.3.5.7 - Scenario di danno 105
2.3.5.8 - Danno rilevato nel centro abitato di San Giuliano 106
2.3.5.9 - Confronto tra danno stimato e danno rilevato 108
2.3.5.10 - Valutazione globale del danneggiamento 109
2.4 - La ricostruzione di San Giuliano di Puglia 110
2.4.1 – Il piano di ricostruzione 110
_______________________
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6
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monumentali: il caso della torre di Palazzo Marchesale a San Giuliano di Puglia
CAPITOLO 3
TORRE DI PALAZZO MARCHESALE – STUDIO DELLO STATO
DI FATTO
113
3.1 - Cenni storici 113
3.1.1 - Ipotesi di cronologia costruttiva 118
3.2 - La Torre del Palazzo Marchesale 123
3.3 - Rilievo geometrico 126
3.4 - Sistema strutturale 138
3.4.1 - Opere provvisionali 139
3.4.2 - Tessitura muraria 139
3.4.3 - Quadro fessurativo e crolli 143
3.5 - Caratteristiche degli elementi strutturali 145
3.6 - Repertorio fotografico 152
3.7 - Campagna diagnostica 169
3.7.1 - Attività diagnostiche (prima campagna) 169
3.7.2 - Risultati delle indagini 171
3.7.2.1 - Indagini georadar 171
3.7.2.2 - Prove con penetrometro Windsor 172
3.7.2.3 - Indagini endoscopiche 173
3.7.3 - Attività diagnostiche (seconda campagna) 176
3.7.4 - Ubicazione indagini svolte 178
3.7.5 - Indagini soniche sulle strutture 182
3.7.5.1 - Risultati delle misure soniche 182
3.7.6 - Sondaggi a carotaggio e rilievi con sonda televisiva in
foro
188
INDICE
7
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3.7.6.1 - Risultati ottenuti 189
3.7.7 - Indagini con sonda endoscopica 202
3.7.7.1 - Risultati 202
3.7.8 - Rilievo di particolari strutturali 205
3.7.9 - Prova di assorbimento 214
3.7.9.1 - Indagini soniche di confronto 215
3.7.9.2 - Carotaggi di confronto 219
3.7.9.3 - Osservazione dei risultati 220
3.7.10 - Prelievo ed analisi di campioni di malta 221
3.7.11 - Prove con martinetti piatti 226
3.7.11.1 - Risultati ottenuti 227
3.7.12 - Prove locali a taglio 238
3.7.12.1 - Risultati ottenuti 238
3.8 - Rilievo delle vibrazioni ambientali 242
3.8.1 - Introduzione 242
3.8.2 - Esecuzione delle prove 243
3.8.3 - Risultati delle misure velocimetriche 243
3.8.3.1 - Time histories 245
3.8.3.2 - Densità spettrali di potenza (PSD) 246
3.9 - Conclusioni 247
______________________
CAPITOLO 4 - MODELLI DI CALCOLO 249
4.1 - Materiali - definizione delle proprietà meccaniche 251
4.1.1 - Livelli di Conoscenza 253
4.1.2 - Murature consolidate 255
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monumentali: il caso della torre di Palazzo Marchesale a San Giuliano di Puglia
4.1.3 - Parametri meccanici delle murature – modello non
consolidato
257
4.1.4 - Parametri meccanici delle murature – modello
consolidato
257
4.2 - Azioni sulle costruzioni – definizione dei carichi agenti 258
4.2.1 - Azioni sulla struttura 258
4.2.2 - Combinazione dei carichi 264
4.2.2.1 - Fattore di Importanza 267
4.2.3 – Azione sismica 271
4.2.4 - Categorie di suolo di fondazione 271
4.2.5 - Analisi a spettro di risposta 273
4.2.6 - Fattore di struttura 274
4.2.7 - Dall’accelerogramma allo spettro di risposta 276
4.2.8 - Implementazione computazionale 279
4.2.9 - Numero di modi propri di vibrazione 280
4.2.10 - Sovrapposizione delle singole risposte modali 281
4.2.11 - Analisi statica lineare 282
4.2.12 - Analisi dinamica modale 284
4.2.13 - Analisi statica non lineare 286
4.3 - Costruzione dei modelli di calcolo 290
4.3.1 - Aggregati edilizi 296
4.4 - Costruzione del Modello calcolato con il software
“Adina”.
299
4.4.1 - Costruzione del modello 299
4.4.2 - Densità della mesh 302
4.4.3 - Vincoli esterni 303
INDICE
9
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4.4.4 - Analisi strutturali 306
4.5 - Costruzione del Modello calcolato con il software
“Tremuri”.
308
4.5.1 - Costruzione del modello 310
4.5.2 - Analisi incrementale a collasso (push-over) 313
4.5.3 -Spettro da normativa 316
4.5.4 - Verifiche 316
4.5.4.1 - Stato limite Ultimo (SLU) 316
4.5.4.2 - Stato limite di Danno (SLD) 316
4.5.5 - O.P.C.M. 3362 dell' 8 luglio 2004 317
4.6 - Tabelle riassuntive dei carichi applicati ai diversi modelli 318
4.6.1 - Modelli codice ADINA 318
4.6.2 – Modelli codice TREMURI 322
_______________________
CAPITOLO 5
RISULTATI ANALISI ELEMENTI FINITI (ADINA)
323
5.1 - Risultati analisi statica – Carichi verticali 323
5.1.1 - Modello 01: Deformazioni strutturali - Carichi verticali 324
5.1.2 - Modello 01: Tensioni - Carichi verticali 325
5.1.3 - Modello 02 - Deformazioni strutturali - Carichi verticali 326
5.1.4 - Modello 02 - Tensioni - Carichi verticali 328
5.1.5 - Modello 03: deformazioni strutturali - Carichi verticali 330
5.1.6 - Modello 03 - Tensioni - Carichi verticali 332
5.2 - Risultati analisi statica - Carichi orizzontali 334
5.2.1 - Modello 01 – Deformazioni - Carichi orizzontali 337
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5.2.2 - Modello 02 – Deformazioni - Carichi orizzontali 339
5.2.3 - Modello 03 – Deformazioni - Carichi orizzontali 341
5.2.4 – Tabella riassuntiva dei risultati - Carichi orizzontali 343
5.3 - Analisi modale e a spettro di risposta 344
5.3.1 - Analisi modali 344
5.3.1.1 - Modello 01 – primi dieci modi di vibrazione 345
5.3.1.2 - Modello 02 – primi dieci modi di vibrazione 346
5.3.1.3 - Modello 03 – primi dieci modi di vibrazione 347
5.3.2 – Taratura del modello con le prove dinamiche 348
5.4 - Risultati delle analisi a spettro di risposta 354
5.5 - Risultati analisi a spettro di risposta – situazione
esistente
356
5.5.1 – Modal participation factor 356
5.5.2 – Modal mass 357
5.5.3 – Percentuale di massa 357
5.5.4 – Massa accumulata 357
5.5.5 – Percentuale di massa accumulata 358
5.5.6 – Risultati relativi ai singoli spettri di risposta 358
5.5.7 – Risultati analisi a spettro di risposta (OPCM 3431 del
3/5/05)
359
5.5.8 – Risultati analisi a spettro di risposta (Testo Unitario
Norme Tecniche Per Le Costruzioni)
360
5.6 - Risultati analisi a spettro di risposta – Modello
Consolidato
361
5.6.1 - Fattore di partecipazione modale 361
5.6.2 - Massa modale 361
5.6.3 - Percentuale di massa partecipante 361
INDICE
11
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5.6.4 - Massa accumulata 362
5.6.5 - Percentuale di massa accumulata 362
5.6.6 - Risultati relativi ai singoli spettri di risposta 362
5.6.7 - Risultati analisi a spettro di risposta (OPCM 3431 del
3/5/05)
363
5.6.8 - Risultati analisi a spettro di risposta 364
5.7 - Confronto fra modello non consolidato e modello
consolidato
367
5.8 - Conclusioni 370
____________________
CAPITOLO 6
RISULTATI ANALISI – MODELLI TREMURI
373
6.1 - Risultati analisi modello 3Muri 01 374
6.1.1 - Analisi eseguite 375
6.1.2 - Verifiche eseguite 376
6.1.3 - Risultati analisi “Pushover” 377
6.2 - Risultati analisi modello 3Muri 02 380
6.2.1 - Analisi eseguite 380
6.2.2 - Verifiche eseguite 381
6.2.3 - Risultati analisi “Pushover” 382
6.3 - Risultati analisi modello 3Muri 03 385
6.3.1 - Analisi eseguite 385
6.3.2 - Verifiche eseguite 386
6.3.3 - Risultati analisi “Pushover” 387
6.4 - Risultati analisi modelo 3Muri 04 391
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12
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6.4.1 - Analisi eseguite 391
6.4.2 - Verifiche eseguite 392
6.4.3 - Risultati analisi “Pushover” 393
6.5 - Conclusioni 397
________________________
CAPITOLO 7
PROPOSTA DI INTERVENTO
401
7.1 - Introduzione 401
7.2 - Progettazione antisismica per il patrimonio culturale 401
7.3 -Criteri di intervento per il miglioramento sismico 404
7.4 - Interventi per il miglioramento sismico 406
7.5 - Interventi proposti: riparazione e rinforzo 408
7.5.1 - Interventi volti a ridurre le carenze dei collegamenti 408
7.5.2 - Interventi sulle fondazioni 413
7.5.3 - Intervento sulle strutture verticali 414
7.5.4 - Interventi sui solai 419
7.5.5 - Interventi sulle volte 423
7.5.6 - Interventi sulla copertura 429
7.5.7 – Impiego di sistemi innovativi – Leghe a memoria di
forma (SMA)
439
7.6 – Conclusioni 440
__________________________
CAPITOLO 8 – CONCLUSIONI 443
__________________________
INDICE
13
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APPENDICE A
PROTEGGERSI DAI TERREMOTI
447
A.1 - Cenni di sismologia e geologia 447
A.1.1 - Sviluppi storici 449
A.2 - Cenni sul rischio sismico in Italia e aspetti significativi
della Nuova Normativa Antisismica
453
A.2.1 - Le dimensioni del problema
453
A.2.2 - La Nuova Normativa Antisismica - Ordinanza 3274 del
20/3/03
459
A.2.3 - La nuova classificazione sismica del territorio
nazionale
462
A.2.4 - Criteri e regole supplementari di buona progettazione 464
A.2.5 - Il metodo degli stati limite 465
________________________
APPENDICE B – MODERNI METODI ANTISISMICI 469
B.1 - Approccio energetico allo studio e all’analisi dei
terremoti
469
B.2 - Metodi moderni di protezione antisismica: dissipazione
dell’energia e riduzione dell’energia in ingresso
472
B.3 - Isolamento Sismico (IS)
478
B.3.1 - Introduzione 478
B.3.2 - Affidabilità delle procedure di progetto 480
B.3.3 - Isolamento sismico e progetto architettonico 484
B.3.4 - L'isolamento sismico applicato agli edifici in muratura 485
B.3.5 Configurazioni speciali: l'edificio sospeso 487
B.3.6 - Applicazioni di IS e DPE ai ponti 488
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monumentali: il caso della torre di Palazzo Marchesale a San Giuliano di Puglia
B.3.7 - Applicazioni di IS e DPE a edifici di nuova costruzione 489
B.3.8 - Adeguamenti sismici con IS su strutture esistenti 497
B.3.9 - Applicazioni di IS al patrimonio storico-artistico 499
B.3.9.1 - Applicazioni di IS ad edifici monumentali negli USA 499
B.3.9.2 - Applicazioni di IS ad edifici monumentali in Italia 508
B.3.9.3 - Applicazioni di IS ai beni museali 519
B.4 - Materiali compositi: fibre di carbonio 522
B.5 - SMA (Shape Memory Alloy) 525
B.5.1 - La memoria di forma 525
B.5.2 - La superelasticità 526
B.5.3 - Ricerca, sviluppo e applicazioni delle SMA 527
B.6 - Cenni alle Nuove Norme sugli edifici isolati 536
B.6.1 - Requisiti generali e criteri per il loro soddisfacimento 538
B.6.2 - Caratteristiche e criteri di accettazione dei dispositivi 539
B.6.2.1 - Isolatori 539
B.6.2.2 - Dispositivi ausiliari 539
B.6.2.3 - Isolatori elastomerici 540
B.6.2.4 - Isolatori a scorrimento 541
B.7 – Conclusioni 541
_______________________________
APPENDICE C - CAMPAGNA DIAGNOSTICA E RILIEVO 543
C.1 - Attività diagnostiche 543
C.2 - Indagini soniche sulle strutture 544
C.2.1 - Metodo di indagine sonica 544
C.2.2 - Attrezzatura di prova sonica 546
INDICE
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C.3 - Sondaggi a carotaggio sulla struttura e rilievi con sonda
televisiva in foro
547
C.3.1 - Strumentazione utilizzata 547
C.4 - Indagini con sonda endoscopica 548
C.4.1 - Strumentazione utilizzata 548
C.5 - Prova di assorbimento 549
C.5.1 - Esecuzione della prova 549
C.6 - Prelievo ed analisi di campioni di malta 557
C.7 - Prove con martinetti piatti 559
C.7.1 - Prova con martinetto piatto singolo 560
C.7.2 - Procedura di prova 560
C.7.3 - Elaborazione dati 562
C.7.4 - Prova con martinetto piatto doppio 563
C.7.5 - Procedura di prova 564
C.7.6 Elaborazione dati 566
C.7.7 - Descrizione dell’attrezzatura impiegata nelle prove con
martinetto piatto
567
C.7.7.1 - Cella 567
C.7.7.2 - Unità di pressurizzazione 567
C.7.7.3 - Strumentazione di misura 568
C.7.7.4 - Attrezzatura per l’esecuzione del taglio 568
C.8 - Prove locali a taglio 570
C.8.1 - Procedura di prova 570
C.8.2 - Elaborazione dati 572
_______________________________
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APPENDICE D
LA MODELLAZIONE A MACROELEMENTI
573
D.1 – Calcolo di edifici in muratura 573
D.1.1 - La resistenza ai carichi verticali e sismici 573
D.1.2 - Risposta sismica degli edifici in muratura 574
D.1.3 - Meccanismi di Collasso 574
D.1.4 - Comportamento Globale e Meccanismi Locali 576
D.1.5 - Meccanismi locali di collasso 582
D.1.6 - Il modello resistente 584
D.2 - Analisi non lineare 586
D.2.1 - Il metodo POR 586
D.2.2 - Modellazione con elementi finiti di superficie o di
volume
587
D.2.3 - Il metodo a telaio equivalente 589
D.2.4 - Previsioni di intervento 592
D.2.5 - Strutture miste 592
D.2.6 - Calcolo automatico delle eccentricità accidentali 593
D.2.7 - Sintesi delle caratteristiche del metodo 593
D.2.8 - Confronto metodo POR - metodo a Macroelementi
3Muri
594
D.2.9 - Applicabilità del metodo POR secondo la Circolare del
30-07-1981
597
D.2.10 - Osservazioni 598
D.2.11 - Confronto modellazione ad elementi finiti con
modellazione a macroelementi (3Muri)
599
D.3 - La modellazione a macroelementi 600
D.3.1 – L’ipotesi di telaio equivalente 600
INDICE
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D.3.2 – Il Macroelemento 603
D.3.3 - Definizione dello spostamento ultimo (drift) per il
macroelemento
611
D.3.4 - Le peculiarità di modellazione del macroelemento
connesse alle prescrizioni dell’Ordinanza 3431
613
D.3.5 - L’elemento trave non lineare in muratura 614
D.3.6 - La Modellazione 618
D.3.7 - Modellazione della parete 619
D.3.8 - La modellazione tridimensionale 622
D.3.9 - Costruzione del telaio equivalente 628
D.4 – Conclusioni 630
_________________________
APPENDICE E
RICERCA SU INTERVENTI REALIZZATI
631
E.1 - Introduzione 631
E.1. 1 - Cavallerizza del Castello di Vigevano (Pavia) 631
E.1. 2 - Intervento sulla volta a padiglione, “corridoio delle
grottesche”, Castello della Manta (CN)
632
E.1. 3 - Intervento al Palazzo Cattaneo di Cremona 633
E.1.4 - Un’applicazione dell’arco armato: volte a padiglione
del castello Mediceo di Melegnano.
633
E.1.5 - Castello Visconteo: torre sud-ovest, Pavia 635
E.1.6 - Intervento sulla Torre S.Dalmazio, Pavia 637
E.1.7 - Intervento sulla torre sud-ovest del Castello Visconteo
di Pavia
639
E.1.8 - Castello Visconteo, prospetto nord, Pavia 640
E.1.9 - Torre sud-est del Castello Visconteo di Pavia:
intervento sulle coperture
641
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monumentali: il caso della torre di Palazzo Marchesale a San Giuliano di Puglia
E.1.10 - Castello di Trezzo d’Adda (Milano) 642
E.1.11 - La copertura di casa ex-Masciadri ad Arcene (BG) 643
E.1.12 - La copertura lignea della ex chiesa di San Carpoforo
– Milano
644
E.1.13 - Consolidamento delle volte di Villa San Carlo
Borromeo
646
E.1.14 - Consolidamento con arco armato estradossale 647
E.1.15 - Consolidamento delle volte della Basilica Superiore
ad Assisi
649
E.1.16 - Consolidamento della torre di Carlo V in Martinsicuro 651
E.2 - Conclusioni 657
________________________________
BIBLIOGRAFIA E RIFERIMENTI 659
Normativa 659
Euro Codici 660
Libri 662
Pubblicazioni e atti di convegni scientifici 667
Rapporti interni e tesi di laurea 684
Siti Internet 688
INDICE
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