UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI NAPOLI “FEDERICO II” DIST – Dipartimento di Ingegneria Strutturale MODELLI DI ANALISI SISMICA TIPO “PUSHOVER” PER STRUTTURE IN C.A. CON TAMPONATURE 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

ORGANIZZAZIONE DEL LAVORO 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

PROBLEMATICA DELLE STRUTTURE INTELAIATE TAMPONATE 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 Contributo offerto dai pannelli di tamponatura dimostrato dalle lesioni col tipico aspetto a X

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

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

ANALISI STATICA NON LINEARE (“PUSHOVER”) STUDIO TEORICO MODELLI DI ANALISI ANALISI STATICA NON LINEARE (“PUSHOVER”) 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

Puntone diagonale equivalente Puntone diagonale equivalente 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” a Mainstone (1971) Stafford Smith & Carter (1969) Con il continuo aumento delle azioni laterali la larghezza del puntone equivalente decresce

MODELLAZIONE DEI PANNELLI CON APERTURE 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

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:

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: Cerniera assiale Cerniere a flessione e a taglio Cerniere a pressoflessione e a taglio

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

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 Rigidezza a taglio Parametri meccanici Carico di fessurazione Rigidezza assiale Carico massimo Legame adottato – Modello II Il legame del puntone adottato nel secondo modello è quello suggerito da Panagiotakos & Fardis con 0,005K1<K3<0,1K1

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

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

RISULTATI ANALISI PUSH-OVER: CURVE DI CAPACITA’ MODELLO I 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

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

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

RISULTATI ANALISI PUSH-OVER: CURVE DI CAPACITA’ MODELLO II 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

RISULTATI ANALISI PUSH-OVER: CONFRONTO CURVE DI CAPACITA’ 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

RISULTATI ANALISI PUSH-OVER: CONTRIBUTI ALLA RESISTENZA 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%)

RISULTATI ANALISI PUSH-OVER: CONTRIBUTI ALLA RESISTENZA 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%)

INFLUENZA DELLE TAMPONATURE SULLA RISPOSTA SISMICA DELL’EDIFICIO 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

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

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.

G R A Z I E P E R L ’ A T T E N Z I O N E