Analisi sperimentale del comportamento di edifici in muratura rinforzati con tecniche e materiali innovativi

Le strutture in muratura portante rappresentano una tra le tipologie costruttive più diffuse nell'ambito del patrimonio edilizio esistente. Purtroppo, l'esperienza acquisita con i recenti terremoti ha messo in luce la vulnerabilità di tali manufatti. Pertanto, il miglioramento sismico di strutture esistenti diventa oggigiorno di vitale importanza, sia per la salvaguardia della vita delle persone sia per la conservazione di edifici di interesse storico-monumentale. In questo campo le tecniche tradizionali di intervento non sempre soddisfano le esigenze strutturali e le esigenze di conservazione, in conformità alle più stringenti regole della moderna cultura del restauro. In questi casi, l'impiego di tecniche innovative può essere utile per risolvere alcune criticità. Il miglioramento delle performance strutturali può essere perseguito attraverso lo sviluppo di sistemi di rinforzo basati su materiali innovativi e tecniche che risultano essere chimicamente, fisicamente e meccanicamente compatibili con i materiali esistenti. La presente tesi si pone come obiettivo principale l'analisi del comportamento di strutture in muratura nei confronti di azioni sismiche. Sulla base della risposta sismica di tali elementi si indaga l'efficacia di tecniche di intervento innovative, atte a ridurrene la vulnerabilità. Lo scopo è stato perseguito mediante la progettazione e l'esecuzione di prove sperimentali su elementi, subassemblaggi e strutture in scala reale e ridotta, testate in condizioni non rinforzate e rinforzate con sistemi in composito di ultima generazione. In particolare si sono investigati alcune tra le più diffuse problematiche relative alle strutture esistenti in muratura: comportamento di un martello murario soggetto ad azioni fuori piano, rinforzato con cuciture armate mediante tubi pultrusi cavi in fibra di carbonio e iniezione di malta di calce; comportamento di pannelli murari soggetti ad azioni nel piano, rinforzati con sistemi in FRCM (Fibre Reinforced Cementitious Matrix); comportamento di colonne in muratura in scala reale soggette a carichi gravitazionali, confinate con differenti sistemi in FRCM con o senza la presenza di rinforzo interno mediante barre pultruse in GFRP o barre in acciaio inox elicoidali; comportamento globale mediante prove su tavola vibrante di un edificio in muratura tipico dell'area mediterranea in scala 1:2, rinforzato con differenti tecniche innovative a seguito del danno prodotto. Le tecniche di intervento adottate, oltre ad assolvere la propria funzione di mitigazione del rischio sono risultate idonee a risolvere i problemi emersi nel corso degli anni a causa dell'adozione di tecniche tradizionali, offrendo risultati soddisfacenti sia dal punto di vista della sicurezza strutturale che della compatibilità al supporto murario e nell'ottica della sostenibilità dell'intervento. Ciò potrà consentire in futuro la calibrazione di opportune formulazioni teoriche da inserire in documenti pre-normativi e/o normativi al fine di rendere gli interventi con tali tecniche facilmente adottabili e progettabili dai professionisti del settore

Nonlinear static analysis of a plan irregular building according to EC8 provisions

The paper deals with the topic of nonlinear static and nonlinear dynamic analyses of multi-storey r/c frame buildings designed according to Eurocode provisions. In particular, the open problem of the extension of N2 method to plan irregular buildings, which makes up for the underestimation of the seismic demand on stiff side of the buildings, is focused. Three methods, which take into account the accidental eccentricity of the mass (due to its uncertainties in the location) are proposed. The main differences between the three nonlinear static analysis methods are: method n.1 combines the displacements of modal response spectrum analysis obtained by the 4 models (associate to 4 positions of the centre mass) by SRSS rule and, for each frame of the multi-storey r/c frame building, the maximum normalized displacement is assumed as reference; method n.2, works on 4 models and only at the end of the procedure combines the results by SRSS rule; method n.3 considers till the end of the procedure the double sign (+ and -) of pushovers. Nonlinear static analyses are carried out using both the “modal” and “uniform” force pattern. The “orthogonal effects”, evaluated by SRSS rule, result to be negligible. The results, in terms of pushover curves, frame top displacements and interstory drifts, are compared with the ones obtained by nonlinear dynamic time-history analyses. The input adopted for nonlinear dynamic analysis (7 natural earthquakes) is selected in order to rigorously satisfy the EC8 provisions

Comparison among different scaling methods for earthquake records used for seismic nonlinear analysis of structures

Current Italian and European seismic codes allow evaluating the dynamic nonlinear behaviour of structures using time-history analysis. In this case one of the main issues to be solved is the selection of the accelerograms according to the code prescriptions. The choice of seismic input should be addressed with natural records: in this way it is possible to represent the earthquake with its main characteristics i.e. its amplitude, frequency and energy content, duration and phase. If natural accelerograms are adopted, the above mentioned prescriptions strongly condition the search for the "best" seismic input and they often require the real accelerograms to be altered by scaling techniques. In the current paper, the influence of different scaling methods is evaluated. Seven methods of scaling are taken into account and the variation coefficients (CoV), calculated in terms of spectral ordinates for sets of elastic and inelastic spectra, are evaluated and compared. It is concluded that if the CoV of the structural response must be contained, it is convenient to refer to scaling procedures that explicitly consider the fundamental period of the structure e.g. Kappos intensity and Matsumura intensity

Extension of N2 methods to plan irregular buildings considering accidental eccentricity

The paper deals with the topic of analyses performed according to modern code provisions, in particular Eurocode 8 (EC8) rules. Non linear static and non linear dynamic analyses of a plan irregular multi-storey r/c frame building designed according to Eurocode 2 (EC2) and EC8 provisions are carried out. The extension of the N2 method to torsionally flexible structures, as applied in previous papers, does not consider the accidental eccentricity, which is prescribed by EC8 also in the case of non linear static analysis. In this paper, three methods combining the accidental eccentricity prescribed by EC8 to the procedure which extends the N2 method to torsionally flexible structures are proposed and discussed. Each of them provides four modal response spectrum analyses (one for each model, corresponding to each position of centre of mass) and eight non linear static analyses (two signs for four models). NLSA(meth. n.2) seems to be the more reliable method of the three proposed, because it better fits absolute displacements obtained by non linear dynamic analysis. In the paper it is also observed that the value of the behaviour factor assigned by EC8 to torsionally flexible systems seems too conservative

Effect of the seismic input on nonlinear response of r/c building structures

The effects of the variability of seismic input on system structural response are investigated. Non linear time history analyses are performed using as input sets of accelerograms satisfying the compatibility criteria with an elastic design spectrum according to the Eurocode 8. The response of elastic SDOF systems, in terms of spectral acceleration, is analyzed; the same parameter, for corresponding non linear SDOF systems as well as ductility demand and strength reduction factors, is also discussed. The analyses are extended to a r/c multi-storey space frame, which is designed according to Eurocode provisions. The main conclusion of the paper is that, when the input is selected according to the Eurocode 8 provisions as recorded accelerograms, a "natural" mean CoV of spectra ordinates is expected; it proportionally conditions the CoV of the parameters characterising the non linear response of structures