Obiettivi Formativi

L'insegnamento di Statica e Sismica delle Costruzioni in muratura ha l’obiettivo di fornire un quadro generale delle problematiche relative al comportamento strutturale delle costruzioni murarie includendo aspetti legati da un lato alla modellazione meccanica della muratura e dall’altro alla sicurezza sismica e conservazione di edifici in muratura esistente. Obiettivo del corso è altresì quello di far acquisire allo studente il metodo scientifico adeguato alla capacità di identificare, analizzare e risolvere i problemi con autonomia di giudizio, utilizzando metodi, tecniche e strumenti aggiornati e un linguaggio tecnico appropriato.

Learning Goals

The masonry constructions Statics and Seismics course aims to offer a general overview on the problems relating to the structural behavior of masonry structures including aspects related on one hand to the mechanical modeling of the masonry and on the other hand to seismic safety and conservation of existing masonry buildings.

Metodi didattici

Lezioni frontali ed esercitazioni in aula.

Teaching Methods

Lessons and software applications in classroom.

Prerequisiti

È richiesta la conoscenza dei principi fondamentali della Scienza delle Costruzioni e della Tecnica delle Costruzioni.

Prerequisites

In order to be able to understand the course topics, knowledge of the fundamental principles of Strength of Materials and Building Technique is required.

Verifiche dell'apprendimento

Esame orale finale con domande aperte sugli argomenti del programma finalizzato ad accertare le conoscenze acquisite e le capacità applicative in maniera critica con presentazione e discussione delle esercitazioni assegnate svolte dallo studente singolarmente e/o in gruppo.

Assessment

Oral discussion on the program topics and on the assigned project.

Programma del Corso

MODULO "STATICA E SISMICA DELLE COSTRUZIONI IN MURATURA": Proprietà dei materiali costituenti la muratura: malta ed elementi artificiali o naturali; classificazione degli elementi resistenti; resistenza a compressione dei materiali; classificazione delle murature e tecniche di esecuzione. Proprietà della muratura: caratteristiche meccaniche della muratura; resistenza della muratura: prove di compressione e trazione monoassiale, prove di compressione diagonale, prove di compressione e taglio; parametri meccanici della muratura; modellazione del comportamento a compressione della muratura; il legame costitutivo della muratura. Il comportamento della muratura portante: muri soggetti a sforzo normale centrato ed eccentrico, pressoflessione nel piano del muro, ribaltamento del muro, rigidezza di un pannello murario, ripartizione delle azioni taglianti sui setti murari. Maschi murari e fasce di piano; collasso della parete nel proprio piano; resistenza a taglio e flessione nelle fasce di piano; modellazione delle fasce di sismo-resistenti; collasso dei maschi murari. Criteri di resistenza e stati limite di pannelli murari: SLU per pressoflessione, rottura (SLU) per fessurazione diagonale e per taglio scorrimento; il criterio di resistenza a trazione convenzionale e il criterio alla “Coulomb”; azioni ortogonali al piano medio ed effetto del secondo ordine. Organizzazione scatolare e criteri di modellazione sismica; modelli a telaio equivalente e a macroelementi. Analisi sismica globale: analisi statica lineare; analisi dinamica modale; analisi statica non lineare (push-over);analisi dinamica non lineare. Verifiche di murature ordinari: fenomeni di instabilità per carico di punta, snellezza convenzionale; verifica agli stati limite per pressoflessione; verifica a taglio per azioni nel piano del muro; rottura per taglio-scorrimento; rottura per fessurazione diagonale; spostamento combinato per flessione e taglio; pressoflessione fuori del piano del muro e valutazione delle eccentricità di carico sullo spessore della muratura; flessione e taglio su “travi di accoppiamento” in muratura. Norme sulle murature esistenti: valutazione della sicurezza; classificazione degli interventi: interventi di adeguamento, interventi di miglioramento, riparazioni o interventi locali; procedure per la valutazione della sicurezza e la redazione dei progetti. Livelli di conoscenza e fattori di confidenza. Macroelementi e meccanismi di danno: ipotesi di comportamento monolitico; i meccanismi di danno di primo modo (fuori dal piano) e di secondo modo (nel piano o “a taglio”); analisi del danno: vulnerabilità tipiche e vulnerabilità specifiche; meccanismi di danno di primo modo: ribaltamento semplice, ribaltamento composto, flessione verticale, flessione orizzontale; meccanismi di danno di secondo modo. Valutazione della sicurezza di edifici esistenti in muratura: analisi cinematica lineare e non lineare; verifiche di sicurezza e determinazione della capacità e della domanda. Modellazione dei meccanismi di danno e schematizzazione del meccanismo. La progettazione degli interventi: interventi sulla muratura; tiranti metallici: dimensionamento e calcolo di un tirante; cordoli in cemento armato, in acciaio, in legno; miglioramento delle connessioni perimetrali; incremento di resistenza di elementi murari; consolidamento della parete in muratura con FRP e con tecnica dell’intonaco armato. Applicazioni con software di calcolo per le murature.

Course Syllabus

Masonry constructions Static and Seismics course: of the materials making up the masonry: mortar and artificial or natural elements; compressive strength of materials; masonry classification and execution techniques. Masonry properties: masonry mechanical characteristics; masonry resistance; mono-axial compression and traction tests, diagonal compression tests, compression and shear tests; mechanical parameters of the masonry; modeling the compression behavior of masonry; the constitutive bond of the masonry. The behavior of the load-bearing masonry: walls subjected to normal centered and eccentric stress, bending in the plane of the wall, overturning of the wall, rigidity of a wall panel, distribution of cutting actions on the wall partitions. Masonry piers and spandrels; collapse of the wall in its own plane; shear and flexural strength in the floor strips; modeling of seismic resistant spandrels; collapse of the masonry piers. Resistance criteria and limit states of wall panels; resistance of a wall panel: SLU for bending, shear effects (SLU) for diagonal cracking and for sliding cut, the conventional tensile strength criterion and the "Coulomb" criterion; orthogonal actions to the middle plane and second order effect. Box behaviour and seismic modeling criteria; equivalent frame and macro-element models. Global seismic analysis: linear static analysis; dynamic modal analysis; nonlinear static analysis (push-over); nonlinear dynamic analysis. Checks of ordinary walls: instability phenomena due to peak load, conventional slenderness; verification of limit states by pressure bending; shear verification for actions in the plane of the wall; breaking by cutting-sliding; diagonal crack break; combined displacement for bending and cutting; pressure bending outside the plane of the wall and evaluation of the load eccentricities on the thickness of the masonry; bending and cutting on "coupling beams" in masonry. Standards on existing walls: safety assessment; classification of interventions: adaptation interventions, improvement interventions, repairs or local interventions; procedures for safety assessment and drafting of projects. Levels of knowledge and confidence factors. Macroelements and damage mechanisms: hypothesis of monolithic behavior; the damage mechanisms of the first mode (out of the plane) and the second mode (in the plane or "cut"); damage analysis: typical vulnerabilities and specific vulnerabilities; damage mechanisms of first mode: simple overturning, compound overturning, vertical bending, horizontal bending; damage mechanisms of second way; factors that can influence damage mechanisms. Assessment of the safety of existing masonry buildings; study of local mechanisms: linear and nonlinear kinematic analysis; safety checks and capacity determination (spectral acceleration of activation) and demand determination (maximum acceleration expected in a given location). Damage mechanism modeling: modeling of off-plane mechanisms; schematization of the mechanism and calculation of displacements; simple overturning of monolithic wall; double curtain wall; compound overturning; vertical and horizontal flexion; retraction of the base hinge. The planning of the interventions: interventions on the masonry; metal tie rods: sizing and calculation of a tie rod; reinforced concrete, steel and wooden curbs; improvement of the perimeter connections; resistance increase of wall elements; consolidation of the masonry wall with FRP and with reinforced plaster technique. Applications with calculation software for masonry.