Analisi non lineari per la valutazione dell’efficacia di interventi di rinforzo sismico applicati localmente o su intere porzioni di edifici in muratura in aggregato

The seismic response of masonry buildings arranged in aggregates, subjected to seismic strengthening interventions, is a research topic still underexplored, the need for which emerged concurrently with the drafting of reconstruction plans for Central Italy’s municipalities affected by the recent earthquakes in L'Aquila (2009) and in Amatrice and Norcia (2016). Therefore, this thesis aims to assess the effectiveness of different types of retrofitting extended at various scales in an urban cluster, using FEM modeling in DIANA environment. Another topic of interest is the effect of discontinuities between S.U. (Structural Units), due to the different stages of the cluster formation process. Interventions are applied either to individual S.U. or in macrogroups of S.U., from the bottom to the top (unitary interventions, homogeneous and non-homogeneous), or to individual F.U. (Flat Units) within them (partial interventions), performing "level-by-level" interventions, applied by number and position. Starting from an unreinforced condition with coursed rubble masonry and wooden floors with single sheating (orthotropic), both on the floors and the roof, five techniques for floors’ reinforcement are simulated (additional diagonal sheating, OSB panels, steel strips, reinforced concrete slab, replacement with hollow clay floor slab blocks), and a combined intervention for floors and masonry (injections and replacements with hollow clay concrete blocks). The results are expressed in terms of force-displacement capacity curves, natural frequencies, vibration modes of the buildings, and tensile strains. For partial interventions, the software highlights damage mechanisms typical of post-earthquake scenarios: the results are worse the more the stiffening is localized. For unitary interventions with multiple S.U., whether homogeneous or not, the evaluation of local mechanisms and of overall displacement of the S.U. is strongly affected by the insertion of rigid floors. Indeed, these elements introduce a "chain" effect between separated walls. The implemented discontinuities show preferable results for the sliding elements, which are considered more suitable for decoupling the elements’ nodes, providing relative displacements between the S.U.: this result is only partially achievable with other implemented elements, such as the interfaces.

La risposta sismica di edifici in muratura disposti in aggregato sottoposti a interventi di rinforzo sismico costituisce un tema di ricerca ancora poco esplorato, del quale l’esigenza di approfondimento è maturata contestualmente alla redazione di piani di ricostruzione per i comuni del Centro Italia colpiti dai recenti terremoti dell’Aquila (2009) e di Amatrice e Norcia (2016). La tesi ha quindi l’obiettivo di valutare l’efficacia di differenti estensioni di applicazione e tipologie di retrofit, utilizzando una modellazione di tipo FEM agli elementi finiti in ambiente DIANA, approfondendo inoltre la restituzione di discontinuità tra U.S., risultanti dalle diverse fasi di formazione dell’aggregato. Si interviene su intere U.S. o loro aggregazioni da cielo a terra (interventi unitari, omogenei e non), oppure sulle singole U.I. (Unità Immobiliari) al loro interno (interventi parziali), realizzando interventi “per piani”, applicati per numero e per posizione. Partendo da una condizione non rinforzata con murature di tipo “pietra a spacco con buona tessitura” e orizzontamenti lignei con tavolato semplice (ortotropo) sia su solai che su copertura, si simulano cinque tecniche per il rinforzo degli orizzontamenti (tavolato diagonale, pannelli OSB, bandelle in acciaio, soletta in cls, sostituzione con laterocemento) e un intervento congiunto per solai e murature (iniezioni e sostituzioni con laterocemento). I risultati sono espressi in termini di curve di capacità forza-spostamento, frequenze naturali e modi di vibrare degli edifici, quadri di deformazione a trazione. Per gli interventi parziali, le risposte ottenute suggeriscono meccanismi di danno tipici degli scenari post-sisma, con risultati peggiori quanto più gli irrigidimenti sono localizzati. Per gli interventi unitari con più U.S., omogenei e non, la determinazione di eventuali meccanismi locali e la valutazione a favore o meno di uno spostamento d’insieme delle U.S. tra di loro risulta fortemente condizionata dall’inserimento di solai rigidi conferenti un effetto a “catena”. Le discontinuità implementate vedono risultati preferibili per gli elementi slides, ritenuti più adatti a svincolare i nodi degli elementi, restituendo spostamenti relativi tra U.S., cosa solo parzialmente ottenibile con gli altri elementi implementati, ossia le interfacce.