Analisi sismica di edifici esistenti in muratura con metodo dinamico: applicazione a Villa Faule (SI)

SOMMARIO  Nel lavoro viene presentata una metodologia generale per la valutazione della resistenza sismica di edifici esistenti in muratura, metodologia che utilizza analisi numeriche condotte sia in campo lineare, sia in campo non lineare della risposta della struttura. Il metodo proposto si basa su un approccio agli elementi finiti (idealizzazione complessa) per determinare il tasso di lavoro della muratura per le azioni statiche, seguito da una modellazione a macroelementi (idealizzazione semplificata) per mezzo della quale, con analisi dinamiche non lineari, si stima il livello dell’intensità sismica di collasso di un edificio. Il modello agli E.F. è anche utile per identificare i parametri meccanici elastici del materiale e per valutare “l’accuratezza” della procedura semplificata. Quale caso applicativo di studio è stata scelta la Villa Faule di Cerrano, in provincia di Siena, una costruzione signorile risalente alla fine del 1700, tipica delle campagne toscane. La Villa, che versava in condizioni molto degradate, è stata oggetto di un recente progetto di recupero per adibirla ad appartamenti di civile abitazione, progetto che ha previsto anche il consolidamento strutturale dell’edificio. Lo studio è rivolto all’edificio consolidato e comprende analisi lineari basate su un modello agli elementi finiti ed analisi non lineari basate su un modello a macroelementi. I risultati mostrano l’utilità di entrambe le procedure per indagare aspetti diversi del problema. Viene dapprima verificata la buona approssimazione ottenuta col modello semplificato in termini di predizione del comportamento dinamico modale dell’edificio; in seguito, con lo stesso modello, viene valutata l’accelerazione sismica di picco di collasso della struttura. Assumendo, in ingresso, la componente di accelerazione N-S della registrazione temporale di El-Centro (sisma di Imperial Valley del 1940), tale accelerazione di picco è risultata, nel caso in esame, non inferiore a 2.75 m/s2. SUMMARY  In this paper a general method is given to evaluate the collapse seismic load of existing masonry buildings. The method is based on numerical analyses in which both linear and nonlinear models are used to evaluate the seismic response of the masonry assemblage. The structure is first idealized by a F.E. model to investigate the stress patterns produced by the static loads, then a simplified nonlinear dynamic model is used to predict the collapse seismic load. In addition, the F.E. model is useful to identify some mechanical parameters of the masonry and to establish the accuracy of the simplified approach. To this aim the first two modal shapes of the building are used. To exemplify the general methodology here discussed an application is presented for Villa Faule, to be found in the Tuscany countryside in the neighborhood of Colle di Val d’Elsa (Siena). The Villa Faule was built at the end of XVIII century and is representative of many similar country houses located in the same geographic zone. Considering the dilapidated state of the walls, of the timber floor slabs and of other architectural elements, in recent times a design was approved to strengthen and to rehabilitate the building. The subject of this study is the strengthened building because the large-scale numerical models are more reliable for such types of structures. The results showed that both the procedures were useful to investigate the structural problem. The F.E. model furnished a good prediction of the masonry stresses under vertical loads and predicted the modal shapes of the structure; at the same time it revealed that the simplified model was accurate. The nonlinear simplified method gave a prediction of the seismic ground acceleration intensity to be applied to achieve the building collapse. To this purpose the structure was subjected to the N-S acceleration record of El-Centro (Imperial Valley’s earthquake, 1940). The results showed that the value of the collapse peak ground acceleration was equal or more than 2.75 m/s2.