consolidamento murature
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Domenico Liberatore
Professore Straordinario diProgetto di Strutture
Universit degli Studidella Basilicata
EDIFICI ESISTENTI IN MURATURA
Potenza, 8 giugno 2004
Corso di aggiornamento professionalesulla Normativa Sismica di cui allOrdinanza
del PCM 3274 del 20 marzo 2003
Ordine degli Ingegneri della Provincia di Potenza
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Considerazioni generali
Le principali innovazioni dellOPCM 3274 sono:
la chiara definizione del livello di conoscenza, con riferimento alle indagini conoscitive;
la presa in conto del livello di conoscenza nella valutazione (assessment);
la definizione delle possibili indagini (distruttive e non);
in alternativa alladeguamento, si prevede un miglioramento controllato, con livelli di azioni sismiche ridotti, decisi dalle Regioni.
Edifici esistenti in muratura
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Dati necessari e identificazione del livello di conoscenza
Geometria
Rilievo sommario
Rilievo, piano per piano, di: principali elementi strutturali resistenti a taglio volte in muraturastima a campione dellandamento e della rigidezza dei solai
Rilievo completo
Rilievo completo, piano per piano, di: tutti gli elementi in muratura volte e loro tipologia andamento di tutti i solai e valutazione accurata della loro rigidezzavalutazione dei carichi gravanti su ogni elemento di parete
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Dettagli costruttivi
a) qualit del collegamento tra pareti ortogonali.
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Dettagli costruttivi
b) qualit del collegamento tra solai e pareti ed eventuale presenza di cordoli di piano
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Dettagli costruttivi
c) esistenza di architravi dotate di resistenza flessionale al di sopra delle aperture
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Dettagli costruttivi
d) presenza di elementi strutturali spingenti e di eventuali elementi atti ad eliminare la spinta
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Dettagli costruttivi
e) presenza di elementi, anche non strutturali, ad elevata vulnerabilit
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Dettagli costruttivi
f) tipologia e qualit della muratura (a un paramento, a due o pi paramenti, con o senza collegamenti trasversali), eseguita in mattoni o in pietra (regolare, irregolare)
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Dettagli costruttivi
g) presenza e rappresentazione delleventuale quadro fessurativo
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Dettagli costruttivi
Sarebbe opportuno un rilievo accurato di canne fumarie, nicchie, e discontinuit murarie in genere
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Verifiche in situ limitate
Sono basate unicamente su rilievi di tipo visivo e possono essere effettuate per campione.
Dettagli costruttivi
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Verifiche in situ estese e adeguate
Rilievi di tipo visivo, ricorrendo a scrostature di intonaco, messa a nudo delle caratteristiche di ammorsamento tra muri ortogonali e solai nelle pareti.Si possono esaminare a campione: qualit del collegamento tra pareti ortogonali qualit del collegamento tra solai e pareti tipologia e qualit della muraturaSi devono esaminare in modo sistematico allintero edificio: esistenza di architravi presenza di elementi strutturali spingenti presenza di elementi ad elevata vulnerabilit quadro fessurativo
Lefficacia di eventuali elementi atti a eliminare la spinta (catene) deve essere verificata sperimentalmente.Misura della frequenza di vibrazione della catena soggetta a una forzante impulsiva.
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Propriet dei materiali
La qualit della muratura deve essere verificata:
a) in situ, mediante il rilievo della tessitura muraria in superficie e in sezione
b) in laboratorio, mediante la caratterizzazione di malte, pietre e/o mattoni prelevati in situ
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Prova con doppio martinetto piatto
1 2 3 4
8
-1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0Deformazioni [m/mm]
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
S
f
o
r
z
i
[
N
/
m
m
2
]
l v
-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5Deformazioni [m/mm]
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
S
f
o
r
z
i
[
N
/
m
m
2
]
l v
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Prova di compressione diagonale su pannello
Schema della prova di compressione diagonale
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Prova di compressione verticale e taglio
Schema della prova di taglio-compressione
Apparato di prova
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Prove non distruttive
sensore(accelerometro)
martelloeccitatore
ingressotrigger
ingressoimpulsi
oscilloscopio
filtraggio
amplificazione
Indaginisoniche
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Prove non distruttive
Georadar
290 cm
1
5
0
c
m
2
0
n
s
8 w
w8
t tt tt
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Prove non distruttive
Le prove non distruttive (prova sonica, radar) possono impiegate in combinazione ma non in sostituzione delle prove distruttive
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Prova penetrometrica per la valutazione della tensione verticale e/o del coefficiente dattrito della malta(Liberatore e Spera, 2001)
Oltre alle prove classiche:
0.8943.65399
0.8942.85388
0.9541.153910
0.8041.25337
0.6447.15306
0.9043.15395
0.8942.80384
0.6541.65273
0.8242.90352
0.6943.50301
SPU(mm-1)
Infissione(mm)
ColpiPerforazione
0
50
100
150
200
250
300
350
400
0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1
SPU (mm-1)
F
o
r
z
a
(
N
)
Parametri a dispersione Intecetta per L'origine Retta di regressione
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Verifiche in situ limitate
Esami visivi della tessitura della muratura e degli elementi (blocchi e malta) di cui costituitaAlmeno un esame per ogni tipo di muratura presente e per ogni piano delledificioNon sono richieste prove sperimentali
Propriet dei materiali
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Verifiche in situ estese
Almeno una prova su ciascun tipo di muratura presente, in aggiunta alle verifiche visive
Verifiche in situ esaustive
Almeno tre prove su ciascun tipo di muratura presente, in aggiunta alle verifiche visive
Propriet dei materiali
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Livelli di conoscenza e coefficienti parziali di sicurezza
Rilievo e verifiche Livello di conoscenza
Coefficiente
Tutti i casi che non ricadono nei successivi LC1 1.5 mRilievo completo e verifiche in situ estese LC2 mRilievo completo e verifiche in situ adeguate ed esaustive LC3 0.70 m
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INTERVENTI
Gerarchia delle modalit di collasso
1. Disgregazione della tessitura muraria
2. Collasso della parete al di fuori del piano
3. Collasso della parete nel piano
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Disgregazione della tessitura muraria
INTERVENTI
Iniezioni di miscele leganti Paretine in c.a. Diatoni armati CAM
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Diatoni armati
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CAMCucitura Attiva della Muratura
Dolce e Marnetto, 2000
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Collasso della parete al di fuori del piano
1 modo di deformazione della cella muraria: estensione
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Collasso della parete al di fuori del piano
1 modo di deformazione della cella muraria: estensione
Inserimento di catene
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Collasso della parete al di fuori del piano
2 modo di deformazione della cella muraria: flessione
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Collasso della parete al di fuori del piano
3 modo di deformazione della cella muraria: scorrimento
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Collasso della parete al di fuori del piano
3 modo di deformazione della cella muraria: scorrimento
Vantaggio del modo di scorrimento rispetto alla soluzione a solaio rigido:
Rimane inalterata la ripartizione delle forze sismiche tra le diverse pareti; in particolare, non si creano effetti torsionali globali.
DIRETTIVE TECNICHE Regioni Basilicata, Calabria e Campania, sisma del 9/9/1998
In ogni caso si dovr garantire che gli interventi progettati non aggravino la situazione degli edifici adiacenti n quella delle porzioni di edificio nelle quali non si eseguono interventi strutturali.
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Collasso della parete al di fuori del piano
3 modo di deformazione della cella muraria: scorrimentoDIRETTIVE TECNICHE Regioni Basilicata, Calabria e Campania, sisma del 9/9/1998
[] Cordoli in c.a.: verificare preliminarmente la fattibilit e l'efficenza di interventi meno invasivi rispetto ai cordoli in breccia (p.es. cordoli esterni in c.a. o profili in acciaio collegati al solaio ed alle murature e resi continui agli angoli), []
Nel caso di muratura a doppio paramento (con o senza riempimento a sacco) leventuale esecuzione di cordoli in breccia dovr essere oggetto di attenta valutazione, al fine di evitare lulteriore separazione dei due paramenti e lapplicazione di sovraccarichi concentrati su uno solo di essi. Qualora non fossepossibile adottare altre forme di collegamento (p. es. cordoli esterni alla muratura con ancoraggio dei travetti e delle caldane alla muratura) si dovr provvedere ad adottare procedimenti costruttivi che disturbino il meno possibile il regime statico preesistente e migliorino il collegamento fra i paramenti.
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Collasso della parete al di fuori del piano
3 modo di deformazione della cella muraria: scorrimento
DIRETTIVE TECNICHE Regioni Basilicata, Calabria e Campania, sisma del 9/9/1998
[] Interventi volti a ridurre l'eccessiva deformabilit dei solai:- verificare preliminarmente la fattibilit e lefficienza di interventi meno invasivi rispetto alla solettina in c.a., []; - in caso di scelta della soletta, limitarne gli spessori al minimo necessario curando il collegamento con connettori ai travettisottostanti e verificando l'eventuale variazione di ripartizione delle azioni orizzontali in conseguenza dell'irrigidimento dei diaframmi; - curare efficaci collegamenti con il cordolo o con altri elementi di ripartizione sulla muratura.
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Collasso della parete al di fuori del piano
3 modo di deformazione della cella muraria: scorrimento
OPCM 3274 1.1.5.6.1
La trasformazione di solai flessibili in solai rigidi comporta una diversa distribuzione delle azioni agenti sulle pareti, che pu rivelarsi favorevole o sfavorevole in funzione della geometria della struttura.
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Collasso della parete al di fuori del piano
3 modo di deformazione della cella muraria: scorrimento
Intervento: inserimento di travi reticolari in spessore di solaio
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Collasso della parete al di fuori del piano
3 modo di deformazione della cella muraria: scorrimento
Intervento: inserimento di cavi in acciaio
Sistema di tirantatura
Capochiave di ritegno
Cavo
Nodo di ritegno
Nodo d'angolo(B)
Capochiave d'ancoraggio
Barra di collegamento
Profilato in acciaio
Azione sismica
Nodo d'angolo (A)
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Collasso della parete al di fuori del piano
3 modo di deformazione della cella muraria: scorrimento
Sperimentazione sul sitema cavi-redance-tenditori
0
20
40
60
80
100
120
-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
spostamento [mm]
f
o
r
z
a
[
K
N
]
28t2a-f25
28t2a-f250
28t2a-f2_5
28t2a-f25-70
28t2a-f250-70
28t2a-f25-100r
29t2a-f25-70
29t2a-f250-70
29t2a-f2_5-70
29t2a-f25-100r
30t2a-f25-70
30t2a-f250-70
30t2a-f250-100r
configurazione cavo con redance e morsetti
tipo cavo TREFOLO CON ANIMA METALLICA
diametro 12mm
Valore atteso
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Collasso della parete al di fuori del piano
3 modo di deformazione della cella muraria: scorrimentoc
h
i
e
s
a
Bagnomq 3,51
Soggiorno - Pranzo mq 24,40 Cucina
mq 15,95
Letto Matrimonialemq 11,09
Bagnomq 2,85
Cucina mq 11,60 Soggiorno - Pranzo
mq 21,26
Soggiorno/pranzo 9,54 mq
Angolo cottura4,85 mq
Bagno 3,85 mq
Rip.2,65 mq
Lettomq 9,03
Letto Matrimonialemq 8,46
Bagnomq 2,67
Bagno2,60 mq
Letto Matrimoniale9,80 mq
mq 2,21
mq 1.45
quota cavi = 480 cm
quota cavi = 455 cm
quota cavi = 445 cm
quota cavi = 445 cm (ESTRADOSSATI)
quota cavi = 400 cm (ESTRADOSSATI)
quota cavi = 350 cm (ESTRAD.)
quota cavi = 400 cm
quota cavi = 350 cm
quota cavi = 330 cm2.94
2.67
1.39
1.79
2.63
5.8
8.4
2.371.85
2.46
1.921.99
1.92
69.3
25.7
68.6
5.36.7
7.5
4.00
1.303.10 3.78 3.18
(E)-Parete 1
(F)-Parete 2
(G)-Parete 3
(D)_Testata dx-vic II 2
(L)-Testata sx-vic II 1 (I)-Testata sx-vic II 2
4.031.47 2.27 1.65
3.80
2.57
4.48
(M)-Testata sx-vic III 2
67.9 65.4
2.6
(Q)-Parete 1(P)-Parete 2
(O)-Parete 3(N)-Parete 42.30
2.60
1.26 1.743.77
3.61
2.07
1.63 2.08 1.65
7.3
67.2
59.0
32.7
26.7
64.2
7.2
20.8
80.8
58.5
72.5
22.0
21.2
(C)-Testata dx-vic II 1
88.8
89.9
22.3
78.2
64.8
19.2
19.1
2.761.93 1.55
70.1
19.0
61.4
32.0
16.6
2.4
(H)-Parete 4
64.3
18.32.4
7.5
22.0
27.5
27.6
(S)-Testata dx-vic III 1
3.941.861.83
74.8
13.4
6.0
(R)-Testata dx-vic III 2
(
A
)
-
T
e
s
t
a
t
a
d
x
-
p
a
r
e
t
e
s
x
(
B
)
-
T
e
s
t
a
t
a
d
x
-
p
a
r
e
t
e
c
e
n
t
r
a
l
e
3.6 3
1
.
6
0
2
.
0
0
1
.
4
1
67.0
66.4
22.1
21.7
quota cavi = 660 cm
quota cavi = 500 cm
(T)-Testata sx-vic II 3
2.162.17
75.1
72.1
16.715.8
2.13
1.80
3.0
81.6
83.8
11.9
2.7
(U)-Testata sx-vic III 3
PIANTA PIANO TERRA vico III alla Giudecca
vico II alla Giudecca
via Alagona
Caso studio: Ortigia, Quartiere della Giudecca
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Collasso della parete nel piano
Collasso per taglio
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Collasso della parete nel piano
Collasso per flessione
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OPCM 3274Criteri per la scelta dellintervento
Interventi per eliminare inadeguatezze evidenziate nella fase di rilievo; in particolare vanno eliminati:
- spinte orizzontali- architravi non resistenti a flessione- collegamenti inadeguati tra solai e pareti- elementi a forte vulnerabilit
Correzione di situazioni di forte irregolarit (in termini di rigidezza e/o resistenza) tramite il rinforzo di un numero ridotto di elementi o linserimento di elementi aggiuntivi.
La trasformazione di solai flessibili in solai rigidi comporta una diversa distribuzione delle azioni agenti sulle pareti, che pu rivelarsi favorevole o sfavorevole.
Laumento della capacit deformativa degli elementi sempre favorevole. Nel caso di introduzione di rinforzi locali occorre verificare che questi non riducano la duttilit globale.
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Rinforzo, sostituzione o ricostruzione di parte degli elementi
Iniezionidi malta
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Rinforzo, sostituzione o ricostruzione di parte degli elementi
Lastrecementizie
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Rinforzo, sostituzione o ricostruzione di parte degli elementi
Cuci-scuci
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Modifica dellorganismo strutturalecon aggiunta di nuovi elementi strutturali
Pareti di controvento in acciaio
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Modifica dellorganismo strutturalecon aggiunta di nuovi elementi strutturali
Cordoli e pilastrini in c.a
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Modifica dellorganismo strutturalecon aggiunta di nuovi elementi strutturali
Incatenamenti di volte o di strutture spingenti
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Modifica dellorganismo strutturale
Realizzazione e/o ampliamento di giunti tra corpi di fabbrica
Martellamento tra corpi di fabbrica contigui
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Modifica dellorganismo strutturale
Realizzazione e/o ampliamento di giunti tra corpi di fabbrica
Correzione di irregolarit planimetriche
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Modifica dellorganismo strutturale
Eliminazione di eventualielementi e/o piani deboli
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Modifica dellorganismo strutturale
Riquadraturaaperture
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Modifica dellorganismo strutturale
Irrigidimento dei solai
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Modifica dellorganismo strutturale
Introduzione di un sistema strutturale aggiuntivo in grado di resistere per intero allazione sismica di progetto
Trasformazione di elementi non strutturali in elementi strutturali
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Introduzione di una protezione passiva
Controventi dissipativi Isolamento alla baseCONTROVENTI CON CONTROVENTI CON
LAMELLE IN ACCIAIOLAMELLE IN ACCIAIO
UNITA DISSIPATIVA
CONTROVENTI CON LEGHE A MEMORIA DI FORMA
m1, k1
m2, k2
dissipatori
diaframma rigido
cordolo in c.a.
direzione del terremoto
L2
L1
dissipatori
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Limitazione o cambiamento della destinazione duso
Demolizione parziale o totale
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Modelli di capacit per la valutazione
Pareti murarie
Pressoflessione nel piano Taglio
=
du f.
tlM850
121 0
02
Spostamento ultimo:0.8% dellaltezza del pannello
Vt = l t fvk / mSpostamento ultimo:0.4% dellaltezza del pannello
Si pu assumere lo spostamento ultimo in pressoflessione solo se la resistenza a taglio superiore di almeno il 30% rispetto a quella per pressoflessione.
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Solai
Valutazione di rigidezza e resistenzadei solai in ciascuna delle due direzioni.
I solai possono essere considerati infinitamente rigidi solo se:
in grado di resistere alle forze ottenute dallanalisi, incrementate del 30% (4.11.1.6)
e
le aperture non ne riducono significativamente la rigidezza, se realizzati in c.a., oppure con soletta in c.a. di almeno 50 mm di spessore collegata da connettori a taglio (8.1.5.2).
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Modelli di capacit per il rinforzo
I coefficienti parziali di sicurezza devono corrispondere al livello di conoscenza.
Valutazioni dellefficacia del rinforzo effettuate sulla sola base di dati di letteratura, senza ricorrere a verifiche sperimentali, comporta lutilizzo di coefficienti di sicurezza parziali corrispondenti al livello di conoscenza LC1.
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Edifici semplici
E consentito applicare le norme semplificate per gli edifici semplici di nuova costruzione quando, oltre alle condizioni prescritte al punto 8.1.9, dopo lintervento di adeguamento, risulta verificato quanto segue.
a) Le pareti ortogonali sono tra loro ben collegateb) I solai sono ben collegati alle pareti, per mezzo di tasselli e/o di cordoli
di pianoc) Tutte le aperture sono dotate di architravi dotate di resistenza
flessionaled) Tutti gli elementi spingenti eventualmente presenti sono dotati di
accorgimenti atti ad eliminare o equilibrare le spinte orizzontalie) Tutti gli elementi, anche non strutturali, ad elevata vulnerabilit sono
stati eliminatif) Tutti i solai possano essere considerati infinitamente rigidi e resistentig) Le murature non sono a sacco o a doppio paramento, e in generale di
cattiva qualit e scarsa resistenza (ad es. muratura in foratoni o con spessori insufficienti)
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Per gli edifici di speciale importanza artistica, di cui allart. 16 della legge 2 febbraio 1974, n. 64, consentito derogare da quanto prescritto nelle presenti norme, nei casi in cui ci comporti lesecuzione di interventi incompatibili con le esigenze di tutela e di conservazione del bene culturale.
In tal caso peraltro, richiesto di calcolare i livelli di accelerazione del suolo corrispondenti al raggiungimento di ciascuno stato limite previsto per la tipologia strutturale delledificio, nella situazione precedente e nella situazione successiva alleventuale intervento.
Edifici di speciale importanza artistica
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Considerazioni critiche su alcuni tipi di intervento
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Inserimento di un nuovo solaio latero-cementizio
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Intonaco cementizio armato
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Iniezioni
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Considerazioni conclusive
LOPCM 3274 appare sbilanciata verso la considerazione di meccanismi di tipo globale, e non considera in modo sufficientemente approfondito il collasso per disgregazione della tessitura e il collasso al di fuori del piano.
Non risulta dallOrdinanza il concetto della gerarchia delle modalit di collasso, sul quale oggi si aggregato il consenso dal parte della comunit scientifica.
Riguardo alla modalit di collasso al di fuori del piano, sarebbe opportuno introdurre nella norma il metodo dei meccanismi, che oggi ben consolidato per ledilizia storica e monumentale e che gode di un ampio consenso in ambito scientifico.
Sebbene si tenga conto della possibilit che la trasformazione dei solai da flessibili a rigidi possa essere sfavorevole, lOrdinanza appare ancora sbilanciata in favore dei secondi, come risulta ad es. dalla definizione di edificio semplice.