Prove fuori piano su tavole vibranti su timpani in muratura non armata considerando la flessibilità della copertura

In Europe, many typical low-rise masonry buildings are characterized by unreinforced masonry (URM) walls and various roof designs supported by triangular gables. These buildings, commonly found in earthquake-prone regions, are highly vulnerable to seismic activity. This vulnerability is caused by factors like the high slenderness of the gables, inadequate roof connections, and exposure to amplified seismic forces with minimal overburden loads. The presence of flexible roof diaphragms further aggravates this weakness. However, experimental data on the behaviour of URM gables under seismic loading is limited, as most studies focus on entire buildings rather than on the gables specifically. To address this gap, the ERIES SUPREME project (Seismic Out-of-Plane Response of Masonry Gables) was launched at EUCENTRE Pavia, in collaboration with the University of Pavia, Delft University of Technology (TU Delft), and the Netherlands Organisation for Applied Scientific Research (TNO). The project aims to enhance the understanding of the out-of-plane dynamic behaviour of URM gables. This initiative builds upon previous research carried out by these institutions on the seismic vulnerability of buildings in Groningen, the Netherlands, where shallow earthquakes caused by gas extraction have emphasized the need to address the seismic risks of URM structures that were not originally designed to withstand earthquakes. This thesis presents the results of the ERIES SUPREME project, where experimental tests using two shake tables were conducted on three full-scale brick masonry gables with the aim of studying their out-of-plane (OOP) seismic response. The three gables were subjected to a sequence of incremental input motions, representing two different seismic scenarios: induced and tectonic seismicity. The influence of roof stiffness on the OOP seismic response of the gables was studied by considering three different roof configurations: stiff roof, semi-flexible roof, flexible roof. The stiff roof configuration was simulated by applying the same seismic input to both the upper and lower tables of the 9D LAB, while for the flexible and semi-flexible roof cases, different inputs were used. The latter were derived from numerical studies on the seismic amplification induced by different roof stiffness. The results of the large-scale incremental dynamic test (IDT) series are presented and discussed in terms of damage progression in the walls, collapse mechanisms developed, hysteretic behaviour and capacity of the tested gables. The condition of each specimen at the end of each test was visually inspected and classified according to the definition of damage state limits. All the gables were tested up to reaching the collapse condition. Additionally, material characterization tests were performed to assess the properties of masonry constituents and connections. The experimental results will be used to refine and calibrate existing numerical models, and new tools will be developed for the seismic assessment of unreinforced masonry gables.

In Europa, molti edifici in muratura di bassa altezza sono caratterizzati da pareti in muratura non armata (URM) e da varie configurazioni di tetto sostenute da timpani di forma triangolare. Questi edifici, comunemente presenti in regioni soggette a terremoti, sono altamente vulnerabili all’attività sismica. Questa vulnerabilità è causata da fattori come l’elevata snellezza dei timpani, connessioni inadeguate del tetto e l’esposizione a forze sismiche amplificate con bassi sovraccarichi. La presenza di diaframmi di tetto flessibili aggrava ulteriormente questa debolezza. Tuttavia, i dati sperimentali sul comportamento dei timpani in URM soggetti all’azione sismica sono limitati, poiché la maggior parte degli studi si concentra sugli edifici interi piuttosto che specificamente sui timpani. Per colmare questa lacuna, è stato avviato il progetto ERIES SUPREME (Seismic Out-of-Plane Response of Masonry Gables) presso EUCENTRE di Pavia, in collaborazione con Università di Pavia, Delft University of Technology (TU Delft) e Netherlands Organisation for Applied Scientific Research (TNO). Il progetto mira a migliorare la conoscenza del comportamento dinamico fuori piano dei timpani in URM. Questa iniziativa si basa sulle precedenti ricerche condotte da queste istituzioni sulla vulnerabilità sismica degli edifici a Groningen, nei Paesi Bassi, dove i terremoti superficiali causati dall'estrazione di gas hanno evidenziato la necessità di affrontare i rischi sismici degli edifici in URM non progettati per resistere ai terremoti. Questa tesi presenta i risultati del progetto ERIES SUPREME, in cui sono state condotte prove sperimentali su una doppia tavola vibrante su tre timpani in muratura con mattoni a grandezza naturale, con l'obiettivo di studiare la loro risposta sismica fuori piano (OOP). I tre timpani sono stati sottoposti a una sequenza di input incrementali, assoggettandoli a due diversi scenari sismici: sismicità indotta e tettonica. L'influenza della rigidezza del tetto sulla risposta sismica OOP dei timpani è stata studiata considerando tre diverse configurazioni di tetto: tetto rigido, tetto semi-flessibile e tetto flessibile. La configurazione del tetto rigido è stata simulata applicando lo stesso input sismico sia alla tavola superiore che a quella inferiore del 9D LAB, mentre per i casi di tetto flessibile e semi-flessibile sono stati utilizzati input diversi. Questi ultimi sono stati derivati da studi numerici sull'amplificazione sismica indotta da diverse rigidezze del tetto. I risultati della serie di prove dinamiche incrementali a grande scala (IDT) sono presentati e discussi in termini di progressione del danno nelle pareti, dei meccanismi di collasso sviluppati, del comportamento isteretico e della capacità dei timpani testati. Lo stato di ciascun provino alla fine di ogni prova è stato ispezionato visivamente e classificato secondo la definizione di livelli di danno. Tutti i timpani sono stati testati fino al raggiungimento della condizione di collasso. Inoltre, sono state eseguite prove di caratterizzazione dei materiali per valutare le proprietà dei costituenti della muratura e dei collegamenti. I risultati sperimentali saranno utilizzati per affinare e calibrare i modelli numerici esistenti e verranno sviluppati nuovi strumenti per la valutazione sismica dei timpani in muratura non armata.