Seismic assessment of existing masonry buildings: modelling, analysis and verification procedures

Lecture of Sergio Lagomarsino, Professor University of Genoa, Italy.
Ομιλία του καθηγητή Sergio Lagomarsino στην ημερίδα της ERGOCAD με θέμα:
"Σεισμική αποτίμηση υφιστάμενων κτιρίων από φέρουσα τοιχοποιία: διαδικασίας προσομοίωσης, ανάλυσης και ελέγχων".
Η παρουσίαση αυτή πραγματοποιήθηκε στο πλαίσιο της ημερίδας της ERGOCAD, που έλαβε χώρα στο συνεδριακό χώρο του ξενοδοχείου Porto Palace, αμέσως μετά την λήξη του 16ου Ευρωπαϊκού συνεδρίου αντισεισμικής μηχανικής στην Θεσσαλονίκη, στο οποίο η ERGOCAD ήταν επίσημος χορηγός.  
Ο καθηγητής Sergio Lagomarsino ήταν ένας από τους 4 keynote speakers του συνεδρίου. 

---

Περίληψη: Η αποτίμηση υφιστάμενων κτιρίων από φέρουσα τοιχοποιία έναντι σεισμικών δράσεων είναι δύσκολη διαδικασία εξαιτίας της επιλογής αξιόπιστων μαθηματικών προσομοιωμάτων για την ανάλυση πολύπλοκων κτιρίων και ειδικότερα παλαιών κτιρίων τα οποία δεν έχουν σχεδιαστεί με βάση κάποιο κανονισμό. Η ποιοτική προσέγγιση σίγουρα αποτελεί βασικό στοιχείο της γνώσης για την ερμηνεία της σεισμικής συμπεριφοράς, αλλά δεν μπορεί να αντικαταστήσει έναν ποσοτικό έλεγχο ασφαλείας.
Πληροφορίες για τον τρόπο της κατασκευής βασισμένες σε ιστορικές αναφορές, τροποποιήσεις που έγιναν στη διάρκεια ζωής του έργου αλλά και κατασκευαστικές λεπτομέρειες του κτιρίου, μαζί με τα αποτελέσματα από διερευνητικές εργασίες για τις ιδιότητες των υλικών αποτελούν την βάση για την ορθή επιλογή και τον περαιτέρω χειρισμό του στατικού μοντέλου και τους σχετικούς υπολογισμούς.
Η διαδικασία της ανάλυσης θα πρέπει να είναι όσο το δυνατό περισσότερο ακριβής με σκοπό να προβλεφθεί η σεισμική απόκριση ενός φορέα, αλλά την ίδια στιγμή θα πρέπει να χρησιμοποιείται ένα αξιόπιστο και ταυτόχρονα απλό στην προσέγγιση προσομοίωμα. Μέσω της ομιλίας αυτής θα παρουσιαστεί το γενικό πλαίσιο για την αποτίμηση υφιστάμενων κατασκευών από άοπλη φέρουσα τοιχοποιία εστιάζοντας σε συγκεκριμένα σημεία.
Η αποτίμηση βασίζεται στην αξιολόγηση της καθολικής σεισμικής απόκρισης, με κυριότερη την εντός επιπέδου αντοχή των τοίχων καθώς και τον έλεγχο τοπικών μηχανισμών οι οποίοι σχετίζονται με την εκτός επιπέδου συμπεριφορά των τοίχων και των επιμέρους τμημάτων αυτών.
Για την καθολική ανάλυση, η pushover ανάλυση (μη γραμμική) αποτελεί την πιο αξιόπιστη μέθοδο και παράλληλα την πιο εύκολα εφαρμόσιμη μέσω της οποίας έχουμε τα εξής πλεονεκτήματα με την προϋπόθεση ότι:
Α) Το μοντέλο λαμβάνει υπόψη την δυσκαμψία των διαφραγμάτων
Β) Χρησιμοποιούνται συγκεκριμένα κριτήρια αστοχίας για τους πεσσούς και τα υπέρθυρα, τα οποία εξαρτώνται από τον τύπο της τοιχοποιίας (κανονική ή μη κανονική μορφή)
Γ) Οι οριακές καταστάσεις σχεδιασμού προσδιορίζονται από συνδυασμό ελέγχων σε καθολικό και τοπικό επίπεδο. Κατά τη διάρκεια της παρουσίασης περιγράφονται οι προτάσεις που έχουν κατατεθεί από τον ομιλητή στην αρμόδια επιτροπή για την πιθανή αναθεώρηση του Ευρωκώδικα 8, μέρος 3 (Αποτίμηση της φέρουσας ικανότητας και ενισχύσεις υφιστάμενων κτιρίων) καθώς οι αντίστοιχες λειτουργίες που θα προστεθούν για το σκοπό αυτό στο πρόγραμμα 3muri.

ABSTRACT: The seismic assessment of existing masonry buildings is a difficult task due to the complexity of reliable models, particularly in the case of older non-engineered ones. The qualitative approach is an essential element of knowledge for the interpretation of the seismic behaviour but cannot replace a quantitative security check. As-built information, based on historical notes on transformation and the survey of constructive details, together with the results of investigation on material properties, are the basis for the choice and calibration of the structural models with which to carry out the verifications. Modelling and analysis procedures should be as accurate as possible in catching the actual seismic response, but at the same time robust and practice-oriented. This lecture offers a general framework for the assessment of existing unreinforced masonry buildings and is focused on some distinctive features. The assessment is based on the evaluation of the global seismic response, relying on the in-plane resistance of masonry walls, and the verification of possible local mechanisms, related to out-of-plane behaviour of walls substructures.
For the global analysis, the nonlinear static (pushover) analysis is the most accurate and, at the same time, the easily applicable method, provided that:
a) modelling takes into account the diaphragms stiffness;
b) specific failure criteria are considered for masonry piers and spandrels, depending on the masonry type (with regular or irregular pattern);
c) the limit states are identified by a combination of global and local checks.
​The proposals for the possible update of Eurocode 8, Part 3 (Assessment and retrofitting of existing buildings), will be presented, showing the corresponding potential features of the program Tremuri.

Sergio Lagomarsino is professor of Structural Engineering at the University of Genoa, since 2000. He has been President of the Master Degree Course on Architectural Engineering, Deputy Dean of the Faculty of Engineering and Director of the PhD course on Structural and Geotechnical Engineering. He is the author of many papers in international journals and chapters of scientific books on the following topics: seismic assessment of existing structures, nonlinear modelling of masonry structures, preservation of monumental buildings and historical centres, seismic risk and vulnerability analysis. He delivered invited lectures at many International Conferences and Seminars. He coordinated the European project PERPETUATE (www.perpetuate.eu) on the seismic assessment and protection of cultural heritage assets, as well as many other national projects. He sits on the editorial boards of “International Journal of Architectural Heritage" and of “Earthquakes and Structures”; he was Guest Editor of the Special Issue “Performance-Based Assessment of Cultural Heritage Assets: Outcomes of the European Project PERPETUATE” of the Bulletin of Earthquake Engineering, 13(1), 2015. He has served in the drafting panels of the Italian seismic code and the Italian Guidelines for cultural heritage in seismic areas. At present he is member of the Project Team 3 that is working on the revision of Eurocode 8 “Design of structures for earthquake resistance” - Part 3: “Assessment and retrofitting of buildings”. He has developed, together with co-workers, the software program TREMURI for the static and dynamic nonlinear analysis of masonry buildings. He has developed the survey form for post-earthquake damage assessment of ancient churches, used by the Italian Civil Protection Department and, at research level, in other countries, such as Portugal and New Zealand.