COSTRUIRE IN LATERIZIO CON ISOLAMENTO SISMICO

SICUREZZA ED EFFICIENZA ENERGETICA PER UNO SVILUPPO SOSTENIBILE

Il Centro Servizi Comunali di Sulmona: Metodica applicativa per una struttura muraria in zona sismica

Roma 8 maggio 2012 Ing. Leopoldo Rossini – Studio SIR Engineering srl PESCARA

Studio Rossini

OBIETTIVO DELL’INIZIATIVA

MUTUABILITA’ DELL’INIZIATIVA PER L’UTILIZZO DELLA MURATURA

PORTANTE ISOLATA SISMICAMENTE

DEFINIRE UNA METODICA PROGETTUALE DI FACILE APPROCCIO

CONCETTUALE

“CANTIERE SCUOLA” PER L’APPRENDIMENTO DELLE TECNICHE

COSTRUTTIVE SIA MURARIE CHE DELL’ISOLAMENTO SISMICO

OBIETTIVO DELL’INIZIATIVA

EDIFICI SICURI DAL PUNTO DI VISTA DEL “DANNO” GRAZIE ALL’INTRODUZIONE DI

ISOLATORI SISMICI

COSTRUZIONE DI EDIFICI CON SCHEMI STATICI “REGOLARI” AFFIDABILI IN PRESENZA

DI EVENTI SISMICI

FACILITA’ DI RECUPERO STRUTTURALE IN CASO DI DANNEGGIAMENTO

GARANZIA DI DURABILITA’

RIDUZIONE PONTI TERMICI

POSA IN OPERA DI UN BLOCCO MURARIO CHE POSSIEDE OTTIME CAPACITA’ DI

RESISTENZA TERMICA

CONTENIMENTO DEI COSTI DI COSTRUZIONE

VANTAGGI LATERIZIO

INTRODUZIONE

UTILIZZO DEL LATERIZIO

RIFERIMENTO NORMATIVO

STRUTTURE

D.M. 14.1.2008 (N.T.C. Norme Tecniche per le Costruzioni

Paragrafi 4.5/7.8/11.10)

STRUTTURE IN MURATURA ORDINARIA ED ARMATA IN ZONA SISMICA

RISPETTARE SEMPLICI PRESCRIZIONI PER

MATERIALI E STRUTTURE PER COSTRUIRE

EDIFICI IN MURATURA (ORDINARIA E/O

ARMATA) IN ZONA SISMICA

CRITERI PROGETTUALI

indicazioni generali per una corretta

concezione strutturale dell’edificio in

relazione al suo comportamento sismico

REQUISITI GEOMETRICI E STRUTTURALI

regole e prescrizioni di dettaglio

INTRODUZIONE

UTILIZZO DEL LATERIZIO

CRITERI PROGETTUALI

RENDERE MINIMA L’ECCENTRICITÀ

FRA CENTRO DELLE MASSE E

CENTRO DELLE RIGIDEZZE DEGLI

ISOLATORI

In particolare:

INTRODUZIONE

UTILIZZO DEL LATERIZIO

REQUISITI GEOMETRICI E STRUTTURALI

Costruzioni fino a 3 piani Costruzioni > 3 piani

Muratura ordinaria Muratura armata

SCELTE STRUTTURALI

IDENTIFICAZIONE STRUTTURA BASE

STRUTTURA MODELLO RIPRODUCIBILE

OBIETTIVO

SCELTA STRUTTURA IN MURATURA ORDINARIA ISOLATA

SISMICAMENTE

COSTRUZIONE DEFINITA COME “SEMPLICE”

SCHEMA FABBRICATO

PIANTA TIPO PROSPETTO

CORPO SCALA

SCELTE STRUTTURALI

IDENTIFICAZIONE STRUTTURA BASE

COSTRUZIONE SEMPLICE PRESCRIZIONI NORMATIVE (N.T.C.)

PER TUTTI GLI EDIFICI IN MURATURA

PARETI STRUTTURALI CONTINUE DA FONDAZIONE A

COPERTURA

INTERPIANO < 3,5 m

NUMERO PIANI < 3 (muraura ordinaria)

PLANIMETRIA INSCRIVIBILE IN UN RETTANGOLO

CON RAPPORTO LATI 1/3

λ = h0 / t < 12

SOVRACCARICO < 3,00 kN/mq

COEFFICIENTE PARZIALE DI SICUREZZA γM = 4.2

PRESCRIZIONI NORMATIVE

REGOLARITÀ IN ALTEZZA

REGOLARITÀ IN PIANTA

PER EDIFICI IN MURATURA IN ZONA SISMICA

INTERASSE PARETI < 7 m PER MURATURA ORDINARIA

TENSIONE MEDIA DI PIANO PER CARICI VERTICALI

σ= N/A < 0,25 fk/ γM

LUNGHEZZA SETTI RESISTENTI > 50% DIMENSIONE

DELLA COSTRUZIONE NELLA DIREZIONE DEI SETTI

CONDIZIONI SUL RAPPORTO TRA AREA DELLA

SEZIONE RESISTENTE DELLE PARETI E SUPERFICIE

LORDA DEL PIANO

PRESCRIZIONI NORMATIVE INVARIANTI EVIDENZIATE

SCELTE STRUTTURALI

IDENTIFICAZIONE STRUTTURA BASE

VANTAGGI

SEMPLIFICAZIONE CALCOLO STRUTTURALE

ISOLAMENTO SISMICO MASSIMI BENEFICI PER COSTRUZIONI POCO DEFORMABILI

LA DEFORMABILITA’ SI ATTRIBUISCE AGLI ISOLATORI

LA STRUTTURA MURARIA E’ UNA STRUTTURA ANAELASTICA CHE SI ADATTA

PERFETTAMENTE ALL’ISOLAMENTO SISMICO

PER GLI EFFETTI SISMICI LA DUTTILITA’ DI UNA STRUTTURA SISMICAMENTE

ISOLATA HA MINORE SIGNIFICATO RISPETTO AD UNA NON ISOLATA

APPLICABILITA’ DEL MODELLO

MODELLO STRUTTURALE SEMPLICE E RIPRODUCIBILE

SISMICAMENTE ISOLATO

dagli ALTI STANDARDS di EFFICIENZA ENERGETICA

QUESTO EDIFICIO “BASE” SI PRESTA AD OSPITARE VARIE ATTIVITA’ ED I

SUOI AMBIENTI SONO ADATTI PER DIVERSE DESTINAZIONI D’USO

APPLICABILITA’ DEL MODELLO

MODELLO STRUTTURALE SEMPLICE E RIPRODUCIBILE

SISMICAMENTE ISOLATO

dagli ALTI STANDARDS di EFFICIENZA ENERGETICA

QUESTO EDIFICIO “BASE” SI PRESTA AD OSPITARE VARIE ATTIVITA’ ED I

SUOI AMBIENTI SONO ADATTI PER DIVERSE DESTINAZIONI D’USO

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9,26

6,30

B

B'

C

C'

AA'

DD

ISOLATORI

SISMICI

A

A'

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9,26

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B

B'

C

C'

AA'

DD

APPLICABILITA’ DEL MODELLO

MODELLO STRUTTURALE SEMPLICE E RIPRODUCIBILE

SISMICAMENTE ISOLATO

dagli ALTI STANDARDS di EFFICIENZA ENERGETICA

QUESTO EDIFICIO “BASE” SI PRESTA AD OSPITARE VARIE ATTIVITA’ ED I

SUOI AMBIENTI SONO ADATTI PER DIVERSE DESTINAZIONI D’USO

A

A'

ADEGUATE

STRATIGRAFIE

NORMATIVA

EDIFICI IN MURATURA IN ZONA SISMICA (N.T.C. Cap. 7.8)

MATERIALI

ELEMENTI IN LATERIZIO CON FORATURA φ < 45%

SETTI PARALLELI AL PIANO DEL MURO CONTINUI E RETTILINEI (interruzioni ammesse solo in

corrispondenza dei fori di presa o alloggiamento murature)

BLOCCHI fbk < 5 MPa (parallelamente alla direzione portante)

BLOCCHI f’bk < 1,5 MPa (perpendicolarmente alla direzione portante)

MALTA fm < 5 MPa

AL FINE DI OTTENERE UN “MODELLO” RIPRODUCIBILE IN MURATURA NON

ARMATA SI DEFINISCONO DA NORMATIVA I SEGUENTI PUNTI INVARIANTI

INVARIANTI NORMATIVE

NORMATIVA

EDIFICI IN MURATURA IN ZONA SISMICA (N.T.C. Cap. 7.8)

LIMITI GEOMETRICI

DISTANZ A MASSIMA TRA I SOLAI = 5,0 m

MURATURA ORDINARIA t > 240 mm λ = h0 / t < 12 l / h’ = 0,4

(h0 = altezza libera d’inflessione; h’ = altezza aperture adiacenti alla parete; l = lunghezza parete)

STRUTTURE MISTE

UTILIZZAZIONE METODI DI ANALISI NON LINEARE

REGOLE DI DETTAGLIO

CORDOLO CONTINUO AD OGNI PIANO ALL’INTERSEZIONE TRA SOLAI E PARETI

INCROCI TRA PARETI PERIMETRALI Lmuro > 1m COMPRESO SPESSORE PARETE ORTOGONALE

APERTURE: ARCHITRAVE RESISTENTE A FLESSIONE AMMORSATO ALLA MURATURA

EDIFICI IN MURATURA CON ISOLAMENTO SISMICO

SOVRASTRUTTURA E SOTTOSTRUTTURA SI MANTENGONO SOSTANZIALMENTE IN CAMPO

ELASTICO; PER I PARTICOLARI COSTRUTTIVI VALGONO LE PRESCRIZIONI PROGETTUALI PER

STRUTTURE IN ZONA 4

ELABORAZIONE DEL MODELLO

IL MODELLO STRUTTURALE E’ ADATTABILE ALLE DIVERSE ESIGENZE

ARCHITETTONICHE E FUNZIONALI

PUNTI FISSI

PRINCIPI COSTRUTTIVI

REGOLARITA’ PIANTA/ALTEZZA

INVARIANTI NORMATIVE

APPLICAZIONE: Centro Servizi Comunali

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A

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B

B'

C

C'

D D

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1 2 3

4 5 6

11

7

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14

15

8

9

10

13

16

9,2

6

6,3

0

B

B'

C

C'

A

A'

D D

PIANTA FONDAZIONI PIANTA IMPALCATO LIVELLO “0”

APPLICAZIONE: Centro Servizi Comunali

PIANTA IMPALCATO LIVELLO “0”

LIVELLO “0” CON TRAVI IN C.A.

GLI APPOGGI PUNTUALI

CORRISPONDONO AGLI ISOLATORI

SISMICI

VANTAGGI

Semplice reticolo di travi realizzato sotto

i muri portanti con impalcato tradizionale

in laterizio

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A

A'

B

B'

C

C'

D D

APPLICAZIONE: Centro Servizi Comunali

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Ø0,40

A

A'

B

B'

C

C'

D D

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A

A'

B

B'

C

C'

D D

PIANTA IMPALCATO LIVELLO “2” PIANTA IMPALCATO LIVELLO “1”

APPLICAZIONE: Centro Servizi Comunali

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A

A'

B

B'

C

C'

D D

PIANTA IMPALCATO LIVELLO “2”

CONTENIMENTO DEGLI SPESSORI

DELLA STRUTTURA PORTANTE

ISOLATA > 30 cm

Per conferire alla struttura alti standards di

efficienza energetica:

SPESSORE MURATURA s = 45cm

APPLICAZIONE: Centro Servizi Comunali

AA'

B

B'

C

C'

D

DB

B'

A

A'

SEZIONE B-B’ SEZIONE A-A’

APPLICAZIONE: Centro Servizi Comunali

A

A'

LA STRUTTURA E’ LIBERA NELLE

OSCILLAZIONI LATERALI

AA'

B

B'

C

C'

D

D

SEZIONE B-B’

APPLICAZIONE: Centro Servizi Comunali

AA'

B

B'

C

C'

D

DA

A'

SEZIONE C-C’ SEZIONE D-D’

A

A'

APPLICAZIONE: Centro Servizi Comunali

SEZIONE C-C’

IL VANO SCALA/ASCENSORE

SEGUE LE OSCILLAZIONI

DELLA STRUTTURA

INDIPENDENZA DALL’INTERA

STRUTTURA DALLE FONDAZIONI

AA'

B

B'

C

C'

D

D

A

A'

APPLICAZIONE: Centro Servizi Comunali

SEZIONE C-C’

AA'

B

B'

C

C'

D

D

L’EDIFICIO E’ REALIZZATO SU

FONDAZIONI A TRAVI ROVESCE

Libertà nella scelta del tipo di fondazioni in

base alle caratteristiche del terreno

A

A'

ANALISI STRUTTURALE

MODELLAZIONE STRUTTURALE

MODELLI DI CALCOLO

F.E.M. (Finite Method Element) S.A.M. (Seismic Analysis of Masonry walls)

ANALISI DINAMICA ELASTICA LINEARE ANALISI STATICA NON LINEARE A MACROELEMENTI

SOFTWARE STRAUS7 SOFTWARE ANDILWall

ANALISI STRUTTURALE

L’IMPIEGO DI ELEMENTI ORTOTROPI PER LA MODELLAZIONE DEI SOLAI CONSENTE

DISTRIBUZIONE SULLE PARETI DEL CARICO VERTICALE TENENDO CONTO DEL COMPORTAMENTO

NON PERFETTAMENTE MONODIREZIONALE DEL SOLAIO

ESATTA VALUTAZIONE DELLA RIGIDEZZA DEI SOLAI NEL PIANO ASSIALE

PANNELLI MURARI ELEMENTI PIANI - 4 NODI – ISOTROPI

SOLAI ELEMENTI PIANI - 4 NODI – ORTOTROPI

TRAVI/PILASTRI/CORDOLI ELEMENTI MONODIMENSIONALI TIPO “BEAM”

ANALISI F.E.M. ELEMENTI FINITI IMPIEGATI

ANALISI STRUTTURALE

CASI DI VINCOLAMENTO

VINCOLI RIGIDI VINCOLI ELASTICI

SI CONSIDERA LA STRUTTURA VINCOLATA

RIGIDAMENTE E CON CONTINUITÀ ALLA

BASE

STRUTTURA VINCOLATA PUNTUALMENTE IN

CORRISPONDENZA DEGLI ISOLATORI AVENTI

PROPRIE CARATTERISTICHE ELASTICHE

Ke = 1,81 kN/mm (rigidezza orizzontale

equivalente)

Kv = 1683 kN/mm (rigidezza verticale)

ANALISI F.E.M.

ANALISI STRUTTURALE

ELABORAZIONI

ANALISI MODALE ANALISI DINAMICA

CON SPETTRO DI RISPOSTA

ANALISI F.E.M.

CARATTERISTICHE SISMICHE DEL SITO

ag = 0,256 g F0 = 2,363 S = 1,338

TB = 0,172 s TC = 0,516 s TD = 2,623 s

q = 1

Coeff. strutt.

ANALISI STRUTTURALE

RISULTATI DELL’ANALISI MODALE

ANALISI CON VINCOLI RIGIDI

ANALISI F.E.M.

MP = 67,4% T= 0,12 s MP =1,6% T= 0,11 s MP =2,0% T= 0,10 s

LA MASSA PARTECIPANTE PER I PRIMI TRE MODI E’ PARI AL 71% E DI CIRCA IL 72% PER I PRIMI 30 MODI

ANALISI STRUTTURALE

RISULTATI DELL’ANALISI MODALE

ANALISI CON VINCOLI ELASTICI

ANALISI F.E.M.

MP = 32,6% T= 1,61 s MP =60,4% T= 1,55 s MP =7,0% T= 1,43 s

LA MASSA PARTECIPANTE PER I PRIMI TRE MODI E’ PARI AL 100%

ANALISI STRUTTURALE

RISULTATI DELL’ANALISI MODALE

INSERIMENTO ISOLATORI SISMICI

ANALISI F.E.M.

AUMENTO DEL PERIODO DI VIBRAZIONE

DI OLTRE 10 VOLTE

CONCENTRAZIONE DELLA MASSA

PARTECIPANTE NEI PRIMI TRE MODI

ANALISI STRUTTURALE

RISULTATI DELL’ANALISI DINAMICA

CON SPETTRI DI RISPOSTA

VENGONO RIPORTATI I RISULTATI RELATIVI ALLA SOLA ANALISI CON VINCOLI ELASTICI

ANALISI F.E.M.

TENSIONI VERTICALI AL PRIMO LIVELLO

GENERATE DAL SISMA IN DIREZIONE X

Si nota una concentrazione di tensione sul vano

ascensore che hanno comunque valori modesti

TENSIONI VERTICALI AL PRIMO LIVELLO

GENERATE DAL SISMA IN DIREZIONE X

Escludendo il vano ascensore dalla

rappresentazione viene messo in evidenza il

massimo valore della tensione nella muratura

ANALISI STRUTTURALE

RISULTATI DELL’ANALISI DINAMICA

CON SPETTRI DI RISPOSTA

VENGONO RIPORTATI I RISULTATI RELATIVI ALLA SOLA ANALISI CON VINCOLI ELASTICI

ANALISI F.E.M.

TENSIONI TANGENZIALI AL PRIMO LIVELLO

GENERATE DAL SISMA IN DIREZIONE X

I valori massimi si concentrano sugli architravi e

si nota comunque una distribuzione abbastanza

uniforme fra le pareti

ANALISI STRUTTURALE

ELEMENTI AD ASSE VERTICALE

Pannelli murari e pilastri in c.a.

ELEMENTI AD ASSE ORIZZONTALE

Cordoli in c.a. e fasce murarie

MODELLAZIONE TRIDEMENSIONALE A MACROELEMENTI

LA STRUTTURA E’ COSTITUITA DA ELEMENTI VERTICALI ED ELEMENTI ORIZZONTALI

STRUTTURA SCHEMATIZZATA COME TELAIO EQUIVALETE COSTITUITO DA

ANALISI S.A.M. MACROELEMENTI

GLI ELEMENTI VERTICALI LINEARI CHE MODELLANO I PANNELLI MURARI SONO COLLEGATI ALLE

TRAVI DI ACCOPPIAMENTO (CORDOLI IN C.A. - FASCE MURARIE) ATTRAVERSO ELEMENTI RIGIDI

ANALISI STRUTTURALE

ANALISI S.A.M. MACROELEMENTI

IL MODELLO STRUTTURALE VIENE

IMPLEMENTATO TRAMITE FILES IN FORMATO

DXF NEI QUALI SONO DEFINITI

MURATURE

CORDOLI

ELEMENTI DI SOLAIO

ANALISI STRUTTURALE

ANALISI S.A.M. MACROELEMENTI

RAPPRESENTAZIONE 3D DEL MODELLO

LA COPERTURA DELL’EDIFICIO NON VIENE

RAPPRESENTATA COME ELEMENTO

INFINITAMENTE RIGIDO NEL PIANO

LE PARETI DELL’ULTIMO PIANO HANNO

ALTEZZA VARIABILE

NEL MODELLO LE PARETI VENGONO INSERITE

CON UN VALORE MEDIO DELL’ALTEZZA

ANALISI STRUTTURALE

ANALISI S.A.M. MACROELEMENTI

RAPPRESENTAZIONE DEL TELAIO EQUIVALENTE

LE PARETI SONO MODELLATE TRAMITE

ELEMENTI LINEARI VERTICALI

LE TRAVI DI ACCOPPIAMENTO CON

ELEMENTI ORIZZONTALI AVENTI ZONE

RIGIDEALL’ESTREMITA’

ANALISI STRUTTURALE

ANALISI S.A.M. ELABORAZIONI

SI ESEGUE UN’ANALISI SISMICA DELLA STRUTTURA

PER TENER CONTO DELLA PRESENZA DEGLI ISOLATORI SI RIDUCE L’ENTITA’

DEL SISMA IN INGRESSO

SI ADOTTANO I SEGUENTI PARAMETRI

ag = 0,05g S = 1,25 TB = 0,15s TC = 0,50s TD = 2,0s

ANALISI STRUTTURALE

ANALISI S.A.M. ELABORAZIONI

RISULTATI ANALISI PUSH OVER SISMA DIREZIONE X

ANALISI STRUTTURALE

ANALISI S.A.M. ELABORAZIONI

RISULTATI ANALISI PUSH OVER SISMA DIREZIONE Y

CONFRONTO ANALISI

ANALISI F.E.M.

TENSIONI VERTICALI NEL PANNELLO SISMA IN DIREZIONE X PRIMO PIANO

CONFRONTO ANALISI

TENSIONI VERTICALI NEL PANNELLO P5

QUESTA DISTRIBUZIONE DI TENSIONI CORRISPONDE AD UN MOMENTO PARI A CIRCA 880kNm

SISMA IN DIREZIONE X PRIMO PIANO

ANALISI F.E.M.

ELEMENTO P5

CONFRONTO ANALISI

ANALISI ANDILWall

TENSIONI VERTICALI NEL PANNELLO P5 SISMA IN DIREZIONE X

LA TABELLA RIPORTA LE SOLLECITAZIONI CALCOLATE A ROTTURA

PRIMO PIANO

IL CONFRONTO ESEGUITO FRA I MOMENTI NEL PIANO (Mip) ALLA BASE DELL’ELEMENTO P5

PORTA AI SEGUENTI RISULTATI

F.E.M Mip = 880 kNm

ANDILWall Mip = 1512 kNm

CONCLUSIONI

Non possiamo non concludere dicendo che la storia del laterizio e’

UNA STORIA LUNGA QUASI QUANTO L’UOMO

L’INDUSTRIA DEL LATERIZIO IN ITALIA E’ UNA REALTA’ TRA

LE PIU’ AVANZATE NEL MONDO

MAGGIORE UTILIZZO DELLE COSTRUZIONI IN MURATURA UNITAMENTE

ALL’IMPIEGO DELLE MODERNE TECNOLOGIE PER LA SICUREZZA

DELLE STRUTTURE

Si ringrazia per la collaborazione SIR Engineering srl

ed in particolare Dott. Ing. Maurilio De Deo

Dott. Ing. Antonella di Vera