Corso di Riabilitazione Strutturaleold 2.2_Muratura...longitudinalmente muri di controvento...

Corso di

Riabilitazione Strutturale

POTENZA, a.a. 2018 – 2019

Strutture in muratura soggette

ad azioni sismiche

Comportamento degli edifici

Dott. Marco VONAScuola di Ingegneria - Università di Basilicata

[email protected]

http://oldwww.unibas.it/utenti/vona/

1. Il comportamento degli edifici

2. Caratteristiche meccaniche di malta e inerti Caratteristiche di resistenza delle murature

CONTENUTI DELLA LEZIONE

3. La trattazione degli edifici esistenti in muratura

8.1 OGGETTO8.2 CRITERI GENERALI8.3 VALUTAZIONE DELLA SICUREZZA8.4 CLASSIFICAZIONE DEGLI INTERVENTI

8.4.1 Intervento di adeguamento8.4.2 Intervento di miglioramento8.4.3 Riparazione o intervento locale

8.5 PROCEDURE PER LA VALUTAZIONE DELLA SICUREZZA E LA REDAZIONE DEIPROGETTI

Le nuove normative tecniche

Le principali caratteristiche delle NTC2008

PROGETTI8.5.1 Analisi storico-critica8.5.2 Rilievo8.5.3 Caratterizzazione meccanica dei materiali8.5.4 Livelli di conoscenza e fattori di confidenza8.5.5 Azioni

8.6 MATERIALI8.7 VALUTAZIONE E PROGETTAZIONE IN PRESENZA DI AZIONI SISMICHE

8.7.1 Costruzioni in muratura .8.7.2 Costruzioni in cemento armato o in acciaio8.7.3 Edifici misti8.7.4 Criteri e tipi d’intervento8.7.5 Progetto dell’intervento

8.1 OGGETTO8.2 CRITERI GENERALI8.3 VALUTAZIONE DELLA SICUREZZA8.4 CLASSIFICAZIONE DEGLI INTERVENTI

8.4.1 Riparazione o intervento locale8.4.2 Intervento di miglioramento8.4.3 Intervento di adeguamento

8.5 PROCEDURE PER LA VALUTAZIONE DELLA SICUREZZA E LA REDAZIONE DEIPROGETTI


Le principali caratteristiche delle NTC2018

PROGETTI8.5.1 Analisi storico-critica8.5.2 Rilievo8.5.3 Caratterizzazione meccanica dei materiali8.5.4 Livelli di conoscenza e fattori di confidenza8.5.5 Azioni

8.6 MATERIALI8.7 PROGETTAZIONE DEGLI INTERVENTI IN PRESENZA DI AZIONI SISMICHE

8.7.1 Costruzioni in muratura .8.7.2 Costruzioni in cemento armato o in acciaio8.7.3 Edifici misti8.7.4 Criteri e tipi d’intervento8.7.5 ELABORATI DEL PROGETTO DELL’INTERVENTO

Le principali caratteristiche delle NTC2018:

− la trattazione degli edifici in muratura in forma “omogenea”,(rispetto alle altre tipologie strutturali) per ciò che concernel’azione sismica, la definizione degli stati limite e la definizionedella duttilità

− l’introduzione di specifiche e verifiche aggiornate, derivate


− l’introduzione di specifiche e verifiche aggiornate, derivatedagli Eurocodici (EC6, EC8)

− il superamento di metodi di calcolo tradizionali (v. POR),caratterizzati da forti limitazioni (ad es. la violazionedell’equilibrio alla rotazione)

− relativamente alla muratura armata, la chiara introduzione delprincipio della gerarchia delle resistenze

Le principali caratteristiche delle NTC2018:

− Qualora le circostanze di cui ai punti precedenti riguardinoporzioni limitate della costruzione, la valutazione dellasicurezza potrà essere effettuata anche solo sugli elementiinteressati e su quelli con essi interagenti, tenendo presente laloro funzione nel complesso strutturale, posto che le mutatecondizioni locali incidano sostanzialmente sul


condizioni locali non incidano sostanzialmente sulcomportamento globale della struttura

− Nella valutazione della sicurezza, da effettuarsi ogni qual voltasi eseguano interventi strutturali di miglioramento oadeguamento di cui al § 8.4, il progettista dovrà esplicitarein un’apposita relazione, esprimendoli in termini dirapporto fra capacità e domanda, i livelli di sicurezzaprecedenti all’intervento e quelli raggiunti con esso

Caratteristiche degli edifici

La resistenza delle pareti a forze agenti nel loro piano è moltomaggiore rispetto alla resistenza alle forze ad essi ortogonali

Lo studio degli edifici inmuratura è generalmente fattocon riferimento alla cellamuraria elementare

L’edificio in muratura deve essere concepito e realizzato come unassemblaggio tridimensionale di muri e solai, garantendo ilfunzionamento SCATOLARE e conferendo quindi l’opportunastabilità e robustezza all’insieme


IL COMPORTAMENTO SCATOLARE

stabilità e robustezza all’insieme

Un edificio in muratura è quindi una struttura complessa in cuitutti gli elementi cooperano nel resistere ai carichi applicati

Data la complessità del comportamento reale delle strutture inmuratura, il progetto e l’analisi strutturale spesso si eseguonointroducendo notevoli semplificazioni

Un criterio frequentemente seguito è quello di considerare



frequentemente seguito quellol’edificio come una serie di elementi “indipendenti”opportunamente assemblati:

−muri con funzione portante e/o di controventamento

−solai per ripartire le azioni tra i muri

Condizioni:

• Solaio rigido

• Pareti scollegate dal solaio e scollegate tra loro

• Solaio collegato ai due pannelli ai quali

Situazioni sfavorevoli

pannelli ai quali appoggia

1) Solaio collegato ai pannelli ortogonali al sisma; le forzesismiche del solaio vengono scaricate sulla sommità dei duepannelli ortogonali all’azione sismica, le forze sismiche deipannelli paralleli al sisma vengono scaricate direttamente a terra

Condizioni:

• Solaio rigido

• Pareti scollegate dal solaio e scollegate tra loro

• Solaio collegato ai due pannelli ai quali appoggia

Situazioni sfavorevoli

pannelli ai quali appoggia

2) Solaio collegato ai pannelli paralleli al sisma; le forze sismichedel solaio vengono scaricate sulla sommità dei due pannelliparalleli all’azione sismica, le forze sismiche dei pannelliortogonali al sisma vengono scaricate direttamente a terra

Condizioni:

• Solaio deformabile

• Pareti collegate al solaio e collegate tra loro

• Solaio collegato solo a due o a tutti e quattro i

Situazioni intermedie

3) I pannelli in direzione ortogonale al sisma sono soggetti alleforze del solaio, applicate in sommità, e alle forze sismicheproprie, distribuite uniformemente. I pannelli in direzioneortogonale scaricano in parte tali forze ai pannelli paralleli alladirezione del sisma

due o a tutti e quattro i pannelli

Condizioni:

• Solaio rigido

• Pareti collegate al solaio ma scollegate tra loro

• Solaio collegato a tutti e quattro i pannelli

Situazioni intermedie

4) Le forze del solaio si scaricano, per effetto della rigidezzalargamente prevalente, sui pannelli paralleli all’azione sismica. Leforze dei pannelli ortogonali, con un funzionamento a traveappoggiata o con vincolo di semi-incastro alle estremità, vengonoper metà scaricate sul solaio che a sua volta le riporta sui pannelliparalleli all’azione sismica

quattro i pannelli

Condizioni:

• Solaio rigido

• Pareti collegate al solaio e scollegate tra loro

Comportamento scatolare ideale

5) Situazione analoga alla precedente per ciò che riguarda iltrasferimento delle forze del solaio ai pannelli paralleli all’azionesismica. I pannelli ortogonali trasmettono le loro forze, oltre cheal solaio, anche ai pannelli paralleli al sisma, mediante un mododi funzionamento a piastra appoggiata o semi-incastrata su tutti equattro i lati, con ulteriore significativa riduzione dellesollecitazioni di flessione

Prove su pareti in scala

Funzionamento di una parete muraria in un edificio

Scarsa duttilità e rapido degrado di resistenza


Quadro di danneggiamento finale


I muri portanti fungono da controvento in direzione parallelaall’azione sismica, in modo tanto più efficace quanto più sonolunghi in pianta

La stabilità alle azioni orizzontali richiede muri disposti secondodue direzioni ortogonali

capacità dei muri di resistere alle azioni orizzontali


La capacità dei muri di resistere alle azioni orizzontali èfavorevolmente influenzata dalla presenza di forze verticalistabilizzanti (in particolare per i muri non armati)

È quindi possibile introdurre una semplificazione a schema“cellulare”, in cui tutti i muri strutturali hanno funzione portante edi controventamento

Requisito fondamentale è quindi che i muri portanti, i muri dicontroventamento e i solai siano efficacemente collegati tra loro.

Tale collegamento può essere realizzato mediante cordoli continuiin cemento armato lungo tutti i muri, all’altezza dei solai di pianoe di copertura, oppure mediante catene


FUNZIONI DEI CORDOLI

Svolgono una funzione di vincolo alle pareti sollecitateortogonalmente al proprio piano, ostacolandone il meccanismo diribaltamento


FUNZIONE DEI CORDOLI

Inoltre, un cordolo continuo in c.a. consente di collegarelongitudinalmente muri di controvento complanari, consentendola ridistribuzione delle azioni orizzontali fra di essi e conferendomaggiore iperstaticità e stabilità al sistema resistente

Parte di queste funzioni erano e sono tuttora svolte negli edifici


Parte di queste funzioni erano e sono tuttora svolte negli edificistorici dalle catene con capochiave, parallele ed adiacenti ai muriperimetrali

Le catene tuttavia sono collegate alle pareti solamente in alcunipunti e non sono dotate di rigidezza flessionale

FUNZIONE DELLE CATENE


Tirantature perTirantature perimpedire ilribaltamento edattivare laresistenza nelpiano dellepareti



Senza cateneCon catene

Accorgimenti da seguire per garantire robustezza e stabilità

I muri paralleli della scatola muraria devono essere collegati fraloro ai livelli dei solai da incatenamenti metallici ad essiortogonali, efficacemente ancorati ai cordoli


La funzione degliincatenamenti ortogonaliortogonaliall’orditura dei solaiunidirezionali è principalmentequella di costituire un ulteriorevincolo all’inflessione fuoridal piano dei muri quandoquesti non siano già caricati equindi vincolati da un solaio diadeguata rigidezza

Accorgimenti da seguire per garantire robustezza e stabilità

I muri ortogonali fra loro devono essere efficacemente ammorsatitra loro lungo le intersezioni verticali, mediante una opportunadisposizione degli elementi


Il buon ammorsamento tra imuri tra l’altro tende arealizzare una maggioreridistribuzione dei carichiverticali fra i muri fra loroortogonali anche nel caso disolai ad orditura prevalente inuna direzione

Organizzazione strutturale

I pannelli murari sono considerati resistenti anche alle azioniorizzontali quando hanno una lunghezza non inferiore a 0,3 voltel’altezza di interpiano

L

Ai fini di un adeguatocomportamento statico e dinamicodell’edificio, tutti le pareti devonoassolvere, per quanto possibile, sia lafunzione portante sia la funzione dicontroventamento

H

Le Malte

Per garantire la durabilità è necessario che i componenti lamiscela non contengano sostanze organiche o grassi o terrose oargillose

Le calci aeree e le pozzolane devono possedere le caratteristichetecniche ed i requisiti previsti dalle vigenti norme

Le prestazioni meccaniche di una malta sono definite mediante laLe prestazioni meccaniche di una malta sono definite mediante lasua resistenza media a compressione fm

La categoria di una malta è definita da una sigla costituita dallalettera M seguita da un numero che indica la resistenza fmespressa in N/mm2 secondo la Tabella 11.10.III

Per l’impiego in muratura portante non è ammesso l’impiego dimalte con resistenza fm < 2,5 N/mm2

Le classi di malte a composizione prescritta sono definite inrapporto alla composizione in volume

Le Malte

rapporto composizione

Gli elementi resistenti in muratura

Gli ELEMENTI RESISTENTI ARTIFICIALI possono esseredotati di fori in direzione normale al piano di posa (foraturaverticale) oppure in direzione parallela (foratura orizzontale)

Gli elementi possono essere rettificati sulla superficie di posa

Gli elementi sono classificati in base alla percentuale di foratura ϕed all’area media della sezione normale di ogni singolo foro f. Ifori sono di regola distribuiti pressoché uniformemente sullafaccia dell’elemento

La percentuale di foratura è espressa dalla relazione ϕ = 100 F/Adove F è l’area complessiva dei fori passanti e profondi nonpassanti A è l’area lorda della faccia dell’elemento di muraturadelimitata dal suo perimetro


Nel caso dei blocchi in laterizio estrusi la percentuale di foraturaϕ coincide con la percentuale in volume dei vuoti come definitadalla norma UNI EN 772-9:2001

(NTC 2018, Tabella 4.5.I.a)


Mattone Pieno: percentuale di foraturanon superiore al 15%

Mattone semipieno: percentuale foraturamaggiore del 15% e non superiore al 45%

Blocco semipieno: percentuale foraturamaggiore del 15% e non superiore al 45%

Blocco forato: percentuale foraturasuperiore al 45% e inferiore al 55%


Elementi in calcestruzzo di area lorda superiore a 580 cm2

È ammesso un foro per l’eventuale alloggiamento di armature, lacui area non superi 70 cm2


È ammesso un foro per l’eventuale alloggiamento di armature, lacui area non superi 70 cm2

cui area non superi 70 cm


Il limite delle dimensioni dei fori è elevato a 0.1 A


Il limite delle dimensioni dei fori è elevato a 0.15 A.

Non sono soggetti a tali limitazioni i fori che verrannointeramente riempiti di calcestruzzo


Classificazione elementi in calcestruzzo

(NTC 2018, Tabella 4.5.I.b)


ELEMENTI NATURALI

Gli elementi naturali sono ricavati da materiale lapideo nonfriabile o sfaldabile e resistente al gelo

Essi non devono contenere in misura sensibile sostanze solubili, oresidui organici devono integri, alterateresidui organici e devono essere integri, senza zone alterate orimovibili

Gli elementi devono possedere i requisiti di resistenza meccanicaed adesività alle malte


NTC 2008, § 4.5.2.3.

Le murature, costituite dall’assemblaggio organizzato ed efficace

di elementi e malta, possono essere a singolo paramento, se la

parete è senza cavità o giunti verticali continui nel suo piano, o a

paramento doppio.

ultimo è possibile considerareIn questo ultimo caso, se non è possibile considerare un

comportamento monolitico si farà riferimento a normative di

riconosciuta validità od a specifiche approvazioni del Servizio

Tecnico Centrale su parere del Consiglio Superiore dei Lavori

Pubblici

Le caratteristiche di resistenza delle murature

Le proprietà fondamentali in base alle quali si classifica unamuratura sono la

−resistenza caratteristica a compressione fk−resistenza caratteristica a taglio in assenza di azione assiale fvk0−modulo di elasticità normale secante E−modulo di elasticità tangenziale secante Gtangenziale

La resistenze caratteristiche fk e fvk0 sono determinatesperimentalmente su campioni di muro o, con alcune limitazioni,in funzione delle proprietà dei componenti

In ogni caso, quando è richiesto un valore di fk maggiore o

uguale a 8 MPa si deve controllare il valore di fk , mediante prove

sperimentali come indicato nel § 11.10 (NTC 2018, §4.5.3)

Lo spessore dei muri portanti non può essere inferiore ai seguentivalori:

−muratura in elementi resistenti artificiali pieni 150 mm−muratura in elementi resistenti artificiali semipieni 200 mm−muratura in elementi resistenti artificiali forati 240 mm−muratura di pietra squadrata 240 mm

Requisiti geometrici delle murature

pietra squadrata

−muratura di pietra listata 400 mm−muratura di pietra non squadrata 500 mm

I fenomeni del secondo ordine possono essere controllati mediantela snellezza convenzionale della parete, definita dal rapporto:

λ = h0 / tdove h0 è la lunghezza libera di inflessione della parete valutatain base alle condizioni di vincolo e t è lo spessore della parete

Criteri di progetto e requisiti geometrici:

1. piante compatte e simmetriche rispetto ai due assi ortogonali

2. orizzontamenti e coperture non spingenti

3. solai ben collegati ai muri e in grado di garantire un adeguato

Criteri di progetto e requisiti geometrici

funzionamento a diaframma

4. distanza massima tra due solai successivi non superiore a 5 m

Le caratteristiche di resistenza delle murature

NTC 2018, § 7.8.1.1

Le costruzioni in muratura devono essere realizzate nel rispetto di

quanto contenuto nelle presenti Norme Tecniche ai §§ 4.5 e

11.10….

In particolare ……. per ciò che concerne le caratteristiche fisiche,

meccaniche e geometriche degli elementi resistenti naturali ed

artificialiartificiali ……..

Il presente paragrafo divide le costruzioni di muratura in:

ordinaria, armata e confinata. …….

Ai fini delle verifiche di sicurezza, è in ogni caso obbligatorio

l’utilizzo del “metodo semiprobabilistico agli stati limite”, salvo

quanto previsto al § 7.8.1.9. I coefficienti parziali di sicurezza per

la resistenza del materiale forniti nel Capitolo 4 possono essere

ridotti del 20% e comunque fino ad un valore non inferiore a 2.

La trattazione degli edifici esistenti in muratura

MECCANISMI LOCALI


MECCANISMI GLOBALI


MECCANISMI LOCALI

Si può far ricorso ai metodi dell’analisi limite dell’equilibrio dellestrutture murarie, tenendo conto, anche se in forma approssimata,della resistenza a compressione, della tessitura muraria, dellaqualità della connessione tra le pareti murarie, della presenza dicatene e tiranti

ANALISI SISMICA GLOBALE

Deve considerare, per quanto possibile, il sistema strutturale realedella costruzione, con particolare attenzione alla rigidezza eresistenza dei solai, e all’efficacia dei collegamenti degli elementistrutturali. Nel caso di muratura irregolare, la resistenza a taglio dicalcolo per azioni nel piano di un pannello in muratura potràessere calcolata facendo ricorso a formulazioni alternative rispettoa quelle adottate per opere nuove, purché di comprovata validità


AGGREGATI

In presenza di edifici in aggregato, contigui, a contatto odinterconnessi con edifici adiacenti, i metodi di verifica di usogenerale per gli edifici di nuova costruzione possono non essereadeguati

Nell’analisi di un edificio facente parte di un aggregato ediliziooccorre tenere conto delle possibili interazioni derivanti dallacontiguità strutturale con gli edifici adiacenti

A tal fine dovrà essere individuata l’UNITÀ STRUTTURALE(US) oggetto di studio, evidenziando le azioni che su di essapossono derivare dalle unità strutturali contigue

In generale è compito del progettista il riconoscimento dellasingola UNITÀ STRUTTURALE

Deve avere continuità da cielo a terra per quanto riguarda il flussodei carichi verticali e, di norma, sarà delimitata o da spazi aperti, oda giunti strutturali, o da edifici contigui strutturalmente ma,almeno tipologicamente, diversi

Unità strutturale

Oltre a quanto normalmente previsto per gli edifici non disposti inaggregato, dovranno essere valutati ulteriori effetti:

−spinte non contrastate causate da orizzontamenti sfalsati diquota sulle pareti in comune con le US adiacenti

−meccanismi locali derivanti da prospetti non allineati

−US adiacenti di differente altezza

L'analisi globale di una singola unità strutturale è soltantoconvenzionale

La verifica di una US dotata di solai sufficientemente rigidi puòessere svolta, anche per edifici con più di due piani, mediantel'analisi statica non lineare, analizzando e verificandoseparatamente ciascun interpiano dell'edificio, e trascurando lavariazione della forza assiale nei maschi murari dovuta all'effetto

Unità strutturale

variazione della forza assiale nei maschi murari dovuta all'effettodell'azione sismica

Con l'esclusione di unità strutturali d'angolo o di testata, cosìcome di parti di edificio non vincolate o non aderenti su alcun latoad altre unità strutturali, l'analisi potrà anche essere svoltatrascurando gli effetti torsionali, nell’ipotesi che i solai possanounicamente traslare nella direzione considerata dell'azione sismica

Nel caso invece di US d’angolo o di testata è comunque ammessoil ricorso ad analisi semplificate, purché si tenga conto di possibilieffetti torsionali e dell’azione aggiuntiva trasferita dalle USadiacenti applicando opportuni coefficienti maggiorativi delleazioni orizzontali

Qualora i solai dell'edificio siano flessibili si potrà procedereall'analisi delle singole pareti o dei sistemi di pareti complanari,

Unità strutturale

all'analisi delle singole pareti o dei sistemi di pareti complanari,ciascuna parete essendo soggetta ai carichi verticali dicompetenza ed alle corrispondenti azioni del sisma nella direzioneparallela alla parete

Le US sono unità omogenee, in genere distinguibili dagli edificiadiacenti per tipologia costruttiva, differenza di altezza, età dicostruzione, sfalsamento dei piani, etc

Definizione di aggregato e posizione edificio

1

AGGREGATO STRUTTURALE 15

1 - EDIFICIO D'ESTREMITÀ7 - EDIFICIO INTERNO6 - EDIFICIO D'ANGOLO


1 -ISOLATO

1 1


1 - EDIFICIO D'ESTREMITÀ7 - EDIFICIO INTERNO6 - EDIFICIO D'ANGOLO


1 -ISOLATO

1 1 1


Differenti fasi costruttiva, altezze, età di costruzione, sfalsamentodei piani

Individuazione macroelementi e possibili cinematismi

Le differenti fasicostruttiva consentono diindividuare gli edifici e didefinire di conseguenzapossibili cinematismi

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