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MURATURA PORTANTE IN ZONA SISMICA Sistemi costruttivi Sistemi costruttivi con blocchi in laterizio e diverse tipologie di giunto con blocchi in laterizio e diverse tipologie di giunto Progettazione Progettazione & Normativa Normativa Blocco ad incastro Blocco rettificato con giunto sottile Blocco con tasca di malta

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MURATURA PORTANTE IN ZONA SISMICA

Sistemi costruttivi Sistemi costruttivi con blocchi in laterizio e diverse tipologie di giuntocon blocchi in laterizio e diverse tipologie di giunto

ProgettazioneProgettazione &

NormativaNormativa

Blocco ad incastro

Blocco rettificato con giunto sottile

Blocco con tasca di malta

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MURATURA PORTANTE IN BLOCCHI DI LATERIZIO CON DIVERSE TIPOLOGIE DI GIUNTO

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Il presente documento ha lo scopo di fornire al progettista i criteri ed i parametri basilari per la progettazione e la verifica di strutture in muratura portante, realizzata con blocchi in laterizio assemblati con diverse tipologie di giunto, in zona sismica nel rispetto delle indicazioni dell’Allegato 2 - Edifici - all’O.P.C.M. n. 3274 del 20/03/2003 “Norme tecniche per il progetto, la valutazione e l’adeguamento sismico degli edifici”, come modificato dall’O.P.C.M. n. 3431 del 03/05/2005, che costituisce anche un riferimento per la realizzazione degli obiettivi di sicurezza fissati nel D.M. 14/09/2005 “Norme Tecniche per le Costruzioni”. L’O.P.C.M. n. 3431, che ha classificato come sismico tutto il territorio nazionale, stabilisce che in zona sismica i giunti verticali debbano essere riempiti con malta e che l’impiego di murature diverse da quelle previste è ammesso previa verifica sperimentale. Una specifica ricerca, finalizzata allo studio sperimentale della mu-ratura portante realizzata con di-verse tipologie di giunti verticali ed orizzontali, è stata condotta

nell’ambito di una convenzione tra l’ANDIL Assolaterizi e l’Università di Padova. La sperimentazione, svolta secondo le modalità ordina-rie di prova previste nel D.M. ‘87 e

dall’Eurocodice 6, ha prodotto importanti informazioni per il completamento dei data-base na-zionali e per la calibrazione delle formulazioni di progetto.

I tre sistemi di muratura portante indagati sono:

• Muratura con blocchi rettificati per assemblaggio con strati sottili di malta, TM • Muratura con blocchi ad incastro, TG • Muratura con blocchi con tasca di malta, Po

Da sinistra a destra: blocco rettificato (TM), blocco ad incastro non rettificato (TG) e blocco con tasca verticale (Po).

Sulla base dei risultati della speri-mentazione, sviluppata dai ricerca-toti del Dipartimento di Costru-zioni e Trasporti dell’Università di Padova, vengono illustrate, nella prima parte del documento, diverse utili indicazioni funzionali alle re-gole per l’applicazione

dell’Ordinanza n. 3274 del 20/03/2003 e successivi aggiorna-menti. Nella seconda parte, è pro-posta una scheda tecnica, che per ciascuna tipologia di muratura te-stata (TM, TG e Po) mette a dispo-sizione una serie di parametri (con lo standard di prova) relativi sia ai

blocchi e giunti impiegati sia ai muretti. I parametri riportati nella scheda rappresentano tutti i requi-siti (geometrici, fisici e meccanici) essenziali alla progettazione e veri-fica sismica degli edifici con strut-tura portante in muratura realizzata con i sistemi testati.

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------- Prima parte -------

In relazione al capitolo 8, EDIFICI CON STRUTTURA IN MURATURA dell’Allegato 2 - Edifici- all’Ordinanza n. 3274, come modificato dall’O.P.C.M. n. 3431 del 03/05/2005, si riportano di seguito commenti e spiegazioni in merito ad alcuni dei paragrafi che più da vicino interessano i risultati della sperimentazione sui sistemi di muratura in oggetto. I. MATERIALI

Nel paragrafo 8.1.2 Materiali si fa riferimento a disposizioni relative ad una tipologia di muratura, nor-mata anche dal D.M. ‘87 sulle co-struzioni in muratura, con giunti (orizzontali e verticali) interamente riempiti di malta. Questo preciso riferimento scaturisce dal fatto che gran parte delle ipotesi di calcolo si basano su validazioni sperimentali relative a muratura con giunti di malta integralmente riempiti di malta. Tuttavia si precisa che “l’utilizzo di materiali o tipologie murarie aventi caratteristiche diverse rispetto a quanto specificato deve essere supportato da adeguate prove sperimentali che ne

giustifichino l’impiego”, ammettendo, così, l’impiego di materiali o tipolo-gie diverse, quali ad esempio quelle a blocchi ad incastro o a giunti sottili, la cui idoneità è garantita da opportuna documentazione speri-mentale. In tale contesto, risulta rilevante la verifica sperimentale del compor-tamento meccanico per azioni nel piano delle murature portanti, realizzate con blocchi di lateri-zio semipieni assemblati con diverse tipologie di giunti verti-cali ed orizzontali, svolta presso l’Università di Padova. In partico-lare è stata affrontata l’analisi del

comportamento a taglio, mediante prove standard di compressione diagonale e di scorrimento su tri-plette e con prove non armonizzate di compressione e taglio, eseguite in modalità ciclica e monotona. I ri-sultati, i cui valori salienti sono sintetizzati nella scheda tecnica ripor-tata nella seconda parte di questo documento, hanno mostrato che tutte le tipologie di muratura testate presentano un comportamento adeguato sotto carichi di compres-sione monoassiale e le prove di resistenza a taglio hanno consentito di ottenere parametri utili per la progettazione delle murature.

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II. FATTORE DI STRUTTURA

Nel paragrafo 8.1.3 Modalità costrut-tive e fattori di struttura viene intro-dotto il fattore di struttura (o di comportamento) q da adottare nell’ANALISI ELASTICA LINEARE. Secondo numerosi studi (vedasi ad esempio Fajfar P. 1999, Capacity spectrum method based on inelastic de-mand spectra. Earthquake Engineering & Structural Dynamics, 28, 979-993), q vale:

q = Rμ Rs dove:

• Rμ , è il “Fattore di riduzione delle forze” dovuto alla dis-sipazione di energia e al comportamento non-lineare

del sistema strutturale og-getto dell’analisi;

• Rs , è il “Fattore di sovraresi-stenza”, legato alla configu-razione strutturale e fissato nell’OPCM 3431 come rap-porto, αu/α1, tra il 90% del moltiplicatore della forza si-smica orizzontale per il quale, mantenendo costanti le altre azioni, l'edificio raggiunge la massima forza resistente, ed il moltiplicatore della forza sismica orizzontale per il quale, mantenendo costanti le altre azioni, il primo pa-nello murario raggiunge la sua resistenza ultima.

I valori di q per edifici in muratura ordinaria possono variare tra 2,1 (edificio non regolare in elevazione ed a un piano) e 3,6 (ed regolari in elevazione a 2 o più piani). La scheda tecnica, nella parte seconda, contiene i valori del fattore q che sono, prudenzialmente, assunti pari al fattore di riduzione delle forze Rμ (con Rs=1). Tali valori possono, quindi, essere utilizzati per i diversi tipi di muratura testata, indipendentemente dal tipo di struttura, e che derivano dalle analisi dinamiche condotte durante la ricerca e descritte più ampiamente nel report finale della convenzione.

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III. ANALISI STATICA LINEARE

Nel paragrafo 8.1.5.2 Analisi statica lineare, per la rigidezza fessurata è consigliato l’utilizzo di un valore pari al 50% di quello che deriva dal seguente calcolo. La rigidezza effettiva, calcolata alla De Saint Venant, vale:

dove: α = 0,83 in condizioni di vincolo con doppio incastro;

α = 3,33 in condizioni di vincolo a mensola; G ed E sono i moduli a taglio ed elastico (desunti sperimentalmente per i sistemi oggetto della presente documento e riportati nella scheda tecnica); h ed l l'altezza e lunghezza del muro; A la sezione orizzontale lorda.

IV. ANALISI STATICA NON LINEARE

Nel paragrafo 8.1.5.4 Analisi statica non lineare, il comportamento non lineare dei pannelli murari viene caratterizzato attraverso un MODELLO BILINEARE: “elastico-perfettamente plastico”. Il mo-dello teorico bilineare equivalente per rottura a pressoflessione si basa sulla resistenza (media) a

compressione della muratura, quello per rottura a taglio si basa sulla resistenza (media) a taglio della muratura, secondo le formule 8.2 e 8.3, del paragrafo 8.2.2 Verifi-che di sicurezza. Con i valori di resi-stenza del maschio murario, desu-mibili sulla base della geometria dello stesso, sulla base dei carichi

agenti, e sulla base dei valori di resistenza della muratura desunti analiticamente o sperimentalmente, si ricava il tratto orizzontale della bilineare. Attraverso la rigidezza in fase elastica, determinata come descritto al punto (III) precedente, si ottiene la pendenza della parte elastica della curva bilineare.

Comportamento elastico-perfettamente plastico del pannello murario: a) a flessione; b) a taglio.

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La limitazione alla fase 'plastica' di comportamento è dettata dalla normativa, che fissa il drift (rap-porto tra lo spostamento oriz-zontale e l'altezza del muro, du/h) allo 0,8% per rotture a flessione ed allo 0,4% per rotture a taglio.

Ovviamente questi limiti imposti dalla normativa sono teorici e comunque cautelativi. In questo caso, lo scopo della sperimentazione è di verificare se i valori di drift sperimentali superino questi limiti nominali, e quindi il comportamento

reale dei pannelli possa essere rappresentato da quello teorico con un sufficiente grado di affidabilità.

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------- Seconda parte -------

RICERCA SPERIMENTALE SUL

“COMPORTAMENTO MECCANICO PER AZIONI NEL PIANO DI MURATURE REALIZZATE CON DIVERSE TIPOLOGIE DI GIUNTO”

La ricerca, condotta presso l’Università di Padova, è scaturita dal contesto normativo nazionale ed europeo che indirettamente limita o sottopone ad alcune condizioni l’utilizzo di sistemi di muratura attuali. Infatti, se i giunti di malta non sono conformi, ovverosia hanno spessore minore di 5 mm, oppure non ricoprono l’intera superficie del blocco, oppure sono realizzati mediante incastro meccanico con assemblaggio a secco, non possono essere utilizzate le tabelle (riprese dalle recenti Norme Tecniche per le Costruzioni) che il DM 20/11/87 fornisce per la determina-zione della resistenza caratteristica a compressione e a taglio della muratura. L’Ordinanza PCM 3431 stabilisce che in zona sismica i giunti verticali debbano essere riempiti con malta e che l’impiego di murature diverse è ammesso previa verifica sperimentale. Nei chiarimenti forniti in data 08/08/2003 dal Dipartimento della Protezione Civile alla prima versione dell’Ordinanza, l’OPCM 3274, tale principio è ribadito. Inoltre, è esplicitamente affermato che nel caso di blocchi conformati per l’assemblaggio con giunto verticale a secco è opportuno ricorrere a prove sperimen-tali che consentano di determinare anche “…la stabilità della risposta sotto cicli alterni e quindi la duttilità”. Inoltre, l’attuale la normativa europea, nell’Eurocodice 8, stabilisce che saranno le appendici nazionali a selezionare quale tipologia di muratura possa essere utilizzato nelle zone sismiche di ciascun paese [EN 1998-1, 2005], mentre nell’Eurocodice 6 fornisce formule basate sulle proprietà dei materiali per la determinazione della resistenza caratteristica di ognuno dei tipi di muratura portante in relazione alle tipologie di giunto orizzontale e verticale, e stabilisce che esse po-tranno essere determinate alternativamente sulla base di data-base nazionali [EN 1996-1-1, 2006]. Le diverse tipologie di muratura portante analizzate all’interno della sperimentazione descritta sono le seguenti: muratura confezionata con blocchi rettificati ad incastro e giunti sottili (TM), muratura confezionata con blocchi ad incastro e giunti di malta orizzontali ordinari (TG), muratura confezionata con blocchi conformati con una tasca verticale per riempimento con malta e giunti orizzontali ordinari (Po). Quest’ultima tipologia di muratura, dato che la tasca verticale di malta ricopre tutta l’altezza del blocco e si estende per oltre il 40% della larghezza dello stesso, può essere considerata, secondo l’Eurocodice 6 [EN 1996-1-1/2006], alla stregua di una muratura con giunti verti-cali riempiti. Le tre tipologie di muratura sono state realizzate utilizzando blocchi di caratteristiche analoghe e malte premiscelate pronte per l’uso. La fase sperimentale si è avviata con un’accurata preparazione e costruzione dei cam-pioni da testare. Oltre alla caratterizzazione dei materiali di base, per la quale sono state eseguite circa 150 prove, sono state svolte per tutte le tipologie di muratura allo studio prove su assemblaggi di piccole dimensioni per la determinazione delle proprietà dell’interfaccia tra blocco e malta (in tutto 70 prove, comprendenti prove di scorri-mento e di trazione sul giunto orizzontale). Le prove su elementi di grandi dimensioni, per la valutazione del com-portamento meccanico dei sistemi costruttivi allo studio per azioni agenti nel piano della muratura, hanno compreso sei prove di compressione monoassiale e sei di compressione diagonale per ogni tipologia di muratura testata e cin-que prove di compressione e taglio per ogni tipologia, di cui una condotta in modalità monotona e le altre quattro condotte in modalità ciclica, per un totale di 51 campioni testati. I parametri ottenuti dalle prove sperimentali sono stati impiegati per la modellazione numerica dei sistemi di mura-tura testati. Le curve cicliche sperimentali di carico-spostamento sono state riprodotte mediante un modello anali-tico semplificato in grado di seguire il degrado di rigidezza al procedere dei cicli. Tale modello è caratterizzato da una curva di inviluppo simmetrica sulla quale si basa la costruzione dei cicli isteretici. Il modello isteretico scelto è stato impiegato per svolgere analisi dinamiche non-lineari su sistemi ad un grado di libertà con prefissata duttilità ultima, utilizzando gruppi di 10 accelerogrammi generati numericamente dagli spettri di risposta forniti dalla nuova normativa italiana (OPCM 3431/2005). Le analisi condotte hanno avuto come obiettivo la definizione della risposta del sistema per un intervallo di periodi naturali compreso tra 0.15 s e 0.5 s, che caratterizza la fase elastica degli edi-fici in muratura portante, allo scopo di stimare, per i diversi sistemi di muratura considerati, il fattore di riduzione dei carichi Rμ, legato alla dissipazione di energia dei differenti sistemi di muratura.

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SCHEDA TECNICA PER BLOCCHI IN LATERIZIO

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SCHEDA TECNICA PER BLOCCHI IN LATERIZIO

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Spiegazione dei simboli e dei termini usati e dei valori forniti

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CONCLUSIONI La sperimentazione dei tre sistemi costruttivi in laterizio, sinteticamente presentata in questo documento, ha

supportato e attestato la validità di impiego, ai sensi dell’art.8.1.2 dell’Allegato 2 - Edifici - all’O.P.C.M. n. 3274

del 20/03/2003 e sue successive modifiche ed integrazioni (O.P.C.M. 3431/05), dei blocchi rettificati

con giunti sottili, dei blocchi ad incastro e dei blocchi con tasca di malta per la costruzione di muratura

portante in zona sismica, secondo i criteri e le regole di progettazione, di analisi e di verifica contenute

nell’ordinanza stessa.

Dei risultati ottenuti dalla ricerca, i parametri riportati nella SCHEDA TECNICA di pag.7 costituiscono i

requisiti (geometrici, fisici e meccanici) essenziali alla progettazione e alla verifica sismica degli edifici con

struttura portante in muratura realizzata con i sistemi testati.

I valori forniti possono essere adottati per l’analisi delle strutture in muratura ordinaria in conformità

all’O.P.C.M. 3274 e s.m.i..

La Ricerca sperimentale sul “COMPORTAMENTO MECCANICO PER AZIONI NEL PIANO DI MURATURE

REALIZZATE CON DIVERSE TIPOLOGIE DI GIUNTO”, conclusasi nel gennaio 2006, è stata condotta

nell’ambito di una convenzione di ricerca tra l’ANDIL Assolaterizi e l’Università di Padova.

Le prove sperimentali sono state eseguite presso il Laboratorio Prove su Materiali del Dipartimento

di Costruzioni e Trasporti dell’Università di Padova.

Responsabile scientifico: Prof. Ing. Claudio Modena

Gruppo di lavoro: Dr. Ing. Francesca da Porto (coordinamento), Ing. Enrico Garbin, Dr. Ing.

Manuel Grendene, Ing. Flavio Mosele

Il presente documento è stato redatto a cura dell’Ing. Alfonsina Di Fusco della Divisione Tecnologica - Area R&S - di ANDIL Assolaterizi in collaborazione con l’Ing. Francesca da Porto, Ricercatrice presso l’Università di Padova.

ASSOCIAZIONE NAZIONALE DEGLI INDUSTRIALI DEL LATERIZIO ANDIL Assolaterizi - Via Alessandro Torlonia, 15 – 00161 ROMA

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