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N

ormativa

Flavio Mosele*, Lorenzo Bari*

Strutture mistee fondazioni

negli edificiin muratura portante

Lentrata in vigore del Dm 14/01/2008, Norme tecniche per le costruzioni (Ntc 2008), ha portato

a rivalutare la struttura in muratura portante (ordinaria o armata) come sistema costruttivo impiegabile

per diverse tipologie di edifici di medio-piccola dimensione in alternativa al telaio in calcestruzzo armato

I

l ritorno di interesse per la muratura portante ulterior-mente alimentato dalla rinnovata e ampliata possibilit diadottare strutture miste, introdotte per la prima volta nel DM

16/01/1996 (DM 96). Queste ultime, infatti, permettono direalizzare costruzioni in muratura portante integrata con ele-menti di diversa tecnologia per sopportare i soli carichi verti-cali. Dal punto di vista architettonico, questa soluzione forniscemaggiore libert di composizione, potendosi infatti realizzareporticati o logge esterne e creare ampi spazi interni. Un ulterioreaspetto di interesse per le strutture in muratura portante, che siricollega in un certo senso allargomento delle strutture miste, la possibilit di adottare come fondazione della soprastantestruttura in muraria il piano cantinato o seminterrato in paretidi c.a., senza che questo rientri nel computo dei piani comples-sivi in muratura. Il tipico piano interrato in c.a., generalmente

dedicato agarage, assume cos anche la funzione di fondazionedella struttura in muratura fuori terra. Strutture misteefondazionisi ritengono due argomenti importanti per la realizzazione dicostruzioni in muratura portante adeguatamente concepite e,al tempo stesso, architettonicamente svincolate da limitazionitroppo restrittive. Nel seguito si approfondiscono e chiarisconogli argomenti introdotti, in relazione alla normativa vigente,dando risposta anche alle numerose richieste di chiarimenti re-lative alladozione delle strutture miste e allinterpretazione delleregole inerenti le fondazioni di edifici in muratura portante.

Le strutture miste con pareti in muratura portante

secondo le Ntc 2008Le strutture miste, che nella pratica sono sempre state realizzate equindi verificate (nel campo delle costruzioni di medio-piccoladimensione, raro trovare una struttura per cos dire pura, solo

in c.a. o solo in muratura), vengono regolamentate per la primavolta nellambito delle costruzioni in muratura a livello nazio-nale nel decreto DM 96, cos come accaduto per la muratura

armata. Il concetto della struttura mista comprende organismistrutturali che presentano elementi verticali in muratura e inaltra tecnologia (cemento armato, acciaio, legno, ecc.) dispostialtimetricamente in corrispondenza dello stesso piano, oppuresu piani successivi (come precisato al C7.8.4 della Circolare02/02/2009 inerente le istruzioni per lapplicazione delle Ntc2008). consentito infatti, cos come gi previsto dal decretoDM 96, realizzare lultimo piano di un edificio in muraturaportante con una struttura di differente tecnologia, purch sianorispettate alcune specifiche condizioni indicate al 7.8.4 delleNtc 2008. Tale soluzione strutturale sembra riferirsi, tuttavia, pialla possibilit di sopraelevazione di un edificio in muratura por-

tante che al progetto di nuova costruzione.La maggioranza delle strutture miste con pareti in muratura por-tante rappresentata, infatti, da costruzioni con elementi in altratecnologia disposti altimetricamente allo stesso piano delle mu-rature. In questi casi, la resistenza allazione sismica viene affidataesclusivamente alla struttura muraria, considerata la sua elevatarigidezza rispetto agli elementi in diversa tecnologia, quali peresempio i pilastri in c.a. La rigidezza delle pareti in muratura incampo lineare infatti prevalente nellassorbire le azioni sismi-che. Le Ntc 2008, al 7.8.4, offrono la possibilit di realizzarestrutture miste con pareti in muratura ordinaria o armata, pur-ch la resistenza allazione sismica venga assicurata dagli elementi

di identica tecnologia. Dunque permesso affidare la resistenzaalle azioni orizzontali alle sole pareti in muratura, oppure allesole strutture di altra tecnologia (per esempio pareti in c.a.), ri-spettando le pertinenti regole di progettazione, a seconda dellascelta progettuale. Sulla base dei risultati ottenuti da ricerchecondotte presso alcune universit italiane, le Ntc 2008 estendonoulteriormente la possibilit di impiego di strutture miste rispettoal DM 96, riprendendo le indicazioni a suo tempo introdottenellOpcm 3431 del 03/05/2005. Esse prevedono, infatti, che si

The enforcement of the DM 14/01/2008, Technical standards forconstruction (Ntc 2008), led to re-evaluate the bearing masonrystructure (ordinary or reinforced) as a construction system to beused for different types of buildings of medium- small dimensionsas an alternative to the reinforced concrete frame

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possa anche considerare la collaborazione delle pareti in mura-tura e dei sistemi di diversa tecnologia nella resistenza alle azionisismiche, purch essa venga verificata utilizzando i metodi di

analisi nonlineare, al fine di valutare adeguatamente i diversi con-tributi di elementi caratterizzati da rigidezze, resistenze e capacitdeformative molto differenziate tra di loro (come richiamato al C7.8.4 della Circolare 02/02/2009 inerente le istruzioni perlapplicazione delle Ntc 2008). In questo caso, i collegamentifra gli elementi di diversa tecnologia devono essere verificati,prestando attenzione anche alla compatibilit delle deformazionidegli elementi strutturali stessi.Il ruolo svolto dagli orizzontamenti ai fini della ripartizionedellazione sismica fra i muri di controventamento, richiestoper le costruzioni in muratura portante, fondamentale anchenel caso delle strutture miste. Il solaio rigido nel proprio piano

riesce a trasferire le azioni orizzontali alle pareti in muraturaproporzionalmente alla rigidezza di ciascuna parete: eventualipilastri, dunque, non parteciperanno allassorbimento dellazionesismica; al contrario, il solaio deformabile non ripartisce le azionisismiche, che si distribuiscono sugli elementi verticali in baseallarea di influenza. Nel caso in cui gli orizzontamenti sianorealizzati in legno, essi possono considerarsi rigidi a condizione

che vengano completati con un massetto in c.a. di 5 cm circa,che svolger funzioni anche di isolamento acustico, grazie allau-mentata massa del solaio.

Le strutture miste con pareti in muratura portante: appro-

fondimento e aspetti particolari

Con riferimento allambito di applicazione pratica, come gi ac-cennato la soluzione pi diffusa corrisponde a quella di edifici inmuratura portante perimetrale (ordinaria o armata) con la pre-senza di pilastri in c.a. interni e/o esterni [fig. 1]. Tale soluzionegarantisce flessibilit distributiva interna e libert architettonicaesterna e, al tempo stesso, permette di realizzare un involucro pe-rimetrale in grado di assorbire le azioni sismiche, termo-igrome-tricamente omogeneo (privo di ponti termici dovuti ai pilastri),dotato di elevata inerzia termica e capace di assicurare un elevato

isolamento acustico. Per edifici di medio-piccole dimensioni, lamuratura portante, impiegata come struttura perimetrale inte-grata a pilastri interni e/o esterni, risulta essere una scelta ideale,anche dal punto di vista economico.Per queste tipologie costruttive, in particolare, la normativa ri-chiede in sostanza di realizzare orizzontamenti rigidi, in mododa non fare gravare le azioni sismiche sui pilastri, i quali, pertanto,

1. Realizzazione tipo di strutture miste: muratura armata perimetrale e pilastro interno (a); muratura portante perimetrale e pilastro esterno (b).

2. Pianta tipo di una costruzione in muratura portante(configurazione A, dimensioni in cm).

3. Piante alternative in struttura mista, ottenute a partire dalla pianta tipo(configurazione A)

(a) (b)

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per non partecipare alla resistenza allazione sismica, devonoavere capacit deformative maggiori rispetto alle pareti in mura-tura, rendendo non necessaria la verifica della compatibilit delledeformazioni tra muratura e pilastri. I concetti fin qui espressirisultano essere intuitivi e per certi versi banali. Sembra menobanale approfondire, riprendendo e sviluppando argomenti gitrattati in Ledificio in muratura (G. Righetti, L. Bari, 2aedizione,

Edizioni Bin, 1999), la reale omogeneit della risposta ai cari-chi orizzontali di una struttura mista in funzione della quantitrelativa di elementi in altra tecnologia rispetto alla muratura, in-tendendo per omogeneit ai carichi orizzontali il fatto che essivengano assorbiti esclusivamente da una sola tipologia di sistemacostruttivo: nel caso allo studio, dalle sole pareti in muratura.Per fornire un riferimento utile, rispetto al quale una strutturamista possa essere considerata omogenea piuttosto che mistaai carichi orizzontali, si analizzer nel seguito un esempio pratico,limitandoci alla sola direzione X.La pianta della costruzione riportata in fig. 2, ipotizzando cheabbia tre piani fuori terra, solai rigidi e che sia ubicata in zona 3,

pu essere considerata semplice. Dunque, rispettando le percen-tuali minime di pareti resistenti indicate in tabella 7.8.III delleNtc 2008, essa pu essere realizzata sia muratura ordinaria che inmuratura armata, adeguando lo spessore delle pareti.Sostituendo le pareti X5 e X5A con due pilastri (30x30 cm), siottiene la configurazione B [fig. 3]. La rigidezza percentuale deglielementi in cemento armato rispetto alla rigidezza totale dellastruttura pari a circa lo 0,2%. La struttura, pur essendo mista,rimane omogenea ai carichi orizzontali, che vengono intera-mente assorbiti dalle pareti in muratura. Si osserva che ledificio ancora semplicedato che i carichi verticali portati dai pilastriequivalgono al 5% dei carichi verticali totali. Ci significa, infatti,

che il requisito di avere almeno il 75% dei carichi verticali portatida pareti resistenti alle azioni orizzontali ( 7.8.1.9 Ntc 2008) rispettato. Anche in questo caso, ledificio si pu realizzare sia inmuratura ordinaria che in muratura armata, naturalmente ade-guando lo spessore delle pareti. Con la planimetria C [fig. 3], ot-tenuta eliminando le paretiY4 e Y4A, ledificio non pisemplice

dato che linterasse delle pareti in direzione Y risulta ora esseremaggiore dei 7 m o 9 m, rispettivamente per muratura ordinariae armata. I carichi verticali portati dai pilastri corrispondono al6% del totale e la rigidezza percentuale degli elementi in c.a.rispetto alla rigidezza totale della struttura, in direzione X, risultainvariata rispetto al caso precedente: dunque, la struttura, mistarimane omogenea ai carichi orizzontali. Dato che ledificio

non pi semplice, esso va verificato con unanalisi estesa. Appli-cando lanalisi lineare, la verifica sismica assolta se si impiegauna muratura armata con normali quantit di armatura, mentresi richiede unanalisi nonlineare per verificare la costruzione serealizzata con muratura ordinaria.Sostituendo anche le pareti X6 e X6A, inserendo due pilastri(30x30 cm), si ottiene la configurazione D [fig. 3]. Stavolta icarichi verticali portati dai pilastri corrispondono al 33% deltotale e la rigidezza percentuale degli elementi in c.a. rispettoalla rigidezza complessiva della struttura diventa circa lo 0,6%: lastruttura mista rimane ancora omogenea ai carichi orizzontali.Impiegando unanalisi nonlineare, la verifica estesa positiva se si

adottano quantit medie di armatura (muratura armata), mentrela muratura ordinaria non risulta verificata.Sostituendo, infine, le pareti X9 e X9A, prevedendo due pilastri(30x30 cm) e sostituendo i pilastri X6 e X6A con due setti incemento armato (100x30 cm), si arriva alla configurazione E[fig. 3]. I carichi verticali portati dagli elementi in c.a. diventano,in questo caso, il 40% del totale. La rigidezza percentuale deglielementi in cemento armato, rispetto alla rigidezza totale dellastruttura, raggiunge il 14,5%: la struttura reagisce ai carichi oriz-zontali come una struttura mista. La verifica estesa deve essereeseguita con unanalisi nonlineare, in ogni caso, per tenere contodella interazione tra pareti in muratura armata ed elementi in c.a.

Lesempio sopra illustrato conferma che configurazioni di strut-ture miste, quali B, C e D, sono effettivamente miste per icarichi verticali, mentre si possono ancora considerare omoge-nee rispetto ai carichi orizzontali, che vengono assorbiti quasiesclusivamente dalle pareti in muratura. Solo quando gli ele-menti in c.a. assumono dimensioni confrontabili con quelle della

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4. Esempio di edificio con piano interrato in c.a. avente aperture deigaragee struttura in muratura portante soprastante.Legenda: 1.trave ribassata di elevata rigidezza; 2. setto ver ticale adeguatamente dimensionato alla trave ribassata

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muratura (configurazione E), introducendo dei setti anzich deipilastri, il comportamento strutturale diventa misto anche inrelazione ai carichi orizzontali.Si noti infine come limpiego di unanalisi statica nonlineare per-metta di verificare la struttura che diventa sempre pi complessa,anche quando lanalisi statica lineare fornisca esito negativo.

Le fondazioni negli edifici in muratura portantesecondo le Ntc 2008

La fondazione, o struttura di fondazione, lunit strutturaleche funge da collegamento tra la costruzione in elevazione eil suolo. Essa riveste il ruolo di trasferire a terra le azioni agentisulla costruzione con assoluta sicurezza, garantendo la stabilitdellopera edificata e la compatibilit con le prestazioni richieste.Le Ntc 2008 richiedono infatti, a livello generale, che venga ve-rificata la resistenza degli elementi strutturali che compongonola fondazione ( 6.4.2.1) e di calcolare i valori degli spostamentie delle distorsioni per accertarne la compatibilit con i requisitiprestazionali della struttura in elevazione ( 6.4.2.2).

I criteri generali di progettazione per azioni sismiche ( 7.2.1)precisano, inoltre, che il sistema di fondazione deve essere dotatodi elevata rigidezza estensionale nel piano orizzontale e di ade-guata rigidezza flessionale; gli elementi strutturali delle fonda-zioni, in particolare, devono essere dimensionati sulla base dellesollecitazioni ad essi trasmesse dalla struttura sovrastante e averecomportamento elastico: per questo, non richiedono limpiegodi armature specifiche per ottenere un comportamento dut-tile ( 7.2.5). Le azioni trasmesse dalla struttura in elevazionealle fondazioni vengono valutate considerando le azioni stati-che (verticali) e sismiche: al 7.2.5, le Ntc 2008 indicano cheil dimensionamento delle strutture di fondazione e la verifica

di sicurezza del complesso fondazione-terreno devono essereeseguiti assumendo come azioni in fondazione le resistenze de-gli elementi strutturali soprastanti (questa indicazione viene poiulteriormente chiarita allo stesso punto delle Ntc 2008).Lorganizzazione strutturale della muratura prevede che la fon-dazione ( 4.5.4) possa essere costituita da un cordolo in calce-

struzzo armato disposto alla base di tutte le murature verticaliresistenti. Inoltre, viene data la possibilit di realizzare la primaelevazione con pareti di calcestruzzo armato, previo adeguatocentraggio dei carichi trasmessi alle pareti della prima elevazionee alla fondazione; soluzione, questa, che richiama le strutturemiste, dato che possibile realizzare un primo piano in pareti dic.a., a patto di garantire la continuit verticale della trasmissione

delle azioni. Nellambito della progettazione per azioni sismiche,vengono introdotti due concetti fondamentali per le fondazionidelle costruzioni in muratura ( 7.8.1.8): le strutture di fondazione devono essere realizzate in cemento

armato, secondo quanto indicato al 7.2.5, continue, senza in-

terruzioni in corrispondenza di aperture nelle pareti soprastanti;

qualora sia presente un piano cantinato o seminterrato in pareti

di cemento armato, esso pu essere considerato quale strut-

tura di fondazione dei sovrastanti piani in muratura portante,

nel rispetto dei requisiti di continuit delle fondazioni, e non

computato nel numero dei piani complessivi in muratura.

Mentre il primo concetto di immediata comprensione, il se-

condo pi articolato ed evidenzia lobiettivo del normatoredi avere un comportamento scatolare rigido del piano in c.a.,garantendo alla base di ciascuna parete portante in muraturasoprastante, indipendentemente dalle aperture nella stessa, unelemento strutturale che riesca a fornire una rigidezza adeguatalungo tutta la sua estensione.Si segnala, infine, lapproccio previsto nel caso di costruzioni sem-

plici( 7.8.1.9) per le quali il dimensionamento delle fondazionipu essere effettuato in modo semplificato tenendo conto delletensioni normali medie e delle sollecitazioni sismiche globalideterminate con lanalisi statica lineare. In questo caso, si trattadi verificare a livello globale la struttura, accertando che la ten-

sione media sul piano di fondazione, a cui si deve sovrapporrela distribuzione di tensioni dovute al momento alla base dellastruttura causato dallazione sismica agente sulledificio, risultinon superiore alla tensione sopportata dal terreno. Tale metodo applicabile nellipotesi di monoliticit della sezione di fonda-zione e richiede una verifica della qualit del risultato finale.

5. Schema della risposta sismica globale del piano interrato in c.a. di fondazione, nelle due direzioni principali, con riportata la deformata qualitativa dovuta alle azioni orizzontalidel solaio ed alle coppie di taglio e momento delle ipotetiche pareti in muratura soprastanti.

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Le fondazioni negli edifici in muratura portante:

approfondimento e aspetti particolari

Il posizionamento di una parete portante in muratura su di unatrave della struttura in c.a. del piano interrato o seminterrato difondazione una soluzione, laddove non si possano prevederealternative, che pu essere adottata nel rispetto dei requisiti im-posti dalle Ntc 2008 precedentemente descritti.

Uno dei casi pi ricorrenti sono le aperture per igaragesullepareti perimetrali [fig. 4] che creano, in sostanza, una strutturain c.a. forata, la quale, nel suo insieme, deve fornire una rispostatale da non compromettere il comportamento scatolare rigidodel sistema di fondazione [fig. 5] e garantire deformazioni com-patibili con i requisiti prestazionali della struttura in elevazione,come richiesto dalle Ntc 2008 nel 6.4.2.2.A livello locale, perci, si deve prestare attenzione alle pareti chetrasmettono momento flettente alla trave dellapertura deigarage,assicurando che questa abbia una elevata rigidezza (propriet chefavorisce anche una resistenza adeguata dato che le strutture difondazione devono rimanere in campo elastico) per ridurre le

deformazioni che implicano la rotazione della base della paretein muratura soprastante, che si traduce in uno spostamento insommit della parete stessa, aggiuntivo rispetto a quello previstoin fase di analisi della struttura in elevazione in muratura [fig. 6].Gli elementi verticali che reggono detta trave devono essere di-mensionati conseguentemente per garantire le prestazioni ri-chieste alla trave stessa.Una situazione analoga rappresentata dal caso di muratura por-tante soprastante una trave del primo impalcato della strutturadi fondazione, come rappresentata dalla coppia taglio/momentoevidenziata in fig. 5. Tale soluzione non costituisce un problemaa livello globale per la fondazione: il comportamento scatolare

della fondazione non compromesso, in quanto le azioni oriz-zontali agenti sul primo impalcato della struttura di fondazionevengono ripartite dallimpalcato stesso alle pareti perimetrali. Alivello locale invece, come nel caso precedente, si deve prestareattenzione agli effetti indotti dal momento flettente sulla trave. Sideve dunque, anche in questo caso, realizzare una trave alta perfornire una rigidezza elevata alla base della muratura soprastantee gli elementi verticali che reggono detta trave devono esseredimensionati conseguentemente.

Conclusioni

La strutture miste rappresentano un sistema costruttivoadatto alle costruzioni di medio-piccole dimensioni per ivantaggi economici, di flessibilit distributiva interna e dilibert compositiva esterna che ne derivano. Il principiosu cui si basa la normativa, che affida le azioni orizzontaliagli elementi di identica tecnologia (nel caso specifico, le

pareti in muratura), risulta confermato e coerente con larisposta ai carichi orizzontali della struttura mista. Soloquando le dimensioni degli elementi in c.a. diventanoconfrontabili con quelle delle pareti in muratura, il com-portamento strutturale diventa misto anche in relazioneai carichi orizzontali e risulta dunque necessario svol-gere la verifica con analisi nonlineare (statica o dinamica),come indicato dalle Ntc 2008. Il limite che impone diavere almeno il 75% dei carichi verticali portati da paretiresistenti alle azioni orizzontali, introdotto dalle Ntc 2008per gli edifici semplici, sembra indicare anche un limiteentro cui lanalisi lineare riesce a soddisfare la verifica si-

smica, oltre il quale invece la sola via che rimane lanalisinonlineare, metodo di valutazione, questultimo, da adot-tare obbligatoriamente per tenere conto della collabora-zione, nella resistenza al sisma, tra pareti in muratura por-tante ed elementi di altra tecnologia. Nellambito dellastruttura di fondazione, in generale, emergono due aspettia cui prestare attenzione: il comportamento globale, ossiail comportamento scatolare della fondazione, e il com-portamento locale, quindi la deformazione flettente dellatrave (o pi in generale della parete forata) che regge ilmuro portante. Sia nel caso di parete portante soprastanteallapertura deigarageche in quello di parete portante

poggiante su una trave del primo impalcato della strutturadi fondazione, ladeguato comportamento globale e lo-cale richiesto viene soddisfatto mediante la realizzazionedi una trave alta, retta da adeguati elementi verticali, aformare una parete forata sufficientemente rigida. Si pre-cisa che nelle Ntc 2008 non viene operata distinzione trastrutture di fondazione per muratura ordinaria o per mu-ratura armata. Questultima tuttavia, sviluppando maggioriresistenze e, in particolare, momenti flettenti maggiori econ maggiore rigidezza, richiede la dovuta attenzione nellarealizzazione e dimensionamento degli elementi in c.a. confunzione di fondazione che devono essere rigidi e resistenti,

alla luce delle considerazioni precedentemente esposte.*Consorzio Poroton Italia

Bibliografia essenziale

Nardone F., Verderame G.M., Prota A., Manfredi G., Analisi comparativa su edifici misti in c.a. muratura, Valutazione e riduzione della vulnerabilit sismica di edifici esistenti in c.a., Roma,29-30 maggio 2008 (pubblicazione Reluis).Cattari S., Lagomarsino S., Formulazione di elementi nonlineari per lanalisi degli edifici esistenti astruttura mista muratura-c.a., XII Convegno Anidis LIngegneria sismica in Italia, Pisa, 10 -14giugno 2007.Righetti G., Bari L., Ledificio in muratura, 2aedizione, Edizioni B.I.N., 1999.

6. Dettaglio dello spostamento in sommit della parete in muratura, dovuto alladeformazione flettente della trave dellapertura deigaragealla base della parete stessa.