Edifici in muratura di nuova progettazione: Edifici in muratura di nuova progettazione: recenti sviluppi e possibili ricadute recenti sviluppi e possibili ricadute

normativenormative

Workshop RELUIS Workshop RELUIS –– UNI UNI "Quali Prospettive per l'"Quali Prospettive per l'EurocodiceEurocodice 8 alla Luce delle Esperienze Italiane" 8 alla Luce delle Esperienze Italiane"

Napoli, 3 aprile 2009Napoli, 3 aprile 2009

Guido Magenes1 e Claudio Modena2

1Università di Pavia, Dipartimento di Meccanica Strutturale2Università di Padova, Dipartimento di Costruzioni e Trasporti

Commissione UNI-SC8

• Confronto tra la recente normativa italiana e l’EC8• Cenni ai risultati ottenuti in recenti progetti coordinati• Conclusioni

Sommario della presentazione

• Diversa formulazione dei fattori di struttura q (esplicitazione del rapporto disovraresistenza e conseguenti valori “raccomandati”)

• EC8-1 non dà chiare indicazioni su come affrontare la verifica per azionifuori piano (sembra addirittura trascurarla, concentrandosi sugli “shear walls”)

• Sono dati diversi limiti alla ridistribuzione delle azioni (nell’analisi lineare)• Analisi statica non lineare: maggiori restrizioni nel caso delle NTC,

mancanza di indicazioni operative in EC8-1 (è necessario rifarsi a EC8-3)• Criteri per la verifica di resistenza: alcuni dei criteri proposti in EC6 non

sono adeguati al caso sismico (pressoflessione).• Indicazioni per edifici “semplici”• Diversi “valori raccomandati” per i NAD sono irrazionali e se adottati

renderebbero la progettazione in muratura impraticabile

Principali differenze tra EC8-1 e NTC 2008 (cap.7)

1.5Unreinforced masonry in accordance with EN 1996 alone (recommended only for low seismicity cases)

2.5 - 3.0Reinforced masonry2.0 - 3.0Confined masonry1.5 - 2.5Unreinforced masonry in accordance with EN 1998-1

Behaviour factor qType of construction

• I valori raccomandati sono i limiti inferiori (sottolineati)

• Se l’edificio non è regolare in elevazione, il valore di q della tabella precedentedeve essere ridotto del 20%, ma in ogni caso deve essere superiore a q=1.5.

• Non si parla di rapporto di sovraresistenza

9.3 Tipi di costruzione e fattori di struttura

2.0αu/α1Costruzioni in muratura ordinaria

3.0αu/α1Costruzioni in muratura armata progettati secondo i principi di gerarchia delle resistenze

2.5αu/α1Costruzioni in muratura armata

q0Tipologia strutturale

• Il valore di q=q0xKR. Se la costruzione è regolare in elevazione, il valore di KR è pari a 1.0Se la costruzione è regolare in elevazione, il valore di KR è pari a 0.8

• Costruzioni in muratura ordinaria ad un piano αu/α1 = 1.4 • Costruzioni in muratura ordinaria a più piani αu/α1 = 1.8 • Costruzioni in muratura armata ad un piano αu/α1 = 1.3• Costruzioni in muratura armata a più piani αu/α1 = 1.5 • Costruzioni in muratura armata progettati con GR αu/α1 = 1.3

• Definizione del fattore di struttura q (National Annex) è importante sostenerel’impostazione italiana (NTC 08):

• Non ci sono indicazioni relative a come valutare l’azione sismica ortogonale al piano dei muri (nelle NTC 2008 si danno indicazioni)

• Anche per gli edifici in muratura, come per gli edifici realizzati con gli altrisistemi costruttivi, si può applicare l’analisi lineare statica solo se gli edificisono regolari in elevazione (oltre il rispetto della condizione in cui T1 ≤ 4TC e T1≤ 2.0 s)

• Le NTC 2008 consentono l’applicazione dell’analsisi lineare statica anche per edifici in muratura non regolari in elevazione

• Nell’EC8-1 capitolo 9 non si danno indicazioni per l’analisi statica non linearespecificamente per edifici in muratura. L’EC8-1 tratta l’analisi statica non lineare solo nella parte generale (capitolo 4) e vengono riportate indicazionenell’EC8-3

• Le NTC 2008 riportano indicazioni precise sull’applicazione dell’analisi staticanon lineare (es limiti deformativi).

9.4 Analisi strutturale

• Nel capitolo 4, l’EC8 consente l’analisi statica non lineare “a meccanismi di piano” (POR e derivati) nel caso di edifici con numero di piani non superiore a 3 e nel caso in cui il rapporto h/l delle pareti resistenti sia in media inferiore ad 1 (comportamento dominato dal taglio)

• Le NTC 2008 non menzionano l’analisi statica non lineare a meccanismi di piano (l’OPCM sì).

• Nell’EC8 non viene fatto nessun riferimento alle strutture miste (es. muratura + c.a.) e ai metodi di analisi da utilizzare su queste strutture.

• Nelle NTC 2008 si riportano indicazioni su come trattare questa tipologia.

9.4 Analisi strutturale (segue)

8

Da spettro elastico

Crisi del primo elemento

Resistenza ultima

q0

FSRFSR

I limiti dell’analisi elastica lineare

9

• Modelli non lineari, anche semplificati.

• Analisi lineare con ridistribuzione delle forze interne

I limiti dell’analisi elastica lineare

Quali vie di uscita?

10

Da spettro elastico

Crisi del primo elemento

Resistenza ultima

q0

FSRFSR

Effetto della ridistribuzione delle forze interne

9.4 Analisi strutturale (ridistribuzione dei tagli)

9.4.6) - EC8 -La distribuzione del taglio nei diversi pannelli, come ottenuto dalla analisi

lineare, può essere ridistribuita tra i pannelli alle condizioni seguenti:a) L’equilibrio globale sia rispettato (il modulo e la posizione della forza

risultante di piano restino invariati)b) Il taglio in ogni pannello non sia nè ridotto più del 25%, nè aumentato

più del 33%c) Le conseguenze della ridistibuzione sui diaframmi sia tenuta in

considerazione

La ridistribuzione delle forze, come qui definita, è di fatto inutile nella maggior parte dei casi a causa della limitazione b), troppostringente (e senza base scientifica).

NTC 2008In caso di solai rigidi, la distribuzione del taglio nei diversi pannelli di unostesso piano risultante dall’analisi lineare può essere modificata, a condizione che l’equilibrio globale di piano sia rispettato (il modulo e la posizione della forza risultante di piano restino invariati) e a condizione cheil valore assoluto della variazione del taglio in ciascun pannello, ∆V, soddisfi la relazione

∆V ≤ max{0,25|V|, 0.1|Vpiano|}

dove V è il taglio nel pannello e Vpiano è il taglio totale al piano nelladirezione parallela al pannello. Nel caso di solai deformabili la ridistribuzione può essere effettuatasolamente tra pannelli complanari collegati da cordoli o incatenamentiovvero appartenenti alla stessa parete. In tal caso, nel calcolo dei limiti per la ridistribuzione, Vpiano è da intendersi come la somma dei tagli nei pannellicomplanari ovvero appartenenti alla stessa parete.

9.4 Analisi strutturale (ridistribuzione dei tagli)

• In base all’EC8, la connessione tra solai e pareti può essere costituita da tiranti in acciaio o cordoli in c.a..

9.5.2 Requisiti aggiuntivi per la muraturra non armata secondo EN 1998-1• I cordoli orizzontali in c.a. devono essere realizzati con un’armatura longitudinale

minima pari a 200 mm2. MOLTO BASSA (Sarebbero necessarie solo 4 barreφ 8 correnti)

• Non vi è nessuna indicazione sull’armatura trasversale minima da disporre neicordoli in c.a.

9.5.4 Requisiti aggiuntivi per la muratura armata• Devono essere predisposte barre di diametro non inferiore a 4 mm piegate

intorno alle barre verticali alle estremità delle pareti Le NTC indicano barrenon inferiori a 5 mm.

• La % minima di armatura verticale distribuita nella parete dovrà essere superioreallo 0.08% La percentuale è piuttosto elevata, tenendo conto che è aggiuntivaalla armatura concentrata. Nelle NTC è pari allo 0.05%.

9.5 Criteri di progettazione e regole costruttive

• Le verifiche di sicurezza allo SLU di ciascun elemento strutturale vannosvolte secondo EC6 (EN 1996-1-1). Problemi:

- I criteri di verifica a pressoflessione per azioni nel piano dell’EC6 non sonoadeguati al caso sismico. Le NTC 2008 propongono al capitolo 7 criteri piùsemplici ed adeguati, adatti a situazioni in cui la snellezza dei muri non èeccessiva (come è imposto dai requisiti della tabella 7.8.II). I criteri delle NTC sono analoghi ai criteri proposti nell’EC8 parte 3 (edifici esistenti).

- I metodi di verifica delle travi in muratura dell’EC6 sono inadeguati nel caso diazione sismica (la verifica è necessaria se le travi di accoppiamento vengonoconsiderate nel modelllo). Le NTC al capitolo 7 forniscono dei criteri (per quantoin corso di verifica).

- Non ci sono indicazioni relative alle verifiche di sicurezza nel caso di analisi non lineari (in particolare analisi statiche non lineari), ad esempio relativamente allacapacità deformativa (limiti di deformazione). Le uniche indicazioni sono riportatenell’EN 1998-3 (edifici esistenti).

9.6 Verifiche di sicurezza

• Tabella 9.3 (National Annex) I valori “raccomandati” in EC8 sono senza senso (ricavati daanalisi elastiche); I valori proposti nelle NTC sono ricavati da analisi non lineari)

9.7 Regole per “edifici semplici”

• Tabella 9.3 (National Annex) I valori “raccomandati” in EC8 sono senza senso(ricavati da analisi elastiche) I valori delle NTC 2008 sono più razionali(ricavati da analisi non lineari)

• La condizione 9.7.2.(3).b): le pareti resistenti devono garantire un minimo di 2 pareti parallele posizionate in 2 direzioni perpendicolari, la cui lunghezza siasuperiore al 30% della lunghezza dell’edificio nella direzione della pareteconsiderata (conferimento di rigidezza torsionale adeguata).

Condizione troppo restrittiva, la cui origine è dubbia (perchè il 30% e non il40% o il 20%?) che condiziona molto la progettazione.

• La condizione 9.7.2.(4): Nei casi di bassa sismicità la lunghezza delle paretirichiesta al punto precedente può essere costituita dalla somma delle lunghezzedelle pareti resistenti separate da aperture. In questo caso, almeno una pareteresistente in ogni direzione deve avere una lunghezza, l, non inferiore a quellacorrispondente a 2 volte il valore minimo di l/h.

Condizione che non presenta particolari problemi di applicazione

9.7 Regole per “edifici semplici”

9.7 Regole per “edifici semplici” (segue)

Quanto richiesto dalle NTC in merito ai requisiti di lunghezza dei muri è meno vincolante dal punto di vista della progettazione architettonica:

“In ciascuna delle due direzioni siano previsti almeno due sistemi di pareti di lunghezza complessiva, al netto delle aperture, ciascuno non inferiore al 50% della dimensione della costruzione nella medesima direzione. Nel conteggio della lunghezza complessiva possono essere inclusi solamente setti murari che rispettano i requisiti geometrici della Tab. 7.8.II. La distanza tra questi due sistemi di pareti in direzione ortogonale al loro sviluppo longitudinale in pianta sia non inferiore al 75 % della dimensione della costruzione nella medesima direzione (ortogonale alle pareti). Almeno il 75 % dei carichi verticali sia portato da pareti che facciano parte del sistema resistente alle azioni orizzontali.”

• EC8-1 non richiede alcuna verifica approssimata della compressione media verticale. Le NTC richiedono questa verifica.

Recenti sviluppi

A partire dal 2004 ha ripreso quota la ricerca sperimentale nel campo della muratura strutturale per le nuove costruzioni:

- Progetti coordinati europei (ESECMaSE, DISWall)

- Progetti finanziati dall’industria (produttori blocchi laterizio, produttori blocchi AAC…)

Elementi di novità:

- Nuove normative sismiche (EC8, OPCM 3274)

- Nuovi sistemi costruttivi: blocchi rettificati e giunti sottili, uso di giunti verticali a secco…

Progetto ESECMaSE (FP-6) (Università di Pavia)

Envelopes and bilinear curves

-250

-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

250

-15.0 -10.0 -5.0 0.0 5.0 10.0 15.0

Displacement [mm]

Forc

e [K

N]

Cycle 1Bilinear_cycle 1(+)Bilinear_cycle 1(-)Cycle 2Bilinear_cycle 2(+)Bilinear_cycle 2 (-)Cycle 3Bilinear_cycle 3 (+)Bilinear_cycle 3 (-)

Progetto ANDIL (Università di Padova, 2004-06)

blocchi ad incastro blocchi con tascablocchi rettificati

TMC(0.27) - Cyclic test

-180

-150

-120

-90

-60

-30

0

30

60

90

120

150

180

-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5

δ [mm]

H [kN]

experimentalnumerical

Progetto DISWall (FP-6) (Università di Padova, 2006-08)

Principali risultati scaturiti dalle ricerche-I limiti di deformabilità nel caso di rotture per taglio sono più bassi dello 0.4% per alcune tipologie di muratura non armata (drift ultimi pari a 0.2-0.25%)

-Ciò nonostante, in base alle simulazioni numeriche svolte a valle delle sperimentazioni è possibile fare riferimento ad un q0 pari a 1.5-1.75, da moltiplicare per il rapporto di sovraresistenza (q risultante 2.5-3)

1.701.701.70OSR (αu/α1)

1.501.751.75q* (q0)2.503.003.00qTGTMPFProposed values

1.701.701.70OSR (αu/α1)

1.501.751.75q* (q0)2.503.003.00qTGTMPFProposed values

q0,min∈ [1.7; 2.2]

n-storey

one-storey

(D: 2500 mm; H:2600 mm; t: 300 mm)

(Wall CL05 ESECMaSE)Envelopes and bilinear curves

-400

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

-8.0 -6.0 -4.0 -2.0 0.0 2.0 4.0 6.0 8.0

Displacement [mm]

Forc

e [K

N]

Cycle 1Bilinear_cycle 1(+)Bilinear_cycle 1(-)Cycle 2Bilinear_cycle 2(+)Bilinear_cycle 2 (-)Cycle 3Bilinear_cycle 3 (+)Bilinear_cycle 3 (-) δu,min = 0.25%

Principali risultati scaturiti dalle ricerche (segue)

- Sembra esserci un effetto delle dimensioni dei campioni di prova sui risultati, in particolare per quel che riguarda la capacità deformativa ultima (le prove su campioni di dimensioni maggiori tendono a mostrare maggiore fragilità)

-Le capacità deformative variano sensibilmente a seconda dei materiali (laterizio vs. calcestruzzo con inerti leggeri vs. AAC vs. silicato di calcio…..) e anche all’interno dello stesso materiale, a seconda della tipologia di blocco e di costruzione (giunti vericali a secco…).

Principali risultati scaturiti dalle ricerche (segue)

-Per la muratura armata si confermano valori di q0 pari a 2.5-3.0 (il valore più alto nel caso di progettazione con la gerarchia delle resistenze).

-Si conferma per la muratura armata la necessità di modificare le formule di resistenza a tagliodell’Eurocodice (le NTC danno risultati piùsoddisfacenti)

-E’ possibile sviluppare dei metodi di verifica razionali per pressoflessione fuori del piano, specifici per la muratura armata, tenendo conto dei fenomeni geometrici del secondo ordine.

Commenti conclusivi- A differenza dell’EC8-3, si ritiene che per quanto riguarda le murature sia possibile introdurre modifiche all’EC8-1, senza alterarne significativamente l’organizzazione ed impostazione.

- La diversità di comportamento tra diverse tecniche murarie e la continua evoluzione tecnologica sembra richiedere una differenziazione di alcuni parametri di riferimento per la progettazione (ad es. limiti di deformazione, fattore di struttura)

- Sembra opportuno puntare ad un sistema normativo in cui si definiscano dei protocolli per la qualifica dei sistemi costruttivi relativamente all’impiego in campo sismico, in modo che non venga ostacolato lo sviluppo di nuove tecnologie, mantenendo un controllo rigoroso dei livelli prestazonali e di sicurezza.

Commenti conclusivi

- Il sistema di verifica basato sull’analisi lineare con fattore di struttura q e verifiche in resistenza presenta una serie di limitazioni che potrebbero essere superate puntando a verifiche basate sul controllo delle deformazioni. Questo consentirebbe di superare le incongruenze legate all’uso contemporaneo di fattori di sovraresistenza e di limiti alla ridistribuzione delle azioni interne. (Obiettivo per la “prossima generazione di normative”?)

-Ovviamente l’uso dell’analisi non lineare non è soggetto a questo tipo di problematiche

-L’uso di una metodologia di progetto e verifica basata sul controllo delle deformazioni consentirebbe di affrontare coerentemente anche il progetto e la verifica delle strutture miste.