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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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ISOLATORI
SISMICI
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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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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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APPLICAZIONE: Centro Servizi Comunali
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PIANTA IMPALCATO LIVELLO “2” PIANTA IMPALCATO LIVELLO “1”
APPLICAZIONE: Centro Servizi Comunali
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A
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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