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

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1 Commissione UNI-SC8 Workshop RELUIS UNI "Quali Prospettive per l'eurocodice 8 alla Luce delle Esperienze Italiane" Napoli, 3 aprile 2009 Edifici in muratura di nuova progettazione: recenti sviluppi e possibili ricadute normative Guido Magenes 1 e Claudio Modena 2 1 Università di Pavia, Dipartimento di Meccanica Strutturale 2 Università di Padova, Dipartimento di Costruzioni e Trasporti

2 Sommario della presentazione Confronto tra la recente normativa italiana e l EC8 Cenni ai risultati ottenuti in recenti progetti coordinati Conclusioni

3 Principali differenze tra EC8-1 e NTC 2008 (cap.7) Diversa formulazione dei fattori di struttura q (esplicitazione del rapporto di sovraresistenza e conseguenti valori raccomandati ) EC8-1 non dà chiare indicazioni su come affrontare la verifica per azioni fuori 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

4 9.3 Tipi di costruzione e fattori di struttura Unreinforced masonry in accordance with EN 1996 alone (recommended only for low seismicity cases) Unreinforced masonry in accordance with EN Confined masonry Reinforced masonry Type of construction Behaviour factor q I valori raccomandati sono i limiti inferiori (sottolineati) Se l edificio non è regolare in elevazione, il valore di q della tabella precedente deve essere ridotto del 20%, ma in ogni caso deve essere superiore a q=1.5. Non si parla di rapporto di sovraresistenza

5 Definizione del fattore di struttura q (National Annex) è importante sostenere l impostazione italiana (NTC 08): Tipologia strutturale Costruzioni in muratura ordinaria Costruzioni in muratura armata Costruzioni in muratura armata progettati secondo i principi di gerarchia delle resistenze q 0 2.0α u /α 1 2.5α u /α 1 3.0α u /α 1 Il valore di q=q 0 xk R. Se la costruzione è regolare in elevazione, il valore di K R è pari a 1.0 Se la costruzione è regolare in elevazione, il valore di K R è pari a 0.8 Costruzioni in muratura ordinaria ad un piano α u /α 1 = 1.4 Costruzioni in muratura ordinaria a più piani α u /α 1 = 1.8 Costruzioni in muratura armata ad un piano α u /α 1 = 1.3 Costruzioni in muratura armata a più piani α u /α 1 = 1.5 Costruzioni in muratura armata progettati con GR α u /α 1 = 1.3

6 9.4 Analisi strutturale 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 altri sistemi costruttivi, si può applicare l analisi lineare statica solo se gli edifici sono regolari in elevazione (oltre il rispetto della condizione in cui T 1 4T C e T 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 lineare specificamente per edifici in muratura. L EC8-1 tratta l analisi statica non lineare solo nella parte generale (capitolo 4) e vengono riportate indicazione nell EC8-3 Le NTC 2008 riportano indicazioni precise sull applicazione dell analisi statica non lineare (es limiti deformativi).

7 9.4 Analisi strutturale (segue) 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.

8 I limiti dell analisi elastica lineare Da spettro elastico q 0 Resistenza ultima Crisi del primo elemento FSR FSR 8

9 I limiti dell analisi elastica lineare Quali vie di uscita? Modelli non lineari, anche semplificati. Analisi lineare con ridistribuzione delle forze interne 9

10 Effetto della ridistribuzione delle forze interne Da spettro elastico Resistenza ultima q 0 Crisi del primo elemento FSR FSR 10

11 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), troppo stringente (e senza base scientifica).

12 9.4 Analisi strutturale (ridistribuzione dei tagli) NTC 2008 In caso di solai rigidi, la distribuzione del taglio nei diversi pannelli di uno stesso 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 che il valore assoluto della variazione del taglio in ciascun pannello, V, soddisfi la relazione V max{0,25 V, 0.1 V piano } dove V è il taglio nel pannello e V piano è il taglio totale al piano nella direzione parallela al pannello. Nel caso di solai deformabili la ridistribuzione può essere effettuata solamente tra pannelli complanari collegati da cordoli o incatenamenti ovvero appartenenti alla stessa parete. In tal caso, nel calcolo dei limiti per la ridistribuzione, V piano è da intendersi come la somma dei tagli nei pannelli complanari ovvero appartenenti alla stessa parete.

13 9.5 Criteri di progettazione e regole costruttive In base all EC8, la connessione tra solai e pareti può essere costituita da tiranti in acciaio o cordoli in c.a Requisiti aggiuntivi per la muraturra non armata secondo EN I cordoli orizzontali in c.a. devono essere realizzati con un armatura longitudinale minima pari a 200 mm 2. MOLTO BASSA (Sarebbero necessarie solo 4 barre φ 8 correnti) Non vi è nessuna indicazione sull armatura trasversale minima da disporre nei cordoli in c.a 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 barre non inferiori a 5 mm. La % minima di armatura verticale distribuita nella parete dovrà essere superiore allo 0.08% La percentuale è piuttosto elevata, tenendo conto che è aggiuntiva alla armatura concentrata. Nelle NTC è pari allo 0.05%.

14 9.6 Verifiche di sicurezza Le verifiche di sicurezza allo SLU di ciascun elemento strutturale vanno svolte secondo EC6 (EN ). Problemi: - I criteri di verifica a pressoflessione per azioni nel piano dell EC6 non sono adeguati al caso sismico. Le NTC 2008 propongono al capitolo 7 criteri più semplici ed adeguati, adatti a situazioni in cui la snellezza dei muri non è eccessiva (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 di azione sismica (la verifica è necessaria se le travi di accoppiamento vengono considerate nel modelllo). Le NTC al capitolo 7 forniscono dei criteri (per quanto in 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 alla capacità deformativa (limiti di deformazione). Le uniche indicazioni sono riportate nell EN (edifici esistenti).

15 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 proposti nelle NTC sono ricavati da analisi non lineari)

16 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 (3).b): le pareti resistenti devono garantire un minimo di 2 pareti parallele posizionate in 2 direzioni perpendicolari, la cui lunghezza sia superiore al 30% della lunghezza dell edificio nella direzione della parete considerata (conferimento di rigidezza torsionale adeguata). Condizione troppo restrittiva, la cui origine è dubbia (perchè il 30% e non il 40% o il 20%?) che condiziona molto la progettazione. La condizione (4): Nei casi di bassa sismicità la lunghezza delle pareti richiesta al punto precedente può essere costituita dalla somma delle lunghezze delle pareti resistenti separate da aperture. In questo caso, almeno una parete resistente in ogni direzione deve avere una lunghezza, l, non inferiore a quella corrispondente a 2 volte il valore minimo di l/h. Condizione che non presenta particolari problemi di applicazione

17 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.

18 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

19 Progetto ESECMaSE (FP-6) (Università di Pavia) Force [KN] Envelopes and bilinear curves 250 Cycle 1 Bilinear_cycle 1(+) 200 Bilinear_cycle 1(-) Cycle Bilinear_cycle 2(+) Bilinear_cycle 2 (-) 100 Cycle 3 Bilinear_cycle 3 (+) 50 Bilinear_cycle 3 (-) Displacement [mm]

20 Progetto ANDIL (Università di Padova, ) blocchi rettificati blocchi ad incastro blocchi con tasca TMC(0.27) - Cyclic test 180 H [kn] δ [mm] experimental numerical -180

21 Progetto DISWall (FP-6) (Università di Padova, )

22 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 %) -Ciò nonostante, in base alle simulazioni numeriche svolte a valle delle sperimentazioni è possibile fare riferimento ad un q 0 pari a , da moltiplicare per il rapporto di sovraresistenza (q risultante 2.5-3) Proposed values F MP TGT q q* (q 0 ) OSR (α u /α 1 )

23 Force [KN] Envelopes and bilinear curves 400 Cycle 1 Bilinear_cycle 1(+) 300 Bilinear_cycle 1(-) Cycle 2 Bilinear_cycle 2(+) 200 Bilinear_cycle 2 (-) Cycle Bilinear_cycle 3 (+) Bilinear_cycle 3 (-) δ u,min = 0.25% (D: 2500 mm; H:2600 mm; t: 300 mm) (Wall CL05 ESECMaSE) q 0,min [1.7; 2.2] n-storey one-storey -400 Displacement [mm]

24 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 ).

25 Principali risultati scaturiti dalle ricerche (segue) -Per la muratura armata si confermano valori di q 0 pari a (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 taglio dell Eurocodice (le NTC danno risultati più soddisfacenti) -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.

26 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.

27 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.