Muratura portante in laterizio: regola dell arte e innovazione

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1 Università degli Studi di Firenze Facoltà di Architettura Tecnologia dell Architettura prof.ssa Paola Gallo e prof. Carlo Cosimo Buccolieri Muratura portante in laterizio: regola dell arte e innovazione arch. prof. Adolfo F. L. Baratta Università degli Studi di Firenze Firenze, 05 marzo 2012

2 Struttura lineare e struttura puntiforme La struttura in elevazione, ovvero l insieme degli elementi costruttivi che assicurano la stabilità delle costruzioni mediante la loro capacità di resistere ai carichi e alle azioni esterne e di trasmetterle alle fondazioni, consente di classificare la struttura in lineare o puntiforme: la combinazione tra le due è detta struttura mista. Cordolo Trave di bordo Orditura del solaio Muro portante Muro di controvento Trave principale Pilastro 02 Struttura lineare AA.VV. L atlante delle murature, UTET, Torino 1998 Struttura puntiforme

3 Vincoli di una struttura lineare I criteri progettuali generali per edifici in muratura sono i seguenti: a. le piante delle costruzioni debbono essere quanto più possibile compatte e simmetriche rispetto a due assi ortogonali; b. le murature, al lordo delle aperture, devono avere continuità in elevazione fino alla fondazione, evitando murature in falso; c. le strutture costituenti orizzontamenti e coperture, non devono essere spingenti; d. i solai devono assolvere, oltre alla funzione portante dei carichi verticali, anche quella di ripartizione delle azioni orizzontali tra le pareti strutturali, pertanto devono essere ben collegati ai muri e garantire un adeguato comportamento a diaframma; e. le strutture di fondazione devono essere realizzate in calcestruzzo armato, senza interruzioni in corrispondenza di aperture nelle pareti soprastanti. Qualora sia presente un piano interrato-seminterrato, i setti in calcestruzzo armato possono essere considerate quale struttura di fondazione dei sovrastanti piani in muratura portante. 03

4 Vincoli di una struttura lineare In zona sismica 4 sono ammesse murature realizzate con blocchi a giunto verticale ad incastro, blocchi rettificati, blocchi con giunti orizzontali di malta interrotti. Lo spessore minimo delle murature resistenti al sisma deve essere di almeno 24 cm (20 cm in siti ricadenti in zona 4). La snellezza massima delle murature (rapporto tra spessore della muratura e lunghezza libera di inflessione) è pari a 15. Nel caso di costruzioni semplici, ciascun muro costituente parte del sistema resistente deve essere intersecato da altri muri ad esso perpendicolari ad interasse non superiore a 7,0 m (9,0 m nel caso di muratura armata). In corrispondenza di incroci tra murature portanti perimetrali sono prescritte, su entrambi i lati, zone di parete muraria di lunghezza non inferiore a 1,0 m, compreso lo spessore del muro trasversale: per la muratura armata è possibile derogare a tale requisito. Classificazione sismica del territorio nazionale [O.P.C.M. n. 3274/03]

5 Faccia a vista: tessitura muraria Texture di facciate in laterizio. 05

6 Il mattone La tecnica della muratura, dal latino muris, è caratterizzata dalla disposizione ordinata di elementi di dimensioni più o meno piccole e per lo più uniforme: le misure proposte dall UNI sono un valido riferimento dimensionale per la progettazione delle murature in elementi pieni. Taglio, foglio o piatto Chiave, punta o testa Lista, fascia o coltello Mattone UNI 5628/65 Dimensioni 12,0x5,5x25,0 cm Volume cm 3 Massa volumica kg/m 3 Peso 3,0 kg ca. (da 2,5 a 3,4 kg) Reazione al fuoco classe 0 Res. compressione > 50,0 N/mm 2 06

7 Faresin & Faresin Edificio residenziale, Stradella dei Stalli (VI) Per un architettura durevole e di qualità, Casabella, Milano, n. 806 (ottobre 2011), p. XVIII

8 Classificazione degli elementi per muratura Con i termini mattoni e blocchi di laterizio si indicano elementi per muratura portante e non portante, distinguendo i mattoni dai blocchi in base al volume ovvero: 1. mattoni, elementi di volume non superiore a cm 3 ; 2. blocchi, elementi di volume superiore a cm 3. Nel D.M , Norme tecniche per la progettazione, esecuzione e collaudo degli edifici in muratura e per il loro consolidamento, gli elementi resistenti, idonei cioè a realizzare murature portanti, sono quelli che presentano una percentuale di foratura φ minore (45%<100 F/A 55%): l elemento con foratura superiore al 55% non viene preso in considerazione in quanto non è utilizzabile per murature portanti. φ = 100 F/A φ = percentuale di foratura; F = area complessiva dei fori; A = area lorda della faccia Pieno φ 15% f 9 cm 2 Semipieno 15% <φ 45% f 12 cm 2 Non adatto per Forato strutture portanti 45% <φ 55% f 15 cm 2 08

9 Classificazione degli elementi per muratura Mentre la vecchia norma classificava gli elementi in laterizi per murature per volume e percentuale di foratura, nella recente norma UNI EN i mattoni (e i blocchi) sono classificati in: 1. low density (LD), elementi con massa volumica asciutta lorda fino a kg/m 3 ; 2. high density (HD), elementi con massa volumica asciutta lorda superiore a kg/m 3. 09

10 Office da Padiglione Art Center, Tongxian (RC)

11 Office da Padiglione Art Center, Tongxiang (RC)

12 Slade Architecture Pixel House, Paju Kyonggido (ROK)

13 Monk Architecten Sala musicale, Wijk en Aalbung (NL)

14 Monk Architecten Sala musicale, Wijk en Aalbung (NL) 2005 Dettagli della muratura in laterizio: si noti il giunto di dilatazione. Posa in opera di elementi in laterizio su un rivestimento a cappotto. 14

15 Cino Zucchi Edificio residenziale D ex Junghans, Venezia (I) 2002 Pianta piano tipo. 15

16 Cino Zucchi Edificio residenziale D ex Junghans, Venezia (I) Legenda 1. Pavimentazione in cotto; 2. Malta di allettamento; 3. Massetto alleggerito; 4. Isolante acustico; 5. Trave; 6. Pignatta in laterizio; 7. Tavellone in laterizio; 8. Intonaco interno; 9. Mattone pieno in laterizio; 10. Isolante termico; Forato in laterizio; 12. Intonaco esterno; 13. Cornice in pietra d Istria; 14. Infisso in legno. 16

17 Il blocco Il blocco, di dimensioni maggiori rispetto a quelle del mattone, è caratterizzato da una grande varietà morfologica: può essere a sezione parallelepipeda chiusa (rettangolare o quadrata) o aperta (a T, a L, ecc.), con facce piane o sagomate (scanalature o incastro), con elementi speciali per la realizzazione di particolari costruttivi (angoli, architravi, mazzette, ecc.). Setto interno 0,8 cm Setto esterno 1,0 cm Foro Foro di presa Dimensioni variabili Volume > cm 3 Massa volumica kg/m 3 Peso variabile (da 1,7 a 12,8 kg) Reazione al fuoco classe 0 Res. compressione 15,0-50,0 N/mm 2 17 Incavo laterale Rigatura

18 Le tipologie di murature e pareti Muratura pluristrato Murature monostrato Muratura a cassetta Muratura a cassa vuota 18

19 Gli incroci murari I blocchi ad incastro sono realizzati con una dentatura di precisione nei giunti di testa che consente un incastro un incastro fra gli elementi e allo stesso tempo elimina i giunti di malta verticali. Così come per le murature in piccoli elementi, anche le murature in blocchi devono prestare una particolare attenzione agli incroci murari. 19 A fori verticali A fori orizzontali

20 Il laterizio alleggerito in pasta Il laterizio alleggerito in pasta o alveolato o porizzato è un innovazione degli anni Sessanta-Settanta: la novità è favorita dalla crisi energetica di quegli anni, che permette di ottenere degli alveoli, fra loro non comunicanti, diffusi uniformemente nella massa di argilla. La dimensione dei grani, che in fase di cottura vengono combusti lasciando vuota la sede occupata, non deve essere superiore a 2,5 mm. La densità del laterizio è mediamente di 1.600, ,0 kg/m 3 : con l alleggerimento tale valore scende a 450,0-800,0 kg/m 3. Gli additivi maggiormente utilizzati per la creazione di tali alveoli sono la segatura, il polistirolo espanso, il fango di cartiera e le fibre di carta oltre agli scarti di carbone. Dimensioni variabili Volume > cm 3 Massa volumica kg/m 3 Peso variabile (da 6,6 a 13,5 kg) Reazione al fuoco classe 0 Res. compressione 15,0-30,0 N/mm 2 20

21 Giancarlo De Carlo Edificio residenziale, Venezia (I) 1994 I colori tipici delle case dell isola di Burano. 21

22 Giancarlo De Carlo Edificio residenziale, Venezia (I)

23 Giancarlo De Carlo Edificio residenziale, Venezia (I)

24 Peter Ebner e Franziska Ullmann Residenza, Bergheim (A)

25 Peter Ebner e Franziska Ullmann Residenza, Bergheim (A)

26 La muratura cava La muratura cava rappresenta una variante della doppia parete: la differenza risiede negli elementi resistenti trasversali che legano il paramento esterno a quello interno, incrementandone la rigidezza trasversale. A seconda delle modalità di collegamento si possono avere cavità continue o discontinue. La muratura a diaframma costituisce una variante semplificata della muratura cava: sono costituiti da due pareti di spessore contenuto, a distanza significativa, collegate tra loro da setti murari trasversali. La stabilità è determinata dalla forma: per distribuire in maniera opportuna i carichi sulla struttura verticale è necessario collegare i due paramenti con un cordolo continuo di larghezza pari allo spessore complessivo della muratura. Muratura cava a cunicoli Muratura cava a labirinto Muratura a diaframma 26

27 Brock Carmichael Associated Deposito di locomotive, Preston (UK)

28 La muratura a sacco Il muro a sacco, conosciuto già negli ultimi secoli prima di Cristo e adottato successivamente con risultati egregi anche dai bizantini, prevede la tripartizione del muro, costituito da due pareti rifinite con blocchi di pietra o mattoni solo all esterno e dal riempimento del nucleo interno con una massa non omogenea: tale conglomerato, costituito da terra, pietre e mattoni frantumati, detriti e altro materiale incoerente, veniva chiamato dai Romani caementa. Terme di Caracalla, Roma III sec. a.c. Muratura a sacco di ultima generazione. 28

29 Massimo Carmassi Residenze San Michele in Borgo, Pisa (I)

30 Massimo Carmassi Residenze San Michele in Borgo, Pisa (I) 1998 Dettagli della muratura perimetrale. 30

31 Massimo Carmassi Residenze San Michele in Borgo, Pisa (I) 1998 Nuova cortina con dettaglio dello stacco tra la vecchia e la nuova muratura. 31

32 Massimo Carmassi Residenze San Michele in Borgo, Pisa (I)

33 Innovazione nel settore dei laterizi Prestazioni superiori (energetiche, acustiche) Maggiore rapidità e semplicità Sicurezza Sostenibilità ambientale Produzione Esecuzione Uso Post uso Principali indicatori 33

34 Qualità dell architettura Regola dell arte Manodopera non qualificata 34

35 Bilancio energetico In materia di contenimento dei consumi energetici, in Italia il D.Lgs. n. 192 del e il successivo D.Lgs. 311 del hanno dettato i criteri per un edilizia energeticamente consapevole: secondo studi recenti una famiglia italiana potrebbe comunque risparmiare il 40% delle spese di riscaldamento semplicemente con un uso più razionale dell energia. Guadagni energetici Perdite energetiche Impianti Impianti Apporti gratuiti Sole, spessore e massa, capacità termica dell involucro, ecc. Rendimento energetico Dispersioni Trasmittanza, ponti termici, spessori e conduttività dei materiali, ecc. 35

36 Soluzioni efficienti A B C D E A = Edificio costruito prima dell entrata in vigore della L. 10/91; B = Edificio costruito dopo l entrata in vigore della L. 10/91; C = Standard minimo D.Lgs. 311/06; D = Edificio passivo; E = Edifico a consumo energetico nullo. Limiti di consumo energetico per riscaldamento Danimarca Svizzera Austria Germania Italia 45 kwh/m 2 a 45 kwh/m 2 a 50 kwh/m 2 a 60 kwh/m 2 a 70 kwh/m 2 a Consumo energetico annuo (kwh/m 2 ) necessario per il solo riscaldamento 36

37 Soluzioni efficienti 37

38 Soluzioni efficienti 38

39 Ponte termico Il ponte termico è una dispersione termica localizzata. Discontinuità materica Quando in una chiusura è presente un materiale, con caratteristica di continuità tra esterno ed interno, con elevata conducibilità termica. Discontinuità geometrica Quando in una chiusura è presente una discontinuità geometrica che altera la normale trasmissione dei flussi termici tra esterno ed interno. Tale ponte termico si manifesta in corrispondenza degli angoli delle chiusure perimetrali. 39

40 Ponte termico È indispensabile correggere il ponte termico: questo risulta corretto quando la trasmittanza termica della parete fittizia (ovvero dove si presenta il ponte termico) non supera oltre il 15% la trasmittanza della parete corrente. 1. Intonaco interno; 2. Pilastro in calcestruzzo armato; 3. Isolante termico; 4. Tavella in laterizio; 5. Intonaco esterno. L evoluzione dei prodotti per murature ha contribuito a ridurre i ponti termici generati per discontinuità materica. 40

41 Balconi ed aggetti L eliminazione del ponte termico in prossimità di sbalzi o aggetti avviene con grande difficoltà: per tale ragione elementi in aggetto (balconi o altro) possono essere integrati, in fase di getto, dei raccordi speciali che isolano termicamente ma garantiscono al contempo la continuità strutturale. Rivestimento della struttura in aggetto. Raccordo isolante Isolante termico Architrave 41

42 Murature portanti Muratura armata 40,0 cm E 30,0 cm E Spessore complessivo (cm) 43,0 Massa superficiale (kg/m 2 ) 340 Trasmittanza U (W/m 2 K) 0,31 Potere fonoisolante (db) 52 Spessore complessivo (cm) 40,0 Massa superficiale (kg/m 2 ) 310 Trasmittanza U (W/m 2 K) 0,32 Potere fonoisolante (db) 51 42

43 43 Extraspessori Non concorrono ai fini del calcolo delle volumetrie urbanistiche e delle superfici coperte le pareti esterne con spessore superiore a 30 cm per un massimo di cm. Regione/Provincia autonoma Norma Data Regione Lombardia Legge regionale n aprile 1995 Regione Veneto Legge regionale n luglio 1996 Regione Puglia Legge regionale n agosto 1998 Regione Basilicata Legge regionale n marzo 2000 Regione Umbria Legge regionale n dicembre 2000 Regione Calabria Legge regionale n aprile 2002 Regione Abruzzo Legge regionale n novembre 2002 Regione Molise Legge regionale n novembre 2002 Provincia di Bolzano Legge provinciale 19 febbraio 2003 Regione Lazio Legge regionale n novembre 2004 Regione Toscana Legge regionale n gennaio 2005 Regione Sicilia Legge regionale n aprile 2005 L aumento dello spessore comporta anche un maggiore isolamento acustico dell involucro.

44 Extraspessori D.M. 30 maggio 2008, n. 115, Attuazione della Direttiva 206/32/CE relativa all efficienza degli usi finali e i servizi energetici art. 11 Edifici di nuova costruzione Lo spessore delle murature esterne, delle tamponature o dei muri portanti, superiori ai 30 centimetri, il maggior spessore dei solai e tutti i maggiori volumi e superfici necessari ad ottenere una riduzione minima del 10 per cento dell'indice di prestazione energetica previsto dal decreto legislativo 19 agosto 2005, n. 192, e successive modificazioni, certificata con le modalità di cui al medesimo decreto legislativo, non sono considerati nei computi per la determinazioni dei volumi, delle superfici e nei rapporti di copertura, con riferimento alla sola parte eccedente i 30 centimetri e fino ad un massimo di ulteriori 25. È permesso derogare a quanto previsto dalle normative nazionali, regionali o dai regolamenti edilizi comunali, in merito alle distanze minime tra edifici e alle distanze minime di protezione del nastro stradale. La deroga può essere esercitata nella misura massima da entrambi gli edifici confinanti. 44

45 Inerzia termica Attitudine di un materiale di assorbire e accumulare calore che successivamente viene riceduto all ambiente. A Muratura ad alta inerzia termica Mantiene il più possibile costante e vicina ai valori di comfort la temperatura interna, anche quando sono sensibili le variazioni della temperatura esterna. B Quando l'impianto di riscaldamento è acceso la parete accumula calore (A) mentre quando l'impianto di riscaldamento è spento la parete restituisce calore (B). 45

46 Inerzia termica La resistenza termica di una parete non dipende dalla successione dei componenti mentre la quantità di calore accumulato in ognuno di loro è funzione del loro ordine. Particolare importanza assume, a parità di spessore, la posizione dell isolante termico. M = muratura tm = temperatura media del volano termico i = ambiente interno e = ambiente esterno 46

47 Involucri massivi-comfort ambientale Il prof. Giuseppe Margani del Dipartimento di Architettura ed Urbanistica dell Università degli Studi di Catania, in un recente articolo dal titolo Murature massive e comfort sostenibile in clima mediterraneo ha dichiarato che: 1. la capacità di accumulo delle pareti consente di stabilizzare il valore della temperatura interna, svolgendo quindi un utile azione termoregolatrice o di volano termico; 2. in clima mediterraneo, le soluzioni d involucro più performanti sono quelle monostrato in laterizio; 3. gli involucri massivi monostrato in laterizio presentano, rispetto a quelli leggeri, migliori prestazioni anche in termini di durabilità e risultano quindi particolarmente adatti alla realizzazione di edifici con una vita utile di almeno 100 anni. 47

48 Sfasamento ed attenuazione Lo sfasamento definisce il tempo che l onda termica impiega per passare lato esterno al lato interno di una parete d ambito esterno di una costruzione. Per le pareti esterne di fabbricati destinati a residenza sono da raccomandare i seguenti valori: 1. Pareti esposte a est, nord-est e nord-ovest 8 ore; 2. Pareti esposte a sud e sud-est 8-10 ore; 3. Parei esposte a ovest e sud-ovest ore. 48

49 Sfasamento tf [h] Muratura portante in laterizio: regola dell arte e innovazione Sfasamento ed attenuazione Calcestruzzo Laterizio semipieno Laterizio alleggerito Sughero Lana di roccia Polistirene Spessore s [m] 49

50 Urs Burkard e Adrian Meyer Residenze, Baden (CH) Dettaglio dell apparecchiatura muraria 50

51 Urs Burkard e Adrian Meyer Residenze, Baden (CH) Sezione terra-tetto. 51

52 Urs Burkard e Adrian Meyer Residenze, Baden (CH)

53 Condensa Migrazione del vapore acqueo attraverso le strutture edilizie causato dalle differenze di pressione tra gli ambienti interni ed esterni. 53

54 Condensa La struttura forma condensa. La struttura non orma condensa. Parete a cappotto Parete monostrato 54

55 Laterizio stratificato Polistirene caricato con grafite Laterizio Trasmittanza del blocco di spessore 30,0 cm... U = 0,33 W/m² K; Isolamento acustico di facciata... Oltre 40 db; Resistenza al fuoco... REI = 180. Notevole inerzia termica che attenua gli effetti delle escursioni termiche estive ed invernali e riduzione dei ponti termici grazie alla presenza dei pezzi speciali. Velocità di posa. 55

56 Laterizio a isolamento diffuso Isolante termico diffuso ed integrato Lana di roccia 56

57 Laterizio a isolamento diffuso Spessore elemento: Spessore giunto: Spessore intonaco: Trasmittanza: Sfasamento: 35,0 mm Malta: 1,0 cm Collante: 1,0 mm 1,5 cm per lato Malta: 0,30 W/m²K (0,31 W/m²K) Malta termica: 0,27 W/m²K (0,28 W/m²K) Rettificato: 0,23 W/m²K (0,26 W/m²K) 19 ore 57

58 Laterizio a isolamento diffuso Spessore elemento: Spessore giunto: Spessore intonaco: Trasmittanza: Sfasamento: 40,0 mm Malta: 1,0 cm Collante: 1,0 mm 1,5 cm per lato Malta: 0,26 W/m²K (0,28 W/m²K) Malta termica: 0,24 W/m²K (0,26 W/m²K) Rettificato: 0,22 W/m²K (0,25 W/m²K) 22 ore 58

59 Laterizio a isolamento diffuso Elemento speciale Possibile ponte termico del pilastro Tamponamento 1. Intonaco civile per esterni (1,5 cm); 2. Blocco in laterizio alleggerito in pasta e isolante termico diffuso (35 cm); 3. Intonaco civile per esterni (1,5 cm). 59

60 Laterizio a isolamento diffuso Elementi per pareti interne di divisione e separazione, contropareti e rivestimenti strutture in calcestruzzo armato o metallo (pezzi speciali). 60

61 Laterizio rettificato Rapidità e semplicità di esecuzione. 61

62 Laterizio rettificato Eliminazione ponte termico 62

63 mattone pieno mattone forato blocco blocco a incastro blocco rettificato Muratura portante in laterizio: regola dell arte e innovazione Laterizio rettificato Il consumo di malta nelle murature è in costante riduzione (litri/m 2 impiegati nella realizzazione di murature di 38,0 cm di spessore). 63

64 Laterizio rettificato Spessore elemento: 35,0 mm Spessore giunto: 1,0 mm Spessore intonaco: 1,5 cm per lato Trasmittanza: Sfasamento: 0,27 W/m²K 22 ore 64

65 Laterizio rettificato 65

66 Grandi formati 66

67 Grandi formati 67

68 Tectone Centro di formazione, Nivillers (F) Legenda 1. Tavellone in laterizio; 2. Imbotte in legno; 3. Infisso in legno

69 Laterizio armato Muratura armata. 69

70 Laterizio armato Le murature ad armatura concentrata sono in genere del tipo intelaiato ovvero con le armature verticali poste all estremità dei setti murari, in corrispondenza degli innesti e degli incroci e dei bordi liberi, e quelle orizzontali a livello dei cordoli di piano. Armatura verticale > 4,0 cm (2Ø16) Una variante alle armature intelaiate sono le armature concentrate posizionate all esterno del muro in appositi alloggiamenti: la tipologia muraria ha comunque criteri costruttivi analoghi a quelli delle pareti nervate. Orizzontamento Sovrapposizione armatura > 60,0 cm Armatura di ripresa Muratura ad armatura concentrata. 70

71 Laterizio armato La tipologia di muratura armata diffusa più frequente, soprattutto nel caso di elementi pieni in laterizio, è quella che prevede un getto continuo di conglomerato cementizio all interno del muro. In particolare, la tipologia più diffusa in Italia è quella che prevede la disposizione delle armature in sedi della muratura formanti fori verticali continui. Armatura verticale > 4,0 cm (2Ø16) Malta di riempimento Armatura orizzontale > Ø5 mm ogni due corsi di blocchi Malta Blocco in laterizio ad H Muratura ad armatura diffusa 71

72 Laterizio armato 72

73 Laterizio armato 73

74 Laterizio armato Schema tipo di un pannello armato. Elemento pieno sagomato per l alloggiamento dell armatura. 74

75 Nihon Sekkei Scuola, Tokyo (J) 2010 A Tokyo è stata realizzata una scuola pubblica con struttura in muratura armata: l edificio è in grado di resistere a sollecitazioni sismiche particolarmente intense. 75

76 Laterizio prefabbricato 76

77 Marlies Rohmer Residenze per giovani, Zootermeer (NL) 2004 Prospetto principale. Pianta piano tipo. 77

78 Marlies Rohmer Residenze per giovani, Zootermeer (NL) 2004 Pannello prefabbricato 78