Strutture di muratura: EC6 parte 1.2.

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1 Strutture di muratura: EC6 parte 1.2. Mauro Sassu Dipartimento di Ingegneria Strutturale Università di Pisa 23/09/2008 M.Sassu 1

2 L Eurocodice 6 (strutture di muratura): EN 1996 parte 1.1: Progetto di strutture in muratura regole generali per muratura semplice ed armata. EN 1996 parte 1.2: Progetto di strutture in muratura regole generali per la resistenza all incendio. EN 1996 parte 2.: Progetto di strutture in muratura considerazioni progettuali, selezione dei materiali e regole esecutive. EN 1996 parte 3.: Progetto di strutture in muratura metodi di calcolo semplificato per muratura semplice. 23/09/2008 M.Sassu 2

3 Dati normativi a cura delle singole nazioni (N.A.D.) 23/09/2008 M.Sassu 3

4 Metodi di indagine strutturale Metodi tabellari Sperimentazione diretta Metodi analitici: A) analisi del singolo elemento B) analisi di una parte della struttura C) analisi dell intera struttura 23/09/2008 M.Sassu 4

5 Ambiti di EN1996 parte 1.2. Pareti portanti esterne / interne. Pareti non portanti esterne / interne. Equazione del materiale X d = k θ X k /γ m X d : proprietà meccanica di progetto (resistenza, deformabilità etc.) k θ : fattore di riduzione, in dipendenza della temperatura θ (sperimentale a caldo ) X k : proprietà meccanica caratteristica (sperimentale a freddo ) γ m : coefficiente parziale di sicurezza (stato limite) fissato nei N.A.D. 23/09/2008 M.Sassu 5

6 Metodi tabellari Le tabelle forniscono lo spessore minimo di parete in funzione di Tempo di esposizione all incendio Materiale (laterizio, cls vibrocompresso normale o alleggerito, cls autoclavato, calcio-silicato) Gruppo del blocco (percentuale di foratura, densità, resistenza) 23/09/2008 M.Sassu 6

7 Un esempio di tabelle da EN 1996 parte 1.2 f b : resistenza caratteristica del blocco ρ : densità α : livello di carico NB: le tabelle europee forniscono informazioni che necessitano di maggiore dettaglio => tabelle nazionali 23/09/2008 M.Sassu 7

8 Un altro esempio di tabella da EN 1996 parte 1.2 NB: le tabelle europee non forniscono informazioni per alcune situazioni => tabelle nazionali 23/09/2008 M.Sassu 8

9 Tabelle nazionali (requisito REI) Estratto da circolare applicativa DM Materiale Tipo blocco Laterizio Pieno (foratura 15%) Laterizio (*) Semipieno e forato (15% < foratura 55 %) Calcestruzzo Pieno, semipieno e forato (foratura 55 %) Calc leggero (**) Pieno, semipieno e forato (foratura 55 %) Pietra squadrata Pieno (foratura 15 %) (*) presenza di 10 mm di intonaco su ambedue le facce ovvero di 20 mm sulla sola faccia esposta al fuoco; i valori in tabella si riferiscono agli elementi di laterizio sia normale che alleggerito in pasta (**) massa volumica netta non superiore a 1700 kg/m 3 altezza h max = 8 m snellezza h/s max = 20 23/09/2008 M.Sassu 9

10 Metodi sperimentali: sono regolati da numerose normative fra cui EN 1364: Test di resistenza all incendio per pareti portanti. EN 1365: Test di resistenza all incendio per pareti non portanti. pren parte 12.: Applicazione estesa di test di resistenza all incendio per pareti portanti. pren parte 2.: Applicazione estesa di test di resistenza all incendio per pareti portanti. 23/09/2008 M.Sassu 10

11 Analisi della resistenza all incendio di murature - metodo prescrittivo - 23/09/2008 M.Sassu 11

12 Analisi della resistenza all incendio di murature - metodo prestazionale - 23/09/2008 M.Sassu 12

13 Analisi del singolo elemento (parete solaio) Sollecitazioni: E d,fi = η fi E d E d,fi : sollecitazione a caldo E d : sollecitazione a freddo η fi : fattore di riduzione per la condizione d incendio fi 23/09/2008 M.Sassu 13

14 Fattore di riduzione per la condizione d incendio Nota: in via semplificata η fi = 0,70 (depositi o attività industriali) η fi = 0,65 (altre attività) 23/09/2008 M.Sassu 14

15 Analisi di parte di struttura - 1. Sollecitazioni a freddo. 2. Sollecitazioni a caldo. Le condizioni al bordo sono valutabili con analisi a freddo e comunque si possono considerare costanti durante l incendio - Occorre valutare gli effetti della variazione di resistenza e rigidezza degli elementi interni alla parte indagata. Analisi dell intera struttura Occorre valutare ogni variazione delle proprietà meccaniche della struttura (resistenza, rigidezza, vincoli) 23/09/2008 M.Sassu 15

16 Metodo di calcolo semplificato Consiste nel: - determinare gli spessori ridotti a causa dell incendio ed - effettuarvi un calcolo a freddo convenzionale 23/09/2008 M.Sassu 16

17 Metodo di calcolo semplificato Area integra θ 1 : temperatura limite di indebolimento θ 2 : temperatura limite di inefficacia Area indebolita Area inefficace 23/09/2008 M.Sassu 17

18 Metodo di calcolo semplificato Carico assiale di progetto f dθ1 f dθ2 : resistenza di progetto della parete integra : resistenza di progetto della parete indebolita f dθ2 = c f dθ1 con c < 1 Φ : fattore di riduzione della capacità portante (vedi EN ) A θ1 : area della parte integra A θ2 : area della parte indebolita 23/09/2008 M.Sassu 18

19 Metodo di calcolo semplificato Determinazione delle parti inefficace e indebolita: 1. Temperature limite ( θ 1, θ 2 ) N.B.: la costante c è rinviata ai documenti nazionali N.A.D, da determinarsi sperimentalmente. 23/09/2008 M.Sassu 19

20 Metodo di calcolo semplificato Determinazione delle parti inefficace e indebolita: 2. Spessori delle parti inefficace e indebolita Esempio di grafico da allegato C di EN (blocchi in calcio-silicato) 23/09/2008 M.Sassu 20

21 Metodo di calcolo semplificato Determinazione di Φ: (da EN punto e allegato G) e i, Φ i : eccentricità dei carichi e fattore di riduzione sulla sommità della parete e mk, Φ m : eccentricità dei carichi e fattore di riduzione sulla mezzeria della parete 23/09/2008 M.Sassu 21

22 Metodo di calcolo semplificato Quota di eccentricità dovuta all incendio t Fr : spessore della parte integra e della parte indebolita α t : coefficiente di dilatazione termica della muratura (integra) N.B.: l incendio produce l ulteriore eccentricità dovuta all asimmetrico indebolimento di sezione. 23/09/2008 M.Sassu 22

23 Determinazione di c Test di compressione in temperatura su cilindri (laboratorio VVF di Capannelle - Roma) Campioni: Cilindri D= mm H= mm 23/09/2008 M.Sassu 23

24 Curve di raffreddamento dei cilindri (tecnica del thermos preriscaldato ) M. Caciolai Curva di raffreddamento cilindri c.a. con thermos preriscaldato a 200 C Temperatura ( C) Tempo (hh:mm) Th 0 TK Forno Th 1 Th 3 Th 5 Curva di raffreddamento cilindri c.a. con thermos preriscaldato a 200 C Temperatura ( C) :58 14:00 Tempo (hh:mm) TK Forno Th 1 Th 3 Th 5 23/09/2008 M.Sassu 24

25 Metodo di calcolo avanzato Occorre effettuare un analisi termomeccanica della struttura considerata. In particolare: Lo sviluppo e la distribuzione delle isoterme (thermal response model) Il comportamento meccanico al variare della temperatura (mechanical response model) 23/09/2008 M.Sassu 25

26 Metodo di calcolo avanzato Proprietà termiche Esempio di blocchi in laterizio da EN figura D.1.a allegato D 23/09/2008 M.Sassu 26

27 Metodo di calcolo avanzato Proprietà meccaniche Esempio di dilatazione termica per blocchi in laterizio da EN figura D.2.a allegato D 23/09/2008 M.Sassu 27

28 Metodo di calcolo avanzato Proprietà meccaniche Esempio di diagrammi sforzo-deformazioni per blocchi in laterizio da EN figura D.2.b allegato D N.B.: gli sforzi sono adimensionalizzati rispetto alla resistenza massima a freddo 23/09/2008 M.Sassu 28

29 Metodo di calcolo avanzato Proposta: determinazione del dominio di rottura all incendio di un pannello murario 1. Assegnata la curva termica θ(x) nello spessore t, dalle curve di EN E da ulteriore sperimentazione sui materiali 1. Calcolo del coefficiente di dilatazione ultimo ε u (x) nello spessore t 2. Calcolo del modulo di deformabilità assiale E(x) nello spessore t 3. Calcolo della resistenza a compressione ultima f cu (x) nello spessore t 1. Risoluzione dell equilibrio rigido-plastico di un pannello con curva termica assegnata 2. Calcolo del dominio di rottura del pannello (sforzo assiale a rottura per il tempo di esposizione REI assegnato in funzione dell eccentricità di carico) 23/09/2008 M.Sassu 29

30 Esempio di dominio di rottura Parete in cls autoclavato s=15 cm Dominio di "Crash" Nu/fu0 t min 60 min 90 min 120 min 150 min 180 min Andreini & Sassu e/t 23/09/2008 M.Sassu 30

31 Conclusioni 1. La normativa europea fornisce nuovi strumenti al progettista Maggiori libertà progettuali, maggiore consapevolezza nelle scelte 2. La normativa europea è carente nelle informazioni sperimentali Maggiori investimenti nelle prove, maggiore scrupolo nel uso dei risultati 23/09/2008 M.Sassu 31