EDIFICI IN MURATURA PORTANTE PRINCIPI DI DIMENSIONAMENTO E VERIFICA STRUTTURALE 1 - ZONE NON SISMICHE Riferimenti: D.M. LLPP 20.11.1987 Il calcolo strutturale degli edifici in muratura portante, secondo i principi generali delle verifiche di sicurezza, si basa sul confronto fra la resistenza degli elementi impiegati per la muratura e le tensioni massime prodotte dalle sollecitazioni cui sono soggetti i vari elementi che compongono il sistema strutturale. In termini di prestazioni strutturali, le verifiche strutturali dipenderanno dai seguenti fattori progettuali: - caratteristiche di resistenza degli elementi impiegati e della muratura come componente assemblato; - quantità di muri portanti e/o di controvento presenti nell'edificio e loro distribuzione, in pianta e in alzato; - quantità e disposizione delle aperture, nella misura in cui influiscono sui rapporti di snellezza. I criteri di dimensionamento e verifica strutturale per edifici in muratura portante sono oggetto del D.M. 20.11.87 ("Norme tecniche per la progettazione, esecuzione e collaudo degli edifici in muratura e per il loro consolidamento"). Queste norme disciplinano la verifica strutturale degli edifici a carichi verticali e da ve n- to, oltre a indicare le modalità di determinazione sperimentale delle resistenze (a compressione e taglio) degli elementi impiegati per la realizzazione delle murature. Le azioni da prendere in considerazione non riguardano carichi orizzontali di tipo sismico, per i quali si fa riferimento ad altre norme tecniche, né carichi di altra natura (termici, igrotermici, acustici, da incendio, ecc.). Le norme riguardano unicamente le pareti che svolgono ruoli strutturali e non quelle di solo tamponamento o divisorie, e più in particolare murature ordinarie e non armate. Non essendo contemplata la possibilità di impiego di murature armate (in zone non sismiche) è prevista anche la verifica a pressoflessione dei muri soggetti a carichi verticali. Il campo di applicazione delle norme comprende tanto le nuove costruzioni quanto gli interventi di consolidamento su edifici esistenti e, seppure implicitamente, prefigura la possibilità di verifica di edifici a struttura mista, laddove specifica che i criteri generali si possono applicare a edifici costruiti "in tutto o in parte a muratura portante". Ai fini dell'organizzazione strutturale l'edificio in muratura portante deve essere concepito come "sistema tridimensionale continuo": da qui la necessità che siano previsti muri portanti in entrambe le direzioni ortogonali (con il compito di resistere, distintamente o contemporaneamente, ai carichi verticali e alle azioni orizzontali indotte dal vento), e la presenza di cordolature a livello di piano, ammorsamenti agli incroci delle murature e incatenamenti a livello di solaio. 1
La verifica strutturale, stante il rispetto degli spessori minimi delle murature in funzione del tipo di elementi adottati (cfr. DM), va fatto con una procedura di calcolo che prevede tre possibilità: 1) dimensionamento semplificato, qualora l'edificio risponda a determinati requisiti di regolarità tipologica; 2) verifica col metodo delle tensioni ammissibili (a compressione, taglio e pressoflessione); 3) verifica col metodo semiprobabilistico agli stati limite (che nel caso degli edifici in muratura è particolarmente significativo agli 'stati limite ultimi', data la scarsa deformabilità di questo tipo di strutture). IL DIMENSIONAMENTO SEMPLIFICATO Può essere fatto nel caso di edifici a muri portanti realizzati con elementi pieni e semipieni (per quelli realizzati con elementi forati è sempre richiesta la verifica con uno degli altri metodi), qualora sussistano le seguenti condizioni: a) l'edificio sia costituito da un massimo di tre piani (entro e fuori terra) b) la sua pianta sia inscrivibile in un rettangolo con un rapporto di compattezza =1/3 c) i muri abbiano sempre un rapporto di snellezza (altezza/spessore) > 12 d) l'area della sezione dei muri resistenti alle azioni orizzontali (di controvento), considerata separatamente per le due direzioni principali in pianta, al netto delle parti aggettanti e dei setti murari di lunghezza < 50 cm, espressa in percentuale rispetto alla superficie lorda dell'edificio in pianta sia > 4%. Se tali condizioni sono rispettate, è necessario unicamente verificare che sia soddisfatta la seguente espressione: posto: s = N / (0,65 A) = s m N = carico verticale totale alla base del piano più basso dell'edificio A = area complessiva dei muri portanti allo stesso piano (in entrambe le direzioni) s m = tensione base ammissibile a compressione (cfr. punto 2.4.1 DM) 2
EDIFICI IN MURATURA PORTANTE PRINCIPI DI DIMENSIONAMENTO E VERIFICA STRUTTURALE 2 - ZONE SISMICHE Riferimenti: D.M. LLPP 16.01.1996 (punto C.5) Con riferimento agli edifici in muratura portante, il DM 16.01.96 per costruzioni in zone sismiche, contiene alcune novità: l'introduzione della muratura armata quale procedimento costruttivo in senso proprio (da calcolare come altri tipi di strutture) la possibilità di verifiche strutturali diversificate in base alla complessità di configurazione dell'edificio e al tipo di muratura adottata l'impiego (seppur limitato a specifiche situazioni) di strutture miste Il punto C.5 del DM, che riguarda in specifico le strutture in muratura, è articolato in quattro paragrafi: 1. Regole generali 2. Edifici in muratura ordinaria 3. Edifici in muratura armata 4. Strutture miste. Sono previste tre tipologie strutturali di muratura portante: 1) muratura ordinaria 2) muratura armata 3) sistemi edilizi a pannelli portanti in muratura in relazione alle quali le scelte relative alla configurazione dell'edificio e alle verifiche strutturali variano. Circa lo sviluppo in pianta sono indicate alcune limitazioni per la muratura ordinaria; per la muratura armata non esistono vincoli specifici; nel caso dei sistemi a pannelli portanti 'omologati' vale quanto stabilito nel certificati di idoneità. In tutti i casi sono indicate limitazioni relative all'altezza massima degli edifici, diversificate in base al tipo di muratura. Altro fattore progettuale da considerare in relazione alle caratteristiche di configurazione dell'edificio è il metodo di dimensionamento o di calcolo che si intende adottare. Un criterio generale, seguito dalla normativa ma di validità universale, è che più è regolare l'edificio più è semplice il procedimento di verifica strutturale richiesto. In questo senso la complessità del procedimento si articola in due livelli: - dimensionamento semplificato, per edifici 'semplici' in muratura normale o armata; - analisi statica (e quindi calcolo), per tutti gli altri edifici in muratura armata. 3
Le scelte relative alla forma dell'edificio, pertanto, devono essere fatte tenendo presente che in base alla tipologia di muratura adottata varia il livello di difficoltà del metodo di verifica strutturale ammesso (e quindi, in prima approssimazione, anche il costo della progettazione). Si può dire, pertanto, che la regolarità di configurazione di un edificio in muratura portante in zona sismica è inversamente proporzionale al livello di complessità tecnologica e costruttiva del tipo di muratura adottata. La presenza di 'irregolarità' che possono non essere ammesse per una muratura ordinaria, ad esempio, possono essere consentite dall'impiego di muratura armata. Altezza massima degli edifici L'altezza degli edifici in muratura portante di nuova costruzione è disciplinata dai punti C.2. e C.3. delle norme tecniche per zone sismiche. Il primo riguarda l'altezza massima consentita degli edifici (la distanza massima dal livello del piano di copertura più alto - o della quota d'imposta del tetto, per coperture a falde inclinate - ed il terreno - ovvero il piano stradale o il marciapiede -) in funzione del tipo di struttura adottata. Il punto C.3. (primo comma) riguarda invece le limitazioni dell'altezza in funzione della larghezza stradale ed è indifferente in relazione al tipo di struttura adottata. REQUISITI PROGETTUALI PER EDIFICI IN MURATURA Regole generali Si ribadisce il concetto che gli edifici in muratura portante debbono essere comunque realizzati nel rispetto del D.M. 20.11.87, 'ove non in contrasto con [queste] norme'. Tutti gli edifici in muratura, sia ordinaria che armata, devono soddisfare i seguenti requisiti: a) la resistenza caratteristica a compressione (f bk ) degli elementi resistenti impiegati, che possono essere pieni o semipieni (e per questi ultimi anche in direzione ortogonale al piano di posa), deve risultare = ai valori indicati nelle specifiche dell'allegato 1 del DM 20.11.87 (non è consentito l'uso degli elementi forati, con un rapporto di foratura > 45 %); b) i componenti strutturali sub-orizzontali (come quelli dell'orditura di coperture inclinate) non devono essere spingenti; c) i solai dei vari piani devono essere sufficientemente rigidi, per poter assolvere al compito di ripartizione delle azioni orizzontali ai vari muri; d) i cordoli a livello di piano devono avere larghezza uguale a quella dei muri sottostanti, eventualmente al netto di 6 cm dal filo esterno (una tolleranza dimensionale opportuna a consentire la coibentazione termica dei marcapiano); altezza = a quella del solaio e comunque = 15 cm; armatura minima di area complessiva = 8 cmq e diametro = 16 mm; staffe di diametro = 6 mm e interasse = 25 cm; e) travi metalliche e travetti di cui sia costituito il solaio devono essere efficacemente ammorsati nelle murature per un prolungamento pari ad almeno la metà del loro spessore e comunque = 12 cm; 4
f) in corrispondenza degli innesti e degli incroci murari perimetrali devono essere presenti zone di muratura (compreso lo so spessore del muro ortogonale) di larghezza = 1.00 m; g) al piano interrato o seminterrato è possibile realizzare, in alternativa alla muratura, pareti in calcestruzzo armato di spessore pari a quello dei muri soprastanti. Edifici in muratura ordinaria (dimensionamento semplificato) Il termine 'ordinaria' sta ad indicare un tipo di muratura che non presenti armature metalliche di rinforzo, verticali e orizzontali, da considerare efficaci, in sede di calcolo, ai fini delle verifiche di resistenza. Gli edifici in muratura ordinaria devono rispondere ad alcuni requisiti tipologici e costruttivi, mentre i criteri di dimensionamento prevedono un procedimento semplificato basato su una tabella di coefficienti per la verifica della sezione minima di muri portanti significativi per la resistenza alle azioni orizzontali, per ogni piano dell'edificio. Le prescrizioni cui devono rispondere gli edifici in muratura ordinaria prevedono che: a) la pianta dell'edificio sia compatta, con un rapporto di snellezza (al netto di eventuali balconi) > 1/3; b) l'interasse fra muri portanti sia = 7 m; c) architravi di finestre e portefinestre devono essere efficacemente ammorsati nei muri d'ambito; d) le fondazioni, se in muratura, devono avere un cordolo superiore in c.a.; e) l'altezza di vano fra solaio a terra (a livello di fondazione) e intradosso del primo solaio deve essere = 5 m; f) non è ammesso l'uso di muratura in pietrame non squadrato priva di listatura; g) lo spessore delle murature dovrà essere, in tutti i casi, = 24 cm, al netto dell'intonaco; h) le fondazioni in muratura devono avere un incremento di spessore di almeno 20 cm; i) le aperture presenti nelle murature dovrebbero risultare allineate in verticale; non si tratta di un criterio tassativo, ma di una raccomandazione significativa ai fini del computo delle sezioni murarie che si possono considerare efficaci ai fini della resistenza (in base ai minimi indicati successivamente) in quanto sono da considerare tali solo quelle che presentano una continuità verticale per tutta l'altezza dell'edificio; l) l'area delle sezioni di muratura da considerare ai fini della verifica strutturale (con le limitazioni di continuità fra i piani sopra indicate), al netto delle aperture, degli aggetti e delle porzioni di muro che con un rapporto altezza/lunghezza > 3, espressa in percentuale della superficie lorda dell'edificio per ciascun piano, deve risultare maggiore ai valori indicati (in alcune tabelle), in ognuna delle due direzioni principali (muri trasversali e muri longitudinali); m) il sovraccarico del essere inferiore a 4,00 kn/mq (quindi solo per la residenza e non per locali pubblici). Ove siano verificate tutte le prescrizioni sopra indicate, per ciascun piano di verifica deve risultare: posto: s = N / (0,50 A) = s m 5
N = carico verticale totale alla base del piano in esame A = area complessiva dei muri resistenti allo stesso piano (in entrambe le direzioni), al netto delle aperture s m = tensione base ammissibile a compressione (cfr. DM 1987) Tale verifica va fatta, di regola, per i muri del piano più basso dell'edificio, ovvero per i muri di ogni altro piano in cui si verifichi almeno una delle seguenti condizioni: - vi sia un cambiamento di spessore dei muri rispetto al piano superiore; - l'incidenza delle aperture risulti maggiore rispetto a quella del piano inferiore. Questa verifica, basata sul riscontro di quantità minima di muri presenti ai vari piani ai fini della resistenza alle azioni orizzontali, dovrebbe essere integrata dalla verifica alle azioni verticali con criteri analoghi a quelli illustrati ai fini del dimensionamento semplificato per zone non sismiche (ex DM 24.11.87), ma nel caso generale questa seconda verifica potrà essere omessa. 6