MURI ALTI IN LATERIZIO edifici monopiano alti ricerca svolta risultati ottenuti sistema costruttivo prodotti: scheda tecnica
muri alti in laterizio per pareti di edifici monopiano ad uso commerciale o industriale edifici monopiano alti Una tendenza in via di diffusione, nella pratica costruttiva attuale, consiste nell impiegare la muratura armata portante per la costruzione di edifici monopiano alti, destinati ad un uso commerciale o industriale (fig. 1). Infatti, se paragonata ad altri sistemi strutturali, come le strutture a telaio, la parete in muratura assicura condizioni termo-igrometriche degli ambienti interni facilmente controllabili, risultando preferibile nell industria alimentare e in costruzioni di servizio quali palestre [1 e 2]. La snellezza della muratura secondo la norma Per edifici monopiano, l altezza interpiano può superare i 5 m, le pareti in muratura portante che si possono realizzare risultano quindi essere particolarmente snelle, e dunque vulnerabili alle azioni ortogonali alle pareti stesse (come può accadere con le azioni sismiche), oltre che suscettibili agli effetti del secondo ordine. Queste problematiche possono accentuarsi in presenza di coperture deformabili, perciò non in grado di redistribuire le azioni orizzontali sulle pareti di controvento, che per questo genere di costruzioni possono essere impiegate per convenienza economica, è il caso di coperture a shed, o per motivi estetici, è il caso di coperture in legno lamellare. Da un punto di vista normativo, tale tendenza costruttiva va inquadrata in particolar modo in relazione alle massime altezze di interpiano e snellezze consentite alle murature portanti, che possono essere molto diverse in fun- Fig. 1 - Caseificio a Ramiseto (RE) e centro sportivo a Reggio Emilia 2 WWW.CISEDIL.IT
zione della zona sismica in cui si opera. Ipotizzando di trovarsi in zona a sismicità molto bassa (zona 4), avvalendosi della possibilità di derogare dai requisiti aggiuntivi richiesti per la progettazione per le azioni sismiche, le norme nazionali impongono che la snellezza delle murature (h 0 /t) non superi il valore di 20 ( 4.5.4 delle NTC 2008). Tale controllo sulla snellezza delle murature viene esplicitamente imposto per controllare i fenomeni del secondo ordine. Una parete alta realizzata con lo spessore minimo consentito dalle NTC 2008, pari a 20 cm per elementi semipieni, può raggiungere i 4 m di altezza, per arrivare anche agli 8 m se si utilizza una muratura di spessore 40 cm. Nel caso in cui si operi in zone a medio/alta intensità (zona 3, 2, 1) o anche in zona 4, senza derogare dai requisiti aggiuntivi, il limite superiore per la snellezza delle murature viene ridotto a 15, nel caso di muratura armata, e lo spessore minimo viene alzato a 24 cm, perciò l altezza massima raggiungibile con lo spessore minimo è ora di 3.6 m. Le NTC 2008 impongono che la distanza massima tra due solai successivi non superi i 5 m ( 7.8.1.4), quindi lo spessore della parete in muratura armata sarà almeno di 33 cm per poter raggiungere i 5 metri di altezza (fig. 2). Tale limitazione non permette di realizzare costruzioni in muratura portante con interpiani di 6 8 m, come la tipologia costruttiva descritta in precedenza può richiedere. Il nostro sistema costruttivo In questo contesto, Cis Edil si è attivata per sviluppare un nuovo sistema costruttivo in muratura armata in grado di operare in sicurezza anche oltre limiti imposti dalla normativa, vale a dire oltre i 5 m di interpiano. Questo è stato possibile grazie alla ventennale esperienza acquisita da Cis Edil nel campo dei sistemi di muratura armata, ed alla collaborazione con il Dipartimento di Costruzione e Trasporti dell Università degli Studi di Padova, con cui è stata svolta una estesa campagna di prove sperimentali nell ambito del progetto di ricerca Europeo DISWall [3]. Fig. 2 - Rappresentazione grafica dei limiti geometrici richiesti per muratura armata in presenza di azioni sismiche, secondo le NTC 2008 3
muri alti in laterizio per pareti di edifici monopiano ad uso commerciale o industriale ricerca svolta Lo studio preliminare della problematica del comportamento sismico di edifici monopiano alti in muratura portante, condotto dall Università degli Studi di Padova, ha permesso di identificare i tratti fondamentali per il sistema in muratura più adeguato: muratura armata di elevato spessore. È stato perciò selezionato un sistema costruttivo in muratura armata POROTON già commercializzato da Cis Edil di spessore 38 cm (nel seguito rmh ), come base e riferimento per lo sviluppo di un sistema in muratura armata a prestazioni migliorate (nel seguito rmc ), che viene descritto nella sezione sistema costruttivo. Per la tipologia di edifici monopiano allo studio, come già osservato, il problema più critico da analizzare risiede nella elevata snellezza delle pareti portanti le quali possono essere vulnerabili alle azioni ortogonali alle pareti stesse (come può accadere con le azioni sismiche) e suscettibili agli effetti del secondo ordine (fig. 1). Fig. 1 - Risposta sismica di un edificio monopiano investito dall onda sismica perpendicolarmente al piano delle pareti longitudinali in muratura armata portante (da Mosele, 2009) Condizioni sismiche Il sistema di muratura armata sviluppato è stato dunque investigato ponendosi nella condizione più sfavorevole, ossia quella di copertura deformabile. In questo caso infatti le pareti portanti si possono schematizzare come mensole incastrate alla base (fig. 1), caricate in sommità dal peso della copertura, 4 WWW.CISEDIL.IT
Fig. 2 - Vista generale del sistema di prova e dei campioni testati e grafico carico-spostamento dei campioni rmh (da Mosele, 2009) e soggetta a carichi orizzontali, dovuti alle forze d inerzia della massa propria e della copertura, in caso di azioni sismiche. Dato lo spessore di 38 cm, si è fissata un altezza delle pareti da sperimentare pari a 6 m, oltrepassando il limite di 5 m imposto dalla normativa. La corrispondente snellezza della muratura (h 0 /t) come definita nelle NTC 2008, dipende dal tipo di vincolo della parete: nel caso in cui la parete si possa interpretare con lo schema dell articolazione, la snellezza corrisponde al rapporto tra altezza e spessore (6/0.38) = 15.8, invece se la parete è schematizzata come mensola, h 0 è pari al doppio dell altezza, perciò la snellezza risulta essere (2 6/0.38) = 31.6, che corrisponde al caso allo studio. Le prove sperimentali sono state condte su due portali a scala reale, uno per ciascuna tipologia di muratura armata: quella di riferimento (rmh) e quella migliorata (rmc). Ciascuno dei due portali è composto da due pareti parallele, alte 6 m e lunghe 2 m, realizzate su cordoli in c.a. fissati ad una platea di contrasto (fig. 2). Il cassone in acciaio e calcestruzzo in sommità funge da collegamento tra le due pareti e simula il peso della copertura. Il cassone è collegato alle pareti per mezzo di vincolo a cerniera, in modo da non trasferire momenti flettenti. Il carico orizzontale ciclico (fig. 2) è stato applicato a 7 m di quota sul cassone, che lo ripartisce equamente sulle pareti. Obiettivi della prova sperimentale Gli obiettivi del programma sperimentale erano principalmente tre: verificare la capacità di spostamento e la resistenza fuori piano di pareti alte (> 5 m) in muratura armata soggette ad effetti del secondo ordine; confrontare il comportamento della muratura armata di riferimento (rmh) e della muratura armata sviluppata (rmc), così da valutarne i vantaggi ottenuti; approfondire la conoscenza relativa agli effetti del secondo ordine su murature portanti in muratura armata, principale causa delle limitazioni su snellezza e altezza massima presenti in normativa. 5
muri alti in laterizio per pareti di edifici monopiano ad uso commerciale o industriale risultati ottenuti I risultati ottenuti dalle prove sperimentali sul comportamento fuori piano delle pareti alte e dalle successive analisi analitico-numeriche hanno messo in evidenza che: i sistemi di muratura armata testati sono dotati di elevata capacità di spostamento fuori piano, raggiungono infatti valori di drift del 2.7% (165 mm) e del 5.1% (310 mm), in corrispondenza del carico massimo pari a 12 kn e 34 kn, rispettivamente per rmh e rmc (fig. 1). Come riferimento si riporta che i campioni testati avrebbero sopportato un accelerazione di circa 0.06 g e 0.18 g, rispettivamente per rmh e rmc, si ricorda che la configurazione di prova è stata studiata per accentuare l influenza degli effetti del secondo ordine, rappresentando così il caso più svantaggioso; il sistema di muratura armata sviluppato rmc ha raggiunto valori di resistenza tre volte maggiore rispetto il sistema rmh ed ha mostrato una capacità di spostamento fuori piano doppia rispetto rmh (fig. 1), inoltre il sistema rmc sopporta meglio l impatto degli effetti del secondo ordine che risulta rilevante nel sistema rmh, come è possibile osservare dal fatto che l incremento di resistenza dopo la fase elastica iniziale è contenuto, mentre risulta molto maggiore per il sistema rmc; le analisi parametriche hanno consentito di identificare dei limiti di altezza oltre cui gli effetti del secondo ordine conducono a fenomeni di instabilità, che si sviluppano subito dopo la fase elastica iniziale, una volta raggiunto il carico di prima fessurazione. Tali limiti di altezza dipendono dal sistema di muratura armata impiegato: 8 m per il sistema rmh e 12 m per il sistema rmc. Inoltre le analisi parametriche hanno permesso di fissare alcuni limiti relativi alle percentuali di armatura verticale adottata. 6 WWW.CISEDIL.IT
Risultati della prova In sintesi è possibile affermare che i sistemi di muratura armata allo studio hanno proprietà meccaniche che li rende impiegabili come muratura portante per edifici monopiano alti, le prove e le analisi condotte permettono di avere dei valori di riferimento indispensabili alla progettazione per quanto riguarda il comportamento fuori piano e l influenza degli effetti del secondo ordine per questo tipo di pareti, caratterizzate da snellezze elevate. Fig. 1 Deformazione allo spostamento massimo e grafico carico-spostamento dei campione sottoposti a prova sperimentale 7
muri alti in laterizio per pareti di edifici monopiano ad uso commerciale o industriale sistema costruttivo Il sistema costruttivo sviluppato da Cis Edil per realizzare muri alti, è un sistema di muratura armata ad armatura verticale concentrata e si basa sull impiego del mattone POROTON P49C (spessore 38 cm). Muri alti: il sistema rmc La conformazione a C del mattone (che conferisce il nome al sistema costruttivo stesso rmc), permette di realizzare la muratura attorno alle armature verticali precedentemente predisposte, con evidente semplicità di posa (fig. 1). Il sistema dei muri alti rmc è stato studiato per ospitare delle armature verticali costituite da 4 12 assemblati in un traliccio chiuso da staffe, ma può ospitare differenti quantità di armatura. Il mattone P49C è stato sviluppato per essere compatibile con il mattone POROTON P49 (blocco H), così da utilizzare il blocco a C solo in corrispondenza delle armature verticali (fig. 1). Il sistema dei muri alti è completato dal mezzo blocco apposito. Per la realizzazione del muro alto deve essere impiegata una comune malta M10 con cui si realizzano i giunti orizzontali e verticali. Con la stessa malta è Fig. 1 - Schema di montaggio e fasi realizzative del sistema rmc (da Murature Oggi n 101) 8 WWW.CISEDIL.IT
agevole riempire, ad ogni corso, i vani verticali che ospitano le armature. Il sistema dei muri alti rmc è stato sviluppato a partire da un sistema di muratura armata già prodotto da Cis Edil (fig. 2) e basato sull impiego del mattone POROTON P49 (spessore 38 cm), caratterizzato da una conformazione ad H (da cui il nome rmh per il sistema). Fig. 2 - Schema di montaggio e fasi realizzative del sistema rmh (da Murature Oggi n 101) Muri alti: il sistema rmh Il sistema rmh permette l inserimento di barre 16 e viene posato con malta M10 allo stesso modo di quanto descritto per il precedente sistema costruttivo. Come si apprende nella sezione risultati ottenuti il sistema di muratura armata tradizionale rmh può essere impiegato per realizzare muri alti, entro certi limiti di resistenza e capacità di spostamento richieste. Per andare oltre, o comunque per garantire un livello di sicurezza maggiore, vale la pena adottare il sistema rmc sviluppato appositamente per la realizzazione di pareti alte. 9
muri alti in laterizio per pareti di edifici monopiano ad uso commerciale o industriale prodotti: scheda tecnica Il sistema costruttivo dei rmc si basa sull impiego del mattone semipieno POROTON P49C (fig. 1) che è stato appositamente sviluppato da Cis Edil per creare un sistema costruttivo efficace per la realizzazione di muri alti. Il laterizio per i muri alti Il mattone P49C è caratterizzato da un grande vano asimmetrico, che gli conferisce la forma a C e permette l inserimento di grandi quantità di armatura, oltre che agevolare la posa in opera (vedi la sezione Sistema Costruttivo ). Il mattone P49C è stato sviluppato a partire dal laterizio POROTON P49 (fig. 1) il quale ha il limite di poter ospitare una sola barra 16 negli appositi vani. Il mattone P49 viene adottato nel sistema rmc dei muri alti in alternanza al mattone P49C, e può essere impiegato per realizzare il sistema rmh (vedi la sezione Sistema Costruttivo ). Il sistema dei muri alti è provvisto del mezzo blocco di completamento, mattone POROTON MA98. Fig. 1 - Mattone POROTON P49C e mattone POROTON P49 P49C - 38x25x19 MA98-12x38x19 P49-38x25x19 Tipo Dimensioni (cm) Peso (kg) N. Pezzi / m 3 N. Pezzi / m 2 Trasmittanza (W/m 2 K) P49C 38x25x19 13,7 49 19 MA98 12x38x19 7,4 98 ---- P49 38x25x19 14,3 49 19 0,441 10 WWW.CISEDIL.IT
Bibliografia 1 Comportamento energetico-ambientale di involucri in laterizio, Campioli A., Ferrari S., Lavagna M., Costruire in Laterizio, n.120, 2007 2 Microclima di vino, Gargari C., Costruire in Laterizio, n.120, 2007 3 DISWall, 2005-2007, COOP-CT-2005-18120 Developing innovative systems for reinforced masonry walls, coord. scientifico: Modena C., Università degli Studi di Padova 11
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