Strutture di muratura: EC6 parte 1.2. Mauro Sassu Dipartimento di Ingegneria Strutturale Università di Pisa e-mail: m.sassu@unipi.it 23/09/2008 M.Sassu 1
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
Dati normativi a cura delle singole nazioni (N.A.D.) 23/09/2008 M.Sassu 3
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
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
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
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
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
Tabelle nazionali (requisito REI) Estratto da circolare applicativa DM 16.02.2007 Materiale Tipo blocco 30 60 90 120 180 240 Laterizio Pieno (foratura 15%) 120 150 170 200 240 300 Laterizio (*) Semipieno e forato (15% < foratura 55 %) 170 170 200 240 280 330 Calcestruzzo Pieno, semipieno e forato (foratura 55 %) 170 170 170 200 240 300 Calc leggero (**) Pieno, semipieno e forato (foratura 55 %) 170 170 170 200 240 300 Pietra squadrata Pieno (foratura 15 %) 170 170 250 280 360 400 (*) 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
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 15080 parte 12.: Applicazione estesa di test di resistenza all incendio per pareti portanti. pren 15254 parte 2.: Applicazione estesa di test di resistenza all incendio per pareti portanti. 23/09/2008 M.Sassu 10
Analisi della resistenza all incendio di murature - metodo prescrittivo - 23/09/2008 M.Sassu 11
Analisi della resistenza all incendio di murature - metodo prestazionale - 23/09/2008 M.Sassu 12
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
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
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
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
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
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 1996 1.1.) A θ1 : area della parte integra A θ2 : area della parte indebolita 23/09/2008 M.Sassu 18
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
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 1996.1.2. (blocchi in calcio-silicato) 23/09/2008 M.Sassu 20
Metodo di calcolo semplificato Determinazione di Φ: (da EN 1996 1.1 punto 6.1.2.2 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
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
Determinazione di c Test di compressione in temperatura su cilindri (laboratorio VVF di Capannelle - Roma) Campioni: Cilindri D=75-100 mm H= 150-200 mm 23/09/2008 M.Sassu 23
Curve di raffreddamento dei cilindri (tecnica del thermos preriscaldato ) M. Caciolai -2008 Curva di raffreddamento cilindri c.a. con thermos preriscaldato a 200 C - 21.04.08 700 600 500 Temperatura ( C) 400 300 200 100 0 9.00 9.15 9.30 9.45 10.00 10.15 10.30 10.45 11.00 11.15 11.30 11.45 12.00 12.15 12.30 12.45 13.00 13.15 13.30 13.45 14.00 14.15 14.30 14.45 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 - 21.04.08 650 600 587 586 Temperatura ( C) 550 500 570 450 400 13.55 13:58 14:00 Tempo (hh:mm) TK Forno Th 1 Th 3 Th 5 23/09/2008 M.Sassu 24
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
Metodo di calcolo avanzato Proprietà termiche Esempio di blocchi in laterizio da EN 1996.1.2. figura D.1.a allegato D 23/09/2008 M.Sassu 26
Metodo di calcolo avanzato Proprietà meccaniche Esempio di dilatazione termica per blocchi in laterizio da EN 1996.1.2. figura D.2.a allegato D 23/09/2008 M.Sassu 27
Metodo di calcolo avanzato Proprietà meccaniche Esempio di diagrammi sforzo-deformazioni per blocchi in laterizio da EN 1996.1.2. figura D.2.b allegato D N.B.: gli sforzi sono adimensionalizzati rispetto alla resistenza massima a freddo 23/09/2008 M.Sassu 28
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 1996.1.2. 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
Esempio di dominio di rottura Parete in cls autoclavato s=15 cm Dominio di "Crash" 0.9 0.8 0.7 0.6 Nu/fu0 t 0.5 0.4 0.3 0.2 30 min 60 min 90 min 120 min 150 min 180 min 0.1 0-0.6-0.4-0.2 0 0.2 0.4 0.6 Andreini & Sassu - 2008 e/t 23/09/2008 M.Sassu 30
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