La muratura portante nelle NTC18: l'analisi di Paolo Morandi di Eucentre | Ingegneri.info

La muratura portante nelle NTC18: l’analisi di Paolo Morandi di Eucentre

Le NTC2018 introducono alcune novità in merito alle nuove costruzioni in muratura portante. Abbiamo approfondito il tema intervistando l'ing. Paolo Morandi, ricercatore presso la Fondazione Eucentre

L'ing. Paolo Morandi, Eucentre
L'ing. Paolo Morandi, Eucentre
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L’aggiornamento delle Norme Tecniche delle Costruzioni, NTC 2018, è ancora orfano della circolare esplicativa rispondente. Tuttavia, se per le costruzioni esistenti, questo rappresenta una mancanza, per le costruzioni di nuova progettazione molti aspetti innovativi delineano già il cambiamento e l’approccio alla progettazione.

In merito alle costruzioni in muratura abbiamo contattato l’ingegnere Paolo Morandi, ricercatore presso la Fondazione Eucentre (di cui abbiamo pubblicato un’analisi delle NTC18 in questo articolo) di Pavia, riferimento nazionale per la ricerca sulle strutture, nell’ambito delle costruzioni in muratura portante, che ci ha illustrato nel dettaglio le novità contenute nelle NTC2018:

Concetto di robustezza

La robustezza è tra le novità delle NTC18: questo parametro come si riflette sul costruito di nuova progettazione in muratura portante, ovvero su quali aspetti e verifiche incide?
Per qualsiasi sistema costruttivo, la robustezza rappresenta la capacità di una struttura di evitare crolli o danni ingenti a livello globale nel caso in cui, a causa di azioni eccezionali (per es. incendi, esplosioni, urti) o anche di eventi sismici, dovessero collassare o subire danni molto gravi uno o pochi elementi strutturali. Tanto per intenderci, se dovessero danneggiarsi fortemente o addirittura crollare una parete o un pilastro di un edificio, una struttura “robusta” non collasserebbe ma riuscirebbe comunque a garantire la stabilità globale e dunque rimarrebbe “in piedi”.

Gli edifici in muratura portante moderna realizzati secondo le indicazioni delle NTC 2018 garantiscono un elevato livello di robustezza in quanto risultano fortemente “iperstatici” (ridondanti) grazie alle connessioni tra pareti e solai (i quali devono essere sufficientemente rigidi e resistenti nel proprio piano) attraverso cordoli in c.a., all’ammorsamento tra le pareti perpendicolari ed all’incatenamento tra i muri paralleli a livello dei solai; tutti dettagli che consentono di ottenere un adeguato comportamento “scatolare” d’insieme.

Inoltre, negli edifici in muratura la robustezza viene anche garantita a livello dei pannelli murari attraverso le prescrizioni relative:

  • allo spessore minimo ed alla snellezza massima delle pareti, alla resistenza minima dei blocchi e delle malte,
  • allo spessore minimo dei setti interni ed esterni ad alla percentuale massima di foratura nei blocchi forati.

Tra l’altro, proprio la reintroduzione della limitazione degli spessori minimi dei setti dei blocchi forati, già presente nel DM’87 ma scomparsa nelle NTC2008, rappresenta uno dei tanti aspetti di novità delle NTC2018.

Alcune di queste limitazioni risultano chiaramente più stringenti per strutture ubicate in zona sismica.

L’introduzione della muratura confinata, quale tecnologia impiegata in Europa, secondo quali limiti statici e sismici può essere impiegata? Nei Paesi dove è impiegata c’è un grado di sismicità paragonabile con l’Italia?
Permettetemi di dire che, finalmente, grazie alle NTC2018 è stata introdotto anche in Italia il sistema costruttivo in muratura confinata che mai, prima d’ora, era stato esplicitamente inserito nelle normative tecniche nazionali, sebbene fosse già incluso da molti anni negli Eurocodici.

Si pensi che la muratura confinata si è proprio sviluppata in Italia nella ricostruzione dopo il terremoto del 1908 di Reggio e Messina ed è attualmente impiegata da tempo ed in modo diffuso in numerosissimi Paesi al mondo, in particolare in America Latina.

Esempio di muratura confinata (Fondazione Eucentre - Ing. Paolo. Morandi)

Esempio di muratura confinata (Fondazione Eucentre – Ing. Paolo. Morandi)

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Tale sistema costruttivo ha molti punti a suo favore: la maggior resistenza e duttilità laterale delle pareti grazie all’ammorsamento tra corpo murario e “pilastrini” in c.a., da realizzarsi ai bordi liberi, agli incroci ed all’interno delle pareti; questi aspetti forniscono senz’altro migliori prestazioni sismiche rispetto alla muratura non armata e costi di realizzazione comunque competitivi, di poco superiori rispetto a quelli della muratura ordinaria.

In alcuni dei Paesi in cui è utilizzata, penso per esempio ad alcune nazioni del Sudamerica (come la Colombia, il Perù ed il Cile) e dell’Europa (come la Slovenia e la Croazia) il grado di sismicità è paragonabile a quello delle zone italiane con maggior pericolosità.

Va però sottolineato che a livello europeo la conoscenza del comportamento strutturale della muratura confinata, in particolare quando soggetta azioni sismiche, è ancora piuttosto limitata ed i criteri progettuali dell’EC6 e dell’EC8, a cui le NTC2018 fanno spesso riferimento, non sono perfettamente allineati con la letteratura tecnica specifica o con le esperienze normative dei Paesi extraeuropei. Ritengo dunque che ci sia molto spazio per la ricerca scientifica ed industriale su questo sistema costruttivo, sia per quanto riguarda il miglioramento dei criteri progettuali sia l’implementazione di innovativi dettagli costruttivi.

I giunti sottili di malta e quelli a tasca: quali peculiarità costruttive hanno e sotto quali condizioni possono essere adottati?
L’uso di giunti di malta sottili (spessore compreso tra 0.5 mm e 3 mm) e/o di giunti verticali a secco, viene limitato ad edifici con numero di piani fuori terra non superiore a quanto specificato nella parte relativa alla progettazione per azioni sismiche ed altezza interpiano massima di 3.5 m. Nella Ntc2018 viene anche definito il caso di utilizzo di elementi per muratura che fanno affidamento a tasche per riempimento di malta; in questo caso, i giunti verticali possono essere considerati riempiti se la malta è posta su tutta l’altezza del giunto su di un minimo del 40% della larghezza dell’elemento murario, esattamente come specificato nell’Eurocodice 6.

 

 

 

Muratura_giunti_sottili_progetto ESECMase (Fondazione Eucentre - Ing. Paolo. Morandi)

Muratura giunti sottili progetto ESECMase (Fondazione Eucentre – Ing. Paolo. Morandi)

Sezione di muro con blocchi a tasca (Fondazione Eucentre - Ing. Paolo. Morandi)

Sezione di muro con blocchi a tasca (Fondazione Eucentre – Ing. Paolo. Morandi)

In funzione della pericolosità sismica del sito, si danno ulteriori limitazioni sull’altezza massima e sul numero dei piani dell’edificio; in particolare, l’uso di giunti sottili è consentito esclusivamente per edifici caratterizzati allo SLV, da agS ≤0,15 g, con le seguenti limitazioni:

  • altezza massima, misurata in asse allo spessore della muratura: 10,5 m se agS ≤ 0,075 g; 7 m se 0,075 g < agS ≤ 0,15 g;
  • numero dei piani in muratura da quota campagna: ≤ 3 per agS ≤ 0,075g; ≤ 2 per 0,075g < agS  ≤ 0,15g.

L’uso di giunti verticali non riempiti è consentito esclusivamente per edifici caratterizzati, allo SLV, da agS ≤ 0,075g, costituiti da un numero di piani in muratura da quota campagna non maggiore di due e altezza massima di 7 m.

Viene inoltre prescritto che gli elementi per muratura con giunti sottili e/o giunti verticali a secco debbano soddisfare le seguenti limitazioni: spessore minimo dei setti interni pari a 7 mm, spessore minimo dei setti esterni pari a 10 mm, percentuale massima di foratura pari al 55%.

Di fatto, si tratta di una ripetizione di prescrizioni già riportate al capitolo 4 delle NTC2018.

Tale ripetizione, che ritengo non necessaria, non deve portare a dubbi interpretativi in merito ai requisiti geometrici degli elementi; in particolare, la percentuale massima di foratura per gli elementi artificiali scende al 45% qualora agS sia maggiore di 0,075g, in modo analogo a quanto richiesto per la muratura con giunti ordinari.

Edifici semplici: la trasformazione della verifica delle tensioni ammissibili?
Le NTC2018 hanno revisionato in maniera appropriata la verifica semplificata degli edifici in muratura, il cosiddetto “edificio semplice”. In pratica, si è potuto “sistemare” un aspetto formale ma sicuramente importante, modificando il titolo del paragrafo che nelle NTC 2008 era stato impropriamente chiamato “Verifiche alle tensioni ammissibili” ma che nulla aveva a che vedere con la verifica alle tensioni ammissibili.

Premesso ciò, per quelle strutture in muratura di nuova progettazione che rispettano alcune condizioni geometriche e costruttive è possibile effettuare verifiche di sicurezza estremamente semplificate, andando a limitare la tensione verticale media di piano ed a verificare che la percentuale di muratura nelle due direzioni principali (rapporto tra la somma delle aree dei muri e l’area dell’impalcato) sia superiore ad alcuni limiti (per esempio, nel caso di azioni non sismiche, al 3.5%, 4.0% e 4.5% rispettivamente per edifici a uno, due e tre piani).

I requisiti per l’applicabilità del metodo semplificato dell’edificio (o costruzione) “semplice” per le verifiche ai carichi non sismici garantiscono un buon comportamento d’insieme della struttura, senza risultare eccessivamente stringenti.

Ritengo che questi aspetti rendano il metodo dell’edificio “semplice” particolarmente attraente tra i progettisti in quanto rapido, efficace e di semplice applicazione. è bene ricordare, tuttavia, che il rispetto dei requisiti e la verifica della tensione verticale massima di piano non garantisce il progettista nei confronti di eventuali problemi “locali”, come quello, ad esempio, della eccessiva compressione sotto carichi concentrati (si pensi ad una trave in c.a. in appoggio diretto su una parete in muratura ad essa trasversale), che devono essere prevenuti e risolti con adeguati accorgimenti costruttivi o eventuali verifiche locali.

Il calcolo del periodo fondamentale attraverso la conduzione preliminare di un’analisi modale: ha senso parlare di analisi lineari ed elastiche per le murature?
Per quanto riguarda l’applicazione dell’analisi elastica e lineare, le NTC 2018 hanno introdotto, rispetto alle precedenti Norme, una nuova espressione semplificata per la valutazione del periodo del modo di vibrare principale nella direzione in esame (T1), in alternativa alla valutazione con analisi modale. Mentre nelle NTC 2008 e nell’EC8 T1 può essere calcolato semplicemente conoscendo l’altezza H della costruzione attraverso l’utilizzo della ben nota espressione T1=0.05∙H3/4, nelle nuove NTC il periodo del modo principale di vibrare può essere calcolato conoscendo lo spostamento laterale elastico del punto più alto dell’edificio, prodotto dai carichi verticali nella combinazione sismica applicati nella direzione orizzontale.

Purtroppo, questa variazione comporta al progettista di dover obbligatoriamente sempre preparare, per la valutazione del periodo T1, un modello strutturale dell’edificio.

A parte questo “inconveniente”, per la progettazione sismica degli edifici in muratura l’analisi elastica e lineare rimane ancora oggi un criterio molto utilizzato (rappresenta lo “standard” nel caso di edifici in muratura armata), principalmente grazie alla sua semplicità ed alla maggiore confidenza nel controllo dei risultati. Infatti, sebbene sia noto che le analisi statiche non lineari (“pushover”) forniscano una risposta più aderente alla realtà e siano oggigiorno sempre più abbordabili grazie al continuo miglioramento di software dedicati, le analisi lineari rappresentano ancora un buon compromesso anche nel caso di edifici in muratura non armata, soprattutto in zone a medio/bassa sismicità. Ritengo che tutto ciò sia anche favorito da una migliore definizione dei fattori di struttura (come prodotto tra il fattore base q* ed il “rapporto di sovraresistenza” au/a1) e del criterio della ridistribuzione delle forze rispetto a quanto riportato nell’attuale versione dell’Eurocodice 8.

Il fattore di struttura q
Come prima cosa, è curioso notare come nelle nuove Norme, la denominazione “fattore di struttura”, finora adottata in Italia, sia stata sostituita con “fattore di comportamento”, analogo al “behaviour factor” della versione inglese degli Eurocodici.

Inoltre, i valori di q* sono stati raccolti in un’unica tabella nella parte generale del § 7, mentre nelle NTC 2008 sono inseriti nei capitoli specifici dei diversi sistemi costruttivi.

Ntc a confronto

 

Ntc 2008 Ntc 2018
q* αu1 q* αu/α1
Costruzioni di muratura ordinaria 2.0 1.8 (1.4) 1.75 1.7
Costruzioni di muratura armata 2.5 1.5 (1.3) 2.5 1.5
Costruzioni di muratura armata con progettazione in capacità 3.0 1.3 3.0 1.3
Costruzioni di muratura confinata 2.0 1.6

Tabella 1. Confronto tra valori dei fattori di struttura q delle Ntc 2008 con quelli delle Ntc 2018. I valori indicati tra parentesi si riferiscono agli edifici ad 1 piano.

Passando agli aspetti sostanziali, si può notare che nelle NTC 2018 i valori del fattore di struttura q da utilizzare nelle analisi elastiche e lineari degli edifici in muratura ordinaria sono stati oggetto di revisione a seguito dell’evidenza, scaturita da sperimentazioni su pareti con blocchi semipieni soggette ad azioni cicliche nel piano, di una ridotta capacità deformativa ultima rispetto ai valori comunemente utilizzati in precedenza, riferiti principalmente a murature “tradizionali” di mattoni.

Adottando questi limiti deformativi aggiornati ed a seguito di una vasta ricerca numerica di tipo parametrico su diverse configurazioni di edifici in muratura non armata, si sono ricavati i nuovi valori del fattore di struttura q (q*∙αu1), riportati sinteticamente nella tabella seguente, insieme ai valori corrispondenti previsti dalle NTC 2008.

Dal confronto tra i valori di q, si può notare come, per edifici regolari a 2 o più piani, il fattore di struttura si riduca da 3.6 a circa 3.0; sono stati inoltre introdotti i valori relativi alla muratura confinata adottando, per q*, il valore raccomandato dall’EC8 – Parte 1 e per αu1 un valore intermedio tra quelli relativi alla muratura ordinaria ed alla muratura armata. Nessuna variazione è stata invece apportata al fattore di struttura per la muratura armata.

Come cambia, per la DL, il controllo del materiale strutturale in cantiere (la novità dei provini di malta)?
Un’altra importante novità delle nuove NTC 2018 è l’introduzione dell’obbligo del controllo di accettazione in cantiere da parte del Direttore dei Lavori oltre che sui blocchi di muratura, anche sulle malte ad uso strutturale, attraverso opportuni prelievi.

Prova di accettazione del blocco in laterizio

Prova di accettazione del blocco in laterizio (Fondazione Eucentre – Ing. Paolo Morandi)

 

Prova di accettazione della malta

Prova di accettazione della malta (Fondazione Eucentre – Ing. Paolo Morandi)

Le malte possono essere prodotte in fabbrica, come malte a prestazione garantita o a composizione prescritta, oppure prodotte in cantiere mediante la miscelazione di sabbia, acqua ed altri componenti leganti e definite dalle specifiche di progetto.

Il controllo di accettazione va eseguito su miscele omogenee e prevede il campionamento di almeno 3 provini prismatici 40 x 40 x 160 mm ogni 350 m3 di muratura realizzata con la stessa miscela nel caso di malte a composizione prescritta o prodotte in cantiere, oppure ogni 700 m3 di muratura realizzata con la stessa miscela nel caso di malte a prestazione garantita, da sottoporre a flessione, e quindi a compressione sulle 6 metà risultanti, secondo quanto indicato nella norma UNI EN 1015‐11.

Il valore medio delle resistenze a compressione misurate deve risultare maggiore o uguale del valore di progetto.

Per quanto invece riguarda i blocchi, il controllo di accettazione in cantiere ha lo scopo di accertare se gli elementi da mettere in opera abbiano le caratteristiche dichiarate dal fabbricante, e viene eseguito in termini di resistenza a compressione degli elementi resistenti.

Diversamente dalle NTC 2008, nelle NTC2018 il controllo di accettazione dipende dal tipo di resistenza dichiarata dal fabbricante (media o caratteristica) ed il numero di controlli viene distinto in funzione del volume (in m3) di fornitura degli elementi e della Categoria di appartenenza (Categoria I e II). In ogni caso, come minimo, ogni campione sarà costituito da un numero di elementi da sottoporre a prova di compressione maggiore o uguale a 6 (nelle NTC 2008 era di 9).

Prova su tavola vibrante di edificio in scala in muratura portante
Il prototipo riportato nel video corrisponde ad una tipologia costruttiva molto utilizzata in Svizzera caratterizzata da una muratura portante ordinaria con un setto in c.a. per lato.

"Dynamic testing of a four-storey building with reinforced concrete and unreinforced masonry walls: prediction, test results and data set" di K. Beyer, M. Tondelli, • S. Petry, S. Peloso

Dynamic testing of a four-storey building with reinforced concrete and unreinforced masonry walls: prediction, test results and data set” di K. Beyer, M. Tondelli, • S. Petry, S. Peloso+

Chi è Paolo Morandi

Paolo Morandi è ingegnere strutturista e ricercatore presso la fondazione EUCENTRE di Pavia. Si occupa da oltre 15 anni di ricerca numerico-sperimentale, consulenza e progettazione sismica di edifici, in particolare in muratura ed in c.a. con tamponature. Ha contribuito alla revisione delle normative nazionali e degli Eurocodici sugli aspetti legati alla progettazione statica e sismica degli edifici in muratura portante.

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