Commissione UNI-SC8
Workshop RELUIS – UNI
"Quali Prospettive per l'Eurocodice 8 alla Luce delle Esperienze Italiane"
Napoli, 3 aprile 2009
Edifici in muratura di nuova progettazione:
recenti sviluppi e possibili ricadute
normative
Guido Magenes1 e Claudio Modena2
1Università
2Università
di Pavia, Dipartimento di Meccanica Strutturale
di Padova, Dipartimento di Costruzioni e Trasporti
Sommario della presentazione
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Confronto tra la recente normativa italiana e l’EC8
Cenni ai risultati ottenuti in recenti progetti coordinati
Conclusioni
Principali differenze tra EC8-1 e NTC 2008 (cap.7)
•
Diversa formulazione dei fattori di struttura q (esplicitazione del rapporto di
sovraresistenza e conseguenti valori “raccomandati”)
•
EC8-1 non dà chiare indicazioni su come affrontare la verifica per azioni
fuori piano (sembra addirittura trascurarla, concentrandosi sugli “shear
walls”)
•
•
Sono dati diversi limiti alla ridistribuzione delle azioni (nell’analisi lineare)
•
Criteri per la verifica di resistenza: alcuni dei criteri proposti in EC6 non
sono adeguati al caso sismico (pressoflessione).
•
•
Indicazioni per edifici “semplici”
Analisi statica non lineare: maggiori restrizioni nel caso delle NTC,
mancanza di indicazioni operative in EC8-1 (è necessario rifarsi a EC8-3)
Diversi “valori raccomandati” per i NAD sono irrazionali e se adottati
renderebbero la progettazione in muratura impraticabile
9.3 Tipi di costruzione e fattori di struttura
Type of construction
Behaviour factor q
Unreinforced masonry in accordance with EN 1996
alone (recommended only for low seismicity cases)
1.5
Unreinforced masonry in accordance with EN 1998-1
1.5 - 2.5
Confined masonry
2.0 - 3.0
Reinforced masonry
2.5 - 3.0
•
•
I valori raccomandati sono i limiti inferiori (sottolineati)
•
Non si parla di rapporto di sovraresistenza
Se l’edificio non è regolare in elevazione, il valore di q della tabella precedente
deve essere ridotto del 20%, ma in ogni caso deve essere superiore a q=1.5.
•
Definizione del fattore di struttura q (National Annex) è importante sostenere
l’impostazione italiana (NTC 08):
Tipologia strutturale
q0
Costruzioni in muratura ordinaria
2.0αu/α1
Costruzioni in muratura armata
2.5αu/α1
Costruzioni in muratura armata progettati secondo i
principi di gerarchia delle resistenze
3.0αu/α1
•
Il valore di q=q0xKR.
Se la costruzione è regolare in elevazione, il valore di KR è pari a 1.0
Se la costruzione è regolare in elevazione, il valore di KR è pari a 0.8
•
•
•
•
•
Costruzioni in muratura ordinaria ad un piano
Costruzioni in muratura ordinaria a più piani
Costruzioni in muratura armata ad un piano
Costruzioni in muratura armata a più piani
Costruzioni in muratura armata progettati con GR
αu/α1 = 1.4
αu/α1 = 1.8
αu/α1 = 1.3
αu/α1 = 1.5
αu/α1 = 1.3
9.4 Analisi strutturale
•
Non ci sono indicazioni relative a come valutare l’azione sismica ortogonale al
piano dei muri (nelle NTC 2008 si danno indicazioni)
•
Anche per gli edifici in muratura, come per gli edifici realizzati con gli altri
sistemi costruttivi, si può applicare l’analisi lineare statica solo se gli edifici
sono regolari in elevazione (oltre il rispetto della condizione in cui T1 ≤ 4TC e T1
≤ 2.0 s)
•
Le NTC 2008 consentono l’applicazione dell’analsisi lineare statica anche per
edifici in muratura non regolari in elevazione
•
Nell’EC8-1 capitolo 9 non si danno indicazioni per l’analisi statica non lineare
specificamente per edifici in muratura. L’EC8-1 tratta l’analisi statica non
lineare solo nella parte generale (capitolo 4) e vengono riportate indicazione
nell’EC8-3
•
Le NTC 2008 riportano indicazioni precise sull’applicazione dell’analisi statica
non lineare (es limiti deformativi).
9.4 Analisi strutturale (segue)
•
Nel capitolo 4, l’EC8 consente l’analisi statica non lineare “a meccanismi di
piano” (POR e derivati) nel caso di edifici con numero di piani non superiore a 3 e
nel caso in cui il rapporto h/l delle pareti resistenti sia in media inferiore ad 1
(comportamento dominato dal taglio)
•
Le NTC 2008 non menzionano l’analisi statica non lineare a meccanismi di piano
(l’OPCM sì).
•
Nell’EC8 non viene fatto nessun riferimento alle strutture miste (es. muratura +
c.a.) e ai metodi di analisi da utilizzare su queste strutture.
•
Nelle NTC 2008 si riportano indicazioni su come trattare questa tipologia.
I limiti dell’analisi elastica lineare
Da spettro
elastico
q0
Resistenza
ultima
FSR
Crisi del primo
elemento
FSR
8
I limiti dell’analisi elastica lineare
Quali vie di uscita?
• Modelli non lineari, anche semplificati.
• Analisi lineare con ridistribuzione delle
forze interne
9
Effetto della ridistribuzione delle forze interne
Da spettro
elastico
q0
Resistenza
ultima
FSR
Crisi del primo
elemento
FSR
10
9.4 Analisi strutturale (ridistribuzione dei tagli)
9.4.6) - EC8 La distribuzione del taglio nei diversi pannelli, come ottenuto dalla analisi
lineare, può essere ridistribuita tra i pannelli alle condizioni seguenti:
a) L’equilibrio globale sia rispettato (il modulo e la posizione della forza
risultante di piano restino invariati)
b) Il taglio in ogni pannello non sia nè ridotto più del 25%, nè aumentato
più del 33%
c) Le conseguenze della ridistibuzione sui diaframmi sia tenuta in
considerazione
La ridistribuzione delle forze, come qui definita, è di fatto inutile
nella maggior parte dei casi a causa della limitazione b), troppo
stringente (e senza base scientifica).
9.4 Analisi strutturale (ridistribuzione dei tagli)
NTC 2008
In caso di solai rigidi, la distribuzione del taglio nei diversi pannelli di uno
stesso piano risultante dall’analisi lineare può essere modificata, a
condizione che l’equilibrio globale di piano sia rispettato (il modulo e la
posizione della forza risultante di piano restino invariati) e a condizione che
il valore assoluto della variazione del taglio in ciascun pannello, ∆V,
soddisfi la relazione
∆V ≤ max{0,25|V|, 0.1|Vpiano|}
dove V è il taglio nel pannello e Vpiano è il taglio totale al piano nella
direzione parallela al pannello.
Nel caso di solai deformabili la ridistribuzione può essere effettuata
solamente tra pannelli complanari collegati da cordoli o incatenamenti
ovvero appartenenti alla stessa parete. In tal caso, nel calcolo dei limiti per
la ridistribuzione, Vpiano è da intendersi come la somma dei tagli nei pannelli
complanari ovvero appartenenti alla stessa parete.
9.5 Criteri di progettazione e regole costruttive
•
In base all’EC8, la connessione tra solai e pareti può essere costituita da tiranti in
acciaio o cordoli in c.a..
9.5.2 Requisiti aggiuntivi per la muraturra non armata secondo EN 1998-1
•
I cordoli orizzontali in c.a. devono essere realizzati con un’armatura longitudinale
minima pari a 200 mm2. Æ MOLTO BASSA (Sarebbero necessarie solo 4 barre
φ 8 correnti)
•
Non vi è nessuna indicazione sull’armatura trasversale minima da disporre nei
cordoli in c.a.
9.5.4 Requisiti aggiuntivi per la muratura armata
•
Devono essere predisposte barre di diametro non inferiore a 4 mm piegate
intorno alle barre verticali alle estremità delle pareti Æ Le NTC indicano barre
non inferiori a 5 mm.
•
La % minima di armatura verticale distribuita nella parete dovrà essere superiore
allo 0.08% Æ La percentuale è piuttosto elevata, tenendo conto che è aggiuntiva
alla armatura concentrata. Nelle NTC è pari allo 0.05%.
9.6 Verifiche di sicurezza
•
Le verifiche di sicurezza allo SLU di ciascun elemento strutturale vanno
svolte secondo EC6 (EN 1996-1-1). Problemi:
-
I criteri di verifica a pressoflessione per azioni nel piano dell’EC6 non sono
adeguati al caso sismico. Le NTC 2008 propongono al capitolo 7 criteri più
semplici ed adeguati, adatti a situazioni in cui la snellezza dei muri non è
eccessiva (come è imposto dai requisiti della tabella 7.8.II). I criteri delle NTC
sono analoghi ai criteri proposti nell’EC8 parte 3 (edifici esistenti).
-
I metodi di verifica delle travi in muratura dell’EC6 sono inadeguati nel caso di
azione sismica (la verifica è necessaria se le travi di accoppiamento vengono
considerate nel modelllo). Le NTC al capitolo 7 forniscono dei criteri (per quanto
in corso di verifica).
-
Non ci sono indicazioni relative alle verifiche di sicurezza nel caso di analisi non
lineari (in particolare analisi statiche non lineari), ad esempio relativamente alla
capacità deformativa (limiti di deformazione). Le uniche indicazioni sono riportate
nell’EN 1998-3 (edifici esistenti).
9.7 Regole per “edifici semplici”
•
Tabella 9.3 (National Annex) I valori “raccomandati” in EC8 sono senza senso (ricavati da
analisi elastiche); I valori proposti nelle NTC sono ricavati da analisi non lineari)
9.7 Regole per “edifici semplici”
•
Tabella 9.3 (National Annex) I valori “raccomandati” in EC8 sono senza senso
(ricavati da analisi elastiche) Æ I valori delle NTC 2008 sono più razionali
(ricavati da analisi non lineari)
•
La condizione 9.7.2.(3).b): le pareti resistenti devono garantire un minimo di 2
pareti parallele posizionate in 2 direzioni perpendicolari, la cui lunghezza sia
superiore al 30% della lunghezza dell’edificio nella direzione della parete
considerata (conferimento di rigidezza torsionale adeguata).
Æ Condizione troppo restrittiva, la cui origine è dubbia (perchè il 30% e non il
40% o il 20%?) che condiziona molto la progettazione.
•
La condizione 9.7.2.(4): Nei casi di bassa sismicità la lunghezza delle pareti
richiesta al punto precedente può essere costituita dalla somma delle lunghezze
delle pareti resistenti separate da aperture. In questo caso, almeno una parete
resistente in ogni direzione deve avere una lunghezza, l, non inferiore a quella
corrispondente a 2 volte il valore minimo di l/h.
Æ Condizione che non presenta particolari problemi di applicazione
9.7 Regole per “edifici semplici” (segue)
Quanto richiesto dalle NTC in merito ai requisiti di lunghezza dei muri è meno
vincolante dal punto di vista della progettazione architettonica:
“In ciascuna delle due direzioni siano previsti almeno due sistemi di pareti di
lunghezza complessiva, al netto delle aperture, ciascuno non inferiore al 50%
della dimensione della costruzione nella medesima direzione. Nel conteggio
della lunghezza complessiva possono essere inclusi solamente setti murari
che rispettano i requisiti geometrici della Tab. 7.8.II. La distanza tra questi due
sistemi di pareti in direzione ortogonale al loro sviluppo longitudinale in pianta
sia non inferiore al 75 % della dimensione della costruzione nella medesima
direzione (ortogonale alle pareti). Almeno il 75 % dei carichi verticali sia portato
da pareti che facciano parte del sistema resistente alle azioni orizzontali.”
•
EC8-1 non richiede alcuna verifica approssimata della compressione media
verticale. Le NTC richiedono questa verifica.
Recenti sviluppi
A partire dal 2004 ha ripreso quota la ricerca
sperimentale nel campo della muratura strutturale per le
nuove costruzioni:
- Progetti coordinati europei (ESECMaSE, DISWall)
- Progetti finanziati dall’industria (produttori blocchi
laterizio, produttori blocchi AAC…)
Elementi di novità:
- Nuove normative sismiche (EC8, OPCM 3274)
- Nuovi sistemi costruttivi: blocchi rettificati e giunti
sottili, uso di giunti verticali a secco…
Progetto ESECMaSE (FP-6) (Università di Pavia)
Envelopes and bilinear curves
250
Cycle 1
200
Bilinear_cycle 1(+)
Bilinear_cycle 1(-)
150
Cycle 2
Bilinear_cycle 2(+)
Bilinear_cycle 2 (-)
100
Cycle 3
Force [KN]
Bilinear_cycle 3 (+)
50
Bilinear_cycle 3 (-)
-15.0
-10.0
-5.0
0
0.0
-50
-100
-150
-200
-250
Displacement [mm]
5.0
10.0
15.0
Progetto ANDIL (Università di Padova, 2004-06)
blocchi rettificati
blocchi ad incastro
blocchi con tasca
TMC(0.27) - Cyclic test
180
H [kN]
150
120
90
60
30
0
-5
-4
-3
-2
-1
-30
0
1
2
3
4
δ [mm]
-60
-90
-120
-150
-180
experimental
numerical
5
Progetto DISWall (FP-6) (Università di Padova, 2006-08)
Principali risultati scaturiti dalle ricerche
-I limiti di deformabilità nel caso di rotture per taglio
sono più bassi dello 0.4% per alcune tipologie di
muratura non armata (drift ultimi pari a 0.2-0.25%)
-Ciò nonostante, in base alle simulazioni numeriche
svolte a valle delle sperimentazioni è possibile fare
riferimento ad un q0 pari a 1.5-1.75, da moltiplicare per il
rapporto di sovraresistenza (q risultante 2.5-3)
Proposed values
F
MP TGT
q
3.00 3.00
2.50
q* (q0)
1.75 1.75
1.50
OSR (αu/α1)
1.70 1.70
1.70
(D: 2500 mm; H:2600 mm; t: 300 mm)
Envelopes and bilinear curves
400
(Wall CL05 ESECMaSE)
Cycle 1
Bilinear_cycle 1(+)
300
Bilinear_cycle 1(-)
Cycle 2
Bilinear_cycle 2(+)
200
Bilinear_cycle 2 (-)
Cycle 3
100
Force [KN]
Bilinear_cycle 3 (+)
Bilinear_cycle 3 (-)
-8.0
-6.0
-4.0
-2.0
0
0.0
-100
δu,min = 0.25%
2.0
4.0
6.0
q0,min∈ [1.7; 2.2]
8.0
n-storey
-200
-300
-400
Displacement [mm]
one-storey
Principali risultati scaturiti dalle ricerche
(segue)
- Sembra
esserci un effetto delle dimensioni dei
campioni di prova sui risultati, in particolare per quel
che riguarda la capacità deformativa ultima (le prove su
campioni di dimensioni maggiori tendono a mostrare
maggiore fragilità)
-Le capacità deformative variano sensibilmente a
seconda dei materiali (laterizio vs. calcestruzzo con
inerti leggeri vs. AAC vs. silicato di calcio…..) e anche
all’interno dello stesso materiale, a seconda della
tipologia di blocco e di costruzione (giunti vericali a
secco…).
Principali risultati scaturiti dalle ricerche
(segue)
-Per la muratura armata si confermano valori di q0 pari a
2.5-3.0 (il valore più alto nel caso di progettazione con la
gerarchia delle resistenze).
-Si conferma per la muratura armata la necessità di
modificare le formule di resistenza a taglio
dell’Eurocodice (le NTC danno risultati più
soddisfacenti)
-E’ possibile sviluppare dei metodi di verifica razionali
per pressoflessione fuori del piano, specifici per la
muratura armata, tenendo conto dei fenomeni
geometrici del secondo ordine.
Commenti conclusivi
- A differenza dell’EC8-3, si ritiene che per quanto riguarda le
murature sia possibile introdurre modifiche all’EC8-1, senza
alterarne significativamente l’organizzazione ed impostazione.
- La diversità di comportamento tra diverse tecniche murarie e la
continua evoluzione tecnologica sembra richiedere una
differenziazione di alcuni parametri di riferimento per la
progettazione (ad es. limiti di deformazione, fattore di struttura)
- Sembra opportuno puntare ad un sistema normativo in cui si
definiscano dei protocolli per la qualifica dei sistemi costruttivi
relativamente all’impiego in campo sismico, in modo che non venga
ostacolato lo sviluppo di nuove tecnologie, mantenendo un
controllo rigoroso dei livelli prestazonali e di sicurezza.
Commenti conclusivi
- Il sistema di verifica basato sull’analisi lineare con fattore di
struttura q e verifiche in resistenza presenta una serie di limitazioni
che potrebbero essere superate puntando a verifiche basate sul
controllo delle deformazioni. Questo consentirebbe di superare le
incongruenze legate all’uso contemporaneo di fattori di
sovraresistenza e di limiti alla ridistribuzione delle azioni interne.
(Obiettivo per la “prossima generazione di normative”?)
-Ovviamente l’uso dell’analisi non lineare non è soggetto a questo
tipo di problematiche
-L’uso di una metodologia di progetto e verifica basata sul controllo
delle deformazioni consentirebbe di affrontare coerentemente
anche il progetto e la verifica delle strutture miste.