L’influenza del grado di connessione tra le pareti ortogonali sul comportamento sismico degli edifici in muratura

La complessità della valutazione della scurezza sismica degli edifici in muratura

Il tema della modellazione strutturale degli edifici in muratura soggetti ad azioni sismiche è di grande attualità e di significativa complessità, soprattutto nel caso di edifici esistenti (Berti et al., 2017; Calderoni et al., 2015 e 2017; Quagliarini et al., 2017).

Tali complessità derivano non solo da irregolarità dovute alla configurazione geometrica in pianta e in elevazione, ma anche dalla stratificazione di diverse regole e tecniche costruttive che si sono susseguite nel tempo. Ciò rende tali edifici non facilmente schematizzabili, soprattutto quando si utilizzano approcci di modellazione sviluppati per analizzare il comportamento di costruzioni più moderne (e.g. l’edificio “semplice” previsto dalle attuali normative Italiane).

Allo stato attuale differenti sono i metodi ed i criteri di modellazione delle strutture murarie (Lagomarsino et al., 2013; Parisi e Augenti, 2013 Magenes et al., 2015, Berti et al., 2017). Sicuramente l’approccio più utilizzato, e di più facile applicabilità anche nella pratica progettuale, sia per lo svolgimento delle analisi lineari che nonlineari, è quello a telaio equivalente. Molteplici, però, sono anche le complessità che riguardano la modellazione a telaio - quali la modellazione geometrica delle aste nel caso di pareti con vani non allineati, estensione dei tratti rigidi, il ruolo della fascia di piano etc. - molte delle quali ancora irrisolte, o per lo meno interpretate in maniera differente dai ricercatori del settore (Calderoni et al., 2017; Cattari et al., 2018).

Analisi critica dei metodi di analisi statica lineare e non lineare per la valutazione di edifici in muratura
Analisi delle differenze tra l'applicazione di un'analisi statica lineare e di un'analisi pushover ad edifici esistenti in muratura.
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La modellazione dei maschi murari 

In questo articolo è stata focalizzata l’attenzione su uno dei “dettagli” di modellazione dei maschi murari: l’influenza del grado diconnessione delle pareti ortogonali (ai maschi murari) sul comportamento sismico globale dell’edificio. Infatti, nei casi di accertata efficacia delle connessioni tra le pareti ortogonali appare opportuno non trascurare la loro influenza.
Nel dettaglio, ciò si sostanzia nel considerare un ingrandimento della sezione dei maschi murari di ciascuna parete, che da rettangolare assume la forma a L o a T. Questo si ottiene aggiungendo alla sezione rettangolare originaria (anima) una porzione di ala (maschio ortogonale) avente dimensione più o meno estesa, in relazione al livello di ammorsamento ipotizzato.

L’introduzione di porzioni di ala comporta, da un lato, un incremento di carico assiale sui maschi murari (il cui effetto è certamente positivo) e dall’altro un incremento della rigidezza laterale globale della struttura, a causa della variazione di geometria delle sezioni degli elementi strutturali.

Ovviamente, l’incremento di carico assiale influisce anche sulla definizione delle resistenze ultime a taglio e presso-flessione dei maschi murari.

Generalmente nei programmi di calcolo commerciali viene considerata una dimensione dell’ala pari all’intera lunghezza del maschio ortogonale. E’ ovvio che tale scelta risulta arbitraria, in quanto dovrebbe essere correlata alla resistenza a taglio (in direzione verticale) della muratura in corrispondenza della connessione, ovvero alla capacità di sopportare lo scorrimento tra ala ed anima.

Analisi dell'influenza su due casi studio

Al fine di valutare tale influenza sono stati analizzati due casi studio: (i) edificio semplice (monocellula), denominato CS; (ii) edificio reale, denominato CR.
Per entrambi, una volta considerati impediti i meccanismi fuori dal piano, sono stati ipotizzati diversi livelli di ammorsamento tra le pareti ortogonali. Entrambi i casi studio rientrano tra le strutture benchmark scelte nell’ambito del progetto ReLUIS (Linea Strutture in Muratura) per la valutazione dell’affidabilità dei codici di calcolo (Cattari et al. 2017, Cattari et al. 2018).

Uso dei codici di calcolo per l’analisi sismica nonlineare di edifici in muratura: confronto tra diversi software
L’articolo presenta il confronto dei risultati ottenuti su un edificio in muratura da analisi statiche nonlineari utilizzando diversi software, disponibili anche a livello professionale, che operano nell’ambito di vari approcci di modellazione.
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La descrizione dei due casi studio

L’edificio semplice (monocellula - CS) esaminato è realizzato in muratura ordinaria, si sviluppa su due livelli, e presenta due differenti configurazioni geometriche della disposizione delle aperture (Fig. 1). In particolare, il caso CS1 presenta due pareti regolari (tipo A) in direzione X costituite da quattro vani allineati in altezza ed in lunghezza (due al piano terra e due al piano primo) e due pareti cieche in direzione Y (Fig. 1). Il caso CS2, invece, in direzione X presenta sia una parete di tipo A sia una parete di tipo B, quest’ultima costituita da due vani allineati in altezza (uno al piano terra ed una al piano primo) e due pareti cieche in direzione Y (Fig. 1).
Il solaio è stato considerato come infinitamente rigido nel piano orizzontale. Lo spessore delle pareti è stato assunto pari a 0,25 m.
In Tab. 1 sono riportate le caratteristiche della muratura adottata.

Il secondo edificio (reale) esaminato è una scuola esistente realizzata con struttura in muratura e danneggiato a seguito degli eventi sismici del Centro Italia 2016-17 (Fig. 2). 

Figura 1. Configurazioni geometriche edificio semplice

Inoltre, tale costruzione è stata oggetto di monitoraggio strutturale nell’ambito dell’Osservatorio Sismico delle Strutture (OSS).
Esso si sviluppa su quattro livelli di cui tre fuori terra (piano rialzato a quota +70 cm rispetto a terra, piano primo e sottotetto) per un volume costruito complessivo di circa 4800 m³ su un’area in pianta di 600 m2 circa. Presenta una pianta di forma irregolare assimilabile ad una ”T” capovolta costituita da un corpo di forma rettangolare e allungato in direzione NO-SE e da un secondo corpo di dimensioni inferiori ortogonale al primo e ad esso continuo ed ammorsato (Fig. 3).

Il manufatto, costruito negli anni ’30, è stato oggetto di alcuni interventi di miglioramento sismico negli anni ’90. Esso è costituito prevalentemente da muratura portante in blocchi di pietra a spacco (indicato con “Mur.1” in Tab. 2), in alcuni casi consolidata con iniezioni di malta (indicato con “Mur.1 cons.” in Tab. 2), e in minor parte da una muratura in mattoni pieni (indicato con “Mur. 2” in Tab. 2).

I solai del piano rialzato e del piano primo sono in latero-cemento, in alcuni casi a doppia orditura, annegati in cordoli perimetrali in c.a. a tutto spessore. Invece al piano di sottotetto i solai sono realizzati con profilati NP140. Inoltre, in corrispondenza dell’imposta della copertura lignea è presente un cordolo in c.a..

Figura 2. Caso studio edificio reale 

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Pareti in muratura soggette ad azioni sismiche: aspetti teorici, sperimentali e operativi sulla modellazione e verifiche di sicurezza.
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Articolo tratto dagli Atti del XVIII Convegno ANIDIS