Risposta sismica nel piano di murature portanti rinforzate con rivestimento esterno modulare in acciaio

Presso la Fondazione EUCENTRE di Pavia è stata condotta una ricerca sperimentale finalizzata alla valutazione del comportamento sismico nel piano di un innovativo sistema di rinforzo modulare in acciaio per murature portanti (Resisto 5.9) ideato da Progetto Sisma.

La finalità principale della ricerca è stata la valutazione preliminare delle prestazioni laterali nel piano di pareti in muratura esistente rinforzate con il sistema proposto, anche in relazione alla situazione non rinforzata.

Oggetto della campagna di ricerca è stata, in particolare, una muratura in mattoni pieni in laterizio e malta di calce con tessitura “di testa”. Le prove sperimentali condotte hanno permesso in primo luogo la caratterizzazione meccanica di mattoni, malta e muratura e degli ancoraggi del sistema di rinforzo. Successivamente, si è proceduto all’analisi dei parametri sismici, tramite l’esecuzione di prove cicliche nel piano di tipo pseudo-statico su due pareti in scala reale con le medesime dimensioni, una non rinforzata e l’altra rinforzata mediante l’applicazione del sistema Resisto 5.9, sottoposte alle stesse condizioni di vincolo e livello di compressione. Il comportamento ciclico delle pareti murarie è stato studiato in termini di rigidezza elastica, resistenza laterale, capacità di spostamento e dissipazione energetica, in funzione del meccanismo di danneggiamento riscontrato. 


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L'ingegneria sismica sta avendo un'evoluzione senza precedenti - in Italia e nel mondo - e questo comporta l'esigenza di un aggiornamento tecnico per i professionisti sempre più frequente, specialistico, affidabile. Per questo motivo EUCENTRE ed INGENIO hanno sviluppato una partnership che ha come obiettivo quello di ampliare la diffusione di approfondimenti dedicati alla Sismica. Su INGENIO sono quindi pubblicati i singoli Quaderni Tecnici dell'importante rivista "PROGETTAZIONE SISMICA" realizzata da EUCENTRE.

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Innovativo sistema di rinforzo per edifici esistenti in muratura portante: ecco Resisto 5.9

Nel panorama nazionale ed internazionale si stanno diffondendo studi e applicazioni di sistemi innovativi di rinforzo per edifici esistenti in muratura portante tra cui diversi sistemi integrati, che si propongono di garantire un miglioramento delle prestazioni sismiche combinato ad un efficientamento energetico dell’edificio.

Per esempio, sono stati sviluppati sistemi costituiti da lastre sottili in calcestruzzo armato gettato in opera all’interno di strati di materiale isolante o soluzioni realizzate con profili formati a freddo accoppiati a pannelli in legno/lamiera grecata e pannelli isolanti o sistemi di rinforzo in legno, come quello recentemente testato presso la Fondazione EUCENTRE e costituito da telai in legno fissati alla superficie interna delle pareti in muratura e ai solai dell’edificio sui quali vengono inchiodate tavole in fibra di legno “OSB” (Miglietta et al., 2021).

In questo ambito si inserisce Resisto 5.9, sistema modulare in acciaio ideato da Progetto Sisma.

Il sistema di rinforzo, integrato con un cappotto termico (che assicura quindi un miglioramento delle prestazioni energetiche dell’edificio), si propone di garantire anche

  • un incremento del grado di connessione tra le pareti ortogonali (favorendo un comportamento scatolare dell’edificio),
  • un incremento del grado di connessione tra le pareti e gli orizzontamenti,
  • una limitazione della possibilità di ribaltamento fuori piano delle pareti,
  • un efficace assorbimento delle spinte orizzontali non contrastate,
  • una migliore ripartizione delle azioni sismiche tra i maschi murari dell’edificio
  • ed un miglioramento delle prestazioni sismiche nel piano dei maschi murari e delle fasce di piano.

Il sistema risponde alle richieste di prestazione previste per gli interventi di consolidamento degli edifici in muratura previste dalla Circolare delle NTC2018, rientrando tra le casistiche di rinforzo delle pareti.

Presso lo ShakeLab della Fondazione EUCENTRE di Pavia è stata condotta, nel corso del 2020, una campagna sperimentale finalizzata alla valutazione preliminare del comportamento sismico nel piano del sistema Resisto 5.9. La finalità principale della ricerca è stata la valutazione delle prestazioni laterali nel piano di pareti in muratura esistente rinforzate con il sistema proposto, anche in relazione alla situazione non rinforzata. Oggetto dello studio è stata, in particolare, una muratura in mattoni pieni in laterizio e malta di calce con tessitura “di testa”. Le prove sperimentali condotte hanno permesso, in primo luogo, la caratterizzazione meccanica di mattoni, malta, muratura e degli ancoraggi del sistema di rinforzo. Successivamente, si è proceduto all’analisi dei parametri sismici, tramite l’esecuzione di prove cicliche nel piano di tipo pseudo-statico su due pareti in scala reale con le medesime dimensioni, una non rinforzata ed una rinforzata mediante l’applicazione del sistema Resisto 5.9, sottoposte alle stesse condizioni di vincolo e livello di compressione. Il comportamento ciclico delle pareti murarie è stato studiato in termini di rigidezza elastica, resistenza laterale, capacità di spostamento e dissipazione energetica, in funzione del meccanismo di danneggiamento riscontrato.

I risultati della ricerca hanno evidenziato come l’applicazione del Resisto 5.9 non abbia determinato sostanziali incrementi di rigidezza elastica e di resistenza laterale della parete muraria ma abbia prodotto un incremento significativo della capacità deformativa e della duttilità, soprattutto in condizioni ultime, oltre che una maggiore resistenza residua ed un degrado di rigidezza/resistenza più lento, garantendo quindi una minor fragilità della parete in condizioni ultime.

 

Descrizione del sistema di rinforzo integrato Resisto 5.9

Il sistema di rinforzo Resisto 5.9 (Figura 1) è costituito da elementi modulari in acciaio (telai), opportunamente collegati fra loro e connessi alla muratura.

I telai metallici, ottenuti mediante piegatura a freddo e taglio al laser di lamiere sottili di 3 mm di spessore in acciaio strutturale S250GD+Z zincato (resistenza a snervamento fy = 350 MPa e resistenza a rottura fu = 330 MPa), hanno forma rettangolare (salvo pezzi speciali di completamento) con dimensioni standard di 1150 mm x 1500 mm e sono costituiti da una cornice con sezione trasversale ad L di dimensioni 80 mm x 80 mm e da elementi piatti di larghezza 50 mm come correnti orizzontali e diagonali di controvento.

 

Descrizione del sistema di rinforzo integrato Resisto 5.9

Figura 1 - Sistema di rinforzo Resisto 5.9

 

Lungo la cornice sono presenti fori per l’ancoraggio del telaio alla muratura e per il collegamento dei moduli. I moduli devono essere posizionati in adesione alla superficie esterna della parete, accostati tra loro e connessi alla muratura tramite ancoraggi non passanti con passo regolare (compreso tra 700 e 1000 mm).

L’ancoraggio deve essere di tipo chimico, realizzato mediante iniezione di specifica resina entro fori di opportuno diametro e profondità e successivo inserimento di barre filettate M14 in acciaio di classe 8.8. Ciascun modulo è inoltre connesso a quelli adiacenti mediante bulloni M12 di acciaio di classe 8.8. I telai devono essere posizionati in modo da garantire la continuità degli elementi di rinforzo in direzione verticale, orizzontale e diagonale (Figura 2), senza collegamento in fondazione. Il sistema deve essere infine completato da angolari, realizzati con piatti/profili metallici, per la connessione dei moduli tra le diverse facce dell’edificio, al fine dell’ottenimento di una cerchiatura continua dell’intera struttura.

Esempio di applicazione del sistema di rinforzo Resisto 5.9 ad una parete muraria con aperture

 Figura 2 - Esempio di applicazione del sistema di rinforzo Resisto 5.9 ad una parete muraria con aperture.

 

Come si configura il sistema di rinforzo Resisto 5.9 dal punto di vista normativo?

Il sistema modulare in acciaio Resisto 5.9, nella sua applicazione come rinforzo di edifici in muratura portante, coniuga aspetti di novità ed originalità, tanto che non esistono, ad oggi, né una letteratura consolidata sull’argomento né riferimenti normativi specifici.

Tuttavia, il sistema rientra nelle casistiche di rinforzo delle pareti ai sensi della Circolare delle NTC2018, come evidenziato al C8.7.4.1 – “4. Incremento delle capacità delle pareti”, di cui si riporta la parte di interesse: “Il rinforzo dei setti murari può essere eseguito mediante elementi strutturali integrativi collaboranti disposti sulla superficie; questi possono essere, per esempio, realizzati in acciaio (strutture reticolari costituite da piatti/nastri) o in legno (pannellature). Opportune connessioni devono consentire la collaborazione tra la parete esistente e il rinforzo.”.

Dal punto di vista strutturale, il sistema Resisto 5.9 è finalizzato al miglioramento/adeguamento sismico degli edifici in muratura ai sensi dei §§ 8.4.2 e 8.4.3 delle NTC 2018, rientrando in generale nell’ambito degli interventi di tipo globale, con l’obiettivo di riqualificare l’intero organismo strutturale.

Tale obiettivo può essere perseguito attraverso un miglioramento delle prestazioni sia nei confronti dei meccanismi/cinematismi locali (o di “I modo”, per es. ribaltamenti fuori piano di facciate), sia nei confronti dei meccanismi globali (o di “II modo”, legati al comportamento nel piano degli elementi strutturali dell’intero edificio), come riportato al § 8.7.1 delle NTC 2018 e ai §§ C8.7.1, C8.7.1.2 e C8.7.1.3 della Circolare delle NTC2018.

In alcuni casi particolari, il sistema può essere utilizzato anche in interventi locali, ai sensi del § 8.4.1 delle NTC 2018, che possono interessare quindi singole porzioni o singoli elementi murari, al fine di concorrere alla riduzione delle vulnerabilità della struttura nei confronti dei meccanismi/cinematismi locali.

Nel quadro normativo nazionale ed internazionale non si riscontrano indicazioni avverse all’utilizzo di tale sistema, che può essere definito come un sistema speciale di controventatura metallica applicata direttamente alla muratura, come soluzione di rinforzo di murature portanti.

Come descritto in dettaglio nel paragrafo precedente, il sistema modulare è realizzato mediante piegatura a freddo di lamiere sottili in acciaio zincato.

Gli elementi in acciaio utilizzati (profili e bulloni) sono normati nelle NTC 2018, con riferimento al § 4.2 e al § 11.3, il cui sotto-paragrafo § 11.3.4 riporta specifiche indicazioni per le strutture in carpenteria metallica. In particolare, il § 11.3 fornisce anche il riferimento per la valutazione delle proprietà meccaniche dell’acciaio e dei bulloni utilizzati nel sistema di rinforzo e per le procedure di identificazione, qualificazione e accettazione del materiale. Per la progettazione strutturale e la verifica degli elementi in acciaio e dei collegamenti bullonati il riferimento normativo è il §4.2 nel caso di azioni non sismiche ed il § 7.5 per azioni sismiche. Per quanto riguarda gli ancoraggi alla muratura, è invece possibile fare riferimento alle Linee Guida EAD 330076-00-0604 (EOTA 2014) e ai report tecnici TR-053 (EOTA 2016a) e TR-054 (EOTA 2016b).

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