Interazione tra struttura e tamponamento in calcestruzzo aerato autoclavato (AAC): Prove Sperimentali

La separazione tra l’ambiente interno ed esterno di edifici, soprattutto residenziali, viene abitualmente realizzata mediante elementi di tamponamento in laterizio a cui non vengono attribuiti ruoli strutturali. Negli ultimi anni, in sostituzione del classico laterizio si sta affermando un nuovo materiale: il calcestruzzo aerato autoclavato (AAC). Grazie alla sua leggerezza e alle buone prestazioni in termini di isolamento termico, resistenza al fuoco ed ecosostenibilità, è divenuto una buona alternativa nella costruzione di tamponamenti in muratura. Sebbene tali elementi non siano concepiti come elementi strutturali, è nota la loro influenza sulla risposta sismica dell’edificio. Oltre al loro peso, anche le prestazioni meccaniche giocano un ruolo chiave nella risposta sismica. Lo scopo del presente lavoro è quello di definirne l’interazione tra tamponamenti in AAC, progettati per non essere interagenti, e la struttura. Nell’articolo vengono mostrati i risultati di una campagna sperimentale in scala reale focalizzata sullo studio della risposta dell’elemento sollecitato contemporaneamente sia nel piano che fuori piano al variare di connessioni e materiali dei giunti e dei blocchi.

Risposta strutturale del tamponamento: cosa la influenza?

Tipicamente, nelle costruzioni la separazione tra l'ambiente interno ed esterno avviene attraverso elementi di tamponamento realizzati con elementi in laterizio o blocchi in calcestruzzo, offrendo soluzioni economiche e robuste. Recentemente, si è sviluppata un'alternativa valida, rappresentata dall'uso di blocchi in calcestruzzo aerato autoclavato (AAC). Grazie alla sua leggerezza e alle eccellenti presta- zioni in termini di isolamento termico, resistenza al fuoco ed eco-sostenibilità (Jerman et al., 2013) (Artino et al., 2019) il AAC si configura come un componente valido per soddisfare le esigenze energetiche e di sostenibilità nel campo delle costruzioni.

Nell’ambito della progettazione va sottolineato come i tamponamenti in AAC contribuiscano alla risposta complessiva della struttura durante un evento sismico (Butenweg et al., 2018, Arsaln et al., 2021, Sirtoli et al., 2022), sebbene a questi elementi non sia assegnato alcun compito strutturale, al di là di resistere al proprio peso. In particolare, oltre ad aumentare la massa partecipante al sisma, modificano la risposta strutturale grazie alle loro caratteristiche di rigidezza e resistenza ed all’interazione con gli elementi strutturali sismo-resistenti.

Le modalità con cui le pareti interagiscono con la struttura sono influenzate da due aspetti principali: il primo riguarda le prestazioni meccaniche dei materiali che costituiscono la parete stessa (blocco, malta, connessioni, ecc.), il secondo interessa le condizioni al contorno tra la parete e la struttura (Morandi et al., 2018) (Penna et al., 2015). Nel caso in cui la parete si comporti come un elemento rigido, si registra un significativo aumento della rigidezza dell'intero sistema, con una diminuzione del periodo e un aumento delle forze agenti sulla struttura e conseguente concentrazione di sforzi in specifici punti come i nodi trave-pilastro.

Al contrario, pareti completamente non interagenti non comportano modifiche alla rigidezza della struttura, con una conseguente domanda di spostamento maggiore rispetto al caso di tamponamenti interagenti. Ciò può risultare utile per ridurre il danneggiamento dei tamponamenti. Tuttavia, va prestata particolare attenzione ai dettagli costruttivi della strutturButenweg and Marinković, 2018) (Canbay et al., 2018), che devono essere in grado di soddisfare la richiesta di deformazione.

La risposta strutturale del tamponamento è inoltre influenzata alla presenza contemporanea dell’azione sismica nel piano del tamponamento e nel piano ad esso ortogonale; in particolare, è noto come il danneggiamento nel piano del tamponamento influisca negativamente sulla capacità nel fuori piano e viceversa (Bosio et. al. 2017, Morandi et al. 2022). La campagna prove descritta nel seguito si è concentrata sullo studio del comportamento nel piano del tamponamento in presenza di una forza costante agente nel fuori piano pari al 30% del peso della parete (equivalente a 0.3 g di accelerazione costante) e nell’ipotesi che il tamponamento sia progettato come non interagente, o debolmente interagente.

Provini e metodo di prova

Descrizione dei campioni

I campioni utilizzati per l’esecuzione delle prove sono muri a undici corsi di blocchi in AAC. Tali blocchi (“Gasbeton Active”) hanno dimensione pari a 600×250×400 mm rispettivamente per lunghezza, altezza e profondità. I corsi sono tra loro sfalsati di mezzo blocco, in questo modo risultano alternati corsi da sette blocchi interi e corsi da sei blocchi interi con due metà, una per ciascuna estremità, in modo da arrivare ad una larghezza totale di 4,2 m. Essendo il muro composto da undici corsi di blocchi, la sua altezza totale è pari a 2,7 m più lo spessore dei corsi di malta.

I giunti orizzontali e verticali sono stati riempiti con malta premiscelata “Incollarasa M5®”. In parti- colare, sono state realizzate due tipologie di giunto differenti (rinforzati e non). La tecnica utilizzata per la realizzazione ha previsto la predisposizione di un solo strato di malta sulle superfici orizzontale e verticale dei giunti “non rinforzati” mentre per i giunti rinforzati con strisce di rete d’acciaio vengono realizzati due strati di malta posti al di sotto e al di spora del rinforzo. Quest’ultimo viene realizzato attraverso due strisce di rete Murfor Compact A-40® di larghezza pari a 4 cm poste a 2 cm da ciascun bordo. I campioni così realizzati sono stati lasciati maturare per 28 giorni in condizioni di laboratorio, in modo che la malta sviluppasse le prestazioni standard per l’esecuzione delle prove. In Figura 1 è possibile osservare le dimensioni principali del tamponamento e alcune immagini della fase di realizzazione.

Oltre a queste pareti “tradizionali” viene studiata una tipologia di parete prefabbricata che prevede campioni delle stesse dimensioni descritte precedentemente ma realizzate in stabilimento e successiva- mente trasportate in laboratorio. Tali pareti vengono realizzate incollando direttamente i blocchi tra loro mediante colle poliuretaniche e si distinguono in tre differenti tipologie:

• Parete con blocchi incollati sia lungo i giunti verticali sia orizzontali (T5);
• Parete con blocchi incollati solo orizzontalmente con una faccia intonacata (T6);
• Parete con blocchi incollati sia orizzontalmente che verticalmente con una faccia intonacata (T7).

In totale sono state realizzate 7 tipologie di pareti di cui 4 realizzate in modo tradizionale presso il laboratorio e 3 prefabbricate in stabilimento. Le 4 pareti tradizionali si differenziano tra di loro per le connessioni utilizzate per collegarle alla struttura per forni- re un ritegno contro il ribaltamento nel fuori piano. In particolare, vengono studiate 4 diverse tipologie di connessioni:

• Connessione con barra d’armatura φ12 disposta in un apposito incavo scavato nei blocchi d’estremità e collegata rigidamente al pilastro;
• Connessione con barra filetta M8 cl. 4.8 inserita in appositi fori realizzati al centro del blocco collegata al pilastro con un apposito profilo che consente lo scorrimento verticale;
• Piastra rigida o dissipativa, realizzata con una piastra opportunamente sagomata e posizionata nel giunto di malta e collegata al pilastro in modo analogo alla precedente.

Per le pareti prefabbricate viene invece utilizzata una connessione con piastre di ritenzione, realizzate con una piastra che viene vincolata alla trave e si sovrappone alla parete per un’altezza di mezzo blocco, senza alcun ritegno lungo il pilastro.

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