Il nuovo Eurocodice 6 per la progettazione delle strutture in muratura

Nel contesto delle attività per la stesura della “Nuova Generazione di Eurocodici”, è stata pubblicata, ad aprile 2022, la “parte generale” del nuovo Eurocodice 6 (EC6) “Progettazione delle strutture di muratura”, ovvero la parte 1-1: “Regole generali per strutture di muratura armata e non armata”, la cui traduzione in italiano non è tuttavia ancora disponibile.

Le altri parti del nuovo Eurocodice 6 hanno raggiunto, al momento della scrittura di questo articolo, una fase di redazione/approvazione piuttosto avanzata. La parte 1-2 dell’EC6: “Regole generali - Progettazione strutturale contro l’incendio” e la parte 2: “Considerazioni progettuali, selezione dei materiali ed esecuzione delle murature” hanno superato la fase di pubblica inchiesta (“Enquiry”) e sono pronte per affrontare il “Voto Formale” dei Paesi membri, mentre la parte 3: “Metodi di calcolo semplificato per strutture di muratura non armata” ha recentemente superato il voto formale ed è in attesa della pubblicazione del testo finale.

Nel processo di sviluppo della nuova generazione di Eurocodici, l'obiettivo principale è stato quello di allineare tali norme con i più recenti progressi tecnico-scientifici e con l'evoluzione dell'industria delle costruzioni, oltre a migliorare la facilità d’uso” (”ease of use”) delle norme e ridurre il numero di parametri da determinarsi a livello nazionale (“NDP”).

Per quanto riguarda i nuovi Eurocodici 6, il numero degli NDP si è ridotto, ma non in maniera significativa, in quanto è risultato essere già piuttosto basso rispetto a quello negli altri Eurocodici e anche perché, oltre ai parametri direttamente legati alla scelta del livello di sicurezza che spetta ad ogni singola nazione (come ad esempio i coefficienti parziali di sicurezza da applicare nel calcolo), diversi NDP sono collegati principalmente a proprietà dei materiali e a caratteristiche costruttive, e hanno quindi valori molto variabili da paese a paese sulla base del contesto e delle tradizioni locali.

In generale, per quanto riguarda il miglioramento della facilità d'uso della norma, il processo di revisione si è concentrato su diversi aspetti.

E’ stata riformulata e rivista la struttura dei paragrafi, che risultavano per alcuni aspetti piuttosto complessi. E’ stato inoltre adottato un linguaggio più chiaro.

A titolo di esempio, è stata introdotta una distinzione netta tra pareti e travi in muratura armata per gli aspetti relativi all'analisi e alla verifica. In precedenza, questi elementi venivano genericamente denominati "membrature" e spesso erano trattati in modo indifferenziato e quindi confuso.

E’ stata implementata una struttura coerente all'interno dell'intero documento; ad esempio, le diverse parti del capitolo sugli stati limite ultimi, che riguardano i vari tipi di muratura, sono state organizzate seguendo lo stesso ordine di presentazione delle verifiche.

La norma è stata resa coerente maggiormente con altre parti degli Eurocodici (è il caso, ad esempio, dei limiti sulle imperfezioni/tolleranze geometriche).

Infine, si è dedicato uno sforzo per migliorare la chiarezza delle figure che accompagnano le diverse formulazioni, rendendole più leggibili e, talvolta, correggendo eventuali errori presenti nelle versioni precedenti della norma.

Questo articolo, che rappresenta un aggiornamento di un lavoro di da Porto et al., 2021, si focalizza principalmente sulle novità introdotte nel nuovo EC6-parte 1-1 (EN1996-1-1 “Progettazione delle strutture di muratura - Parte 1-1: Regole generali per strutture di muratura armata e non armata”) rispetto alla versione precedente, soffermandosi sugli aspetti di novità e su quelli poco o non trattati adeguatamente nelle Norme Tecniche per le Costruzioni (NTC2018).

Si riportano inoltre, sinteticamente, gli aggiornamenti principali introdotti nelle prEN1996-2 (“Progettazione delle strutture di muratura - Parte 2: Considerazioni progettuali, selezione dei materiali ed esecuzione delle murature”) e prEN1996-3 (“Progettazione delle strutture di muratura - Parte 3: Metodi di calcolo semplificato per strutture di muratura non armata”) ed infine si elencano gli aspetti dell’EC6 che, a parere degli autori, forniscono utili/necessari riferimenti per la progettazione e la verifica degli edifici in muratura ad integrazione delle NTC2018.

Organizzazione e aspetti di novità del nuovo EC6 - parte 1-1

La parte 1-1 dell’Eurocodice 6 tratta dei criteri per la progettazione e la verifica delle strutture in muratura ordinaria, armata e confinata.

Il nuovo documento segue una struttura analoga a quella del documento precedente, tuttavia riordinando i capitoli ed i sottocapitoli in modo da migliorarne l’organizzazione logica.

Il primo capitolo (“Generalità”) della norma è stato diviso nel nuovo documento in tre distinti capitoli che riportano gli scopi e l’ambito di applicazione, i riferimenti normativi ed infine i termini e le definizioni.

Pertanto, la EN1996-1-1 si compone di undici capitoli anziché nove, e la numerazione delle parti principali è diversa dalla precedente. In Figura 1 è riportata la nuova organizzazione dei capitoli del documento.

Gli aspetti più importanti oggetto di revisione ed aggiornamento della norma, suddivisi per sistemi costruttivi sono i seguenti:

Muratura ordinaria
> Aggiornamento del metodo semplificato per il calcolo dell’eccentricità fuori piano dei carichi verticali sulle pareti;
> Verifiche in presenza di carichi prevalentemente verticali: revisione dei fattori di riduzione della capacità Φ_m ed introduzione di una verifica semplificata nel caso di muri con eccentricità sia longitudinale che trasversale;
> Verifiche in presenza di carichi combinati verticali ed orizzontali (nel piano e fuori piano): introduzione di una verifica per pressoflessione nel piano e fuori piano della parete in termini di confronto tra momento agente e momento resistente, considerando anche gli effetti del second’ordine attraverso fattori di riduzione della capacità Φ_m e Φ_M;
> Verifiche in presenza di carichi prevalentemente laterali (orizzontali fuori piano) per murature non portanti: aggiornamento del criterio di resistenza a meccanismo ad “arco verticale” per la verifica fuori piano applicabile, per es., alle tamponature e tramezze in muratura.

Muratura armata
Aggiornamento dei criteri base e dei metodi di progettazione e miglioramento delle formule di verifica.

Muratura confinata
Aggiornamento dei principi di calcolo e delle verifiche di resistenza. 

Muratura ordinaria

Calcolo semplificato dell’eccentricità trasversale dei carichi verticali sulle pareti

Per il calcolo dell’eccentricità trasversale (in direzione ortogonale al piano) dei carichi verticali sulle pareti, il metodo standard presente nell’EC6 si basa su un’analisi a telaio, assumendo le sezioni non fessurate e materiale elastico e lineare.

Nel caso di solai in c.a. che scaricano sulle pareti murarie, l’Appendice C presenta un metodo semplificato che si basa su una analisi locale dei singoli nodi valutando i momenti flettenti in diverse condizioni di carico.

Questo approccio, già presente nella versione precedente della norma, è stato revisionato nel nuovo EC6-1-1 rendendolo più chiaro nella sua applicazione. Il calcolo dei momenti flettenti nei nodi solaio-parete consente poi di determinare l’eccentricità trasversale dividendo il momento flettente per la forza assiale.

Nel caso in cui tale eccentricità ottenuta dal calcolo a telaio risulti troppo elevata (e_i ≥0.33t, con t spessore del muro), è possibile seguire un criterio alternativo, applicabile quando l’azione assiale ha un valore basso (N_sd≤0.33tf_d, con f_d la resistenza a compressione di calcolo della muratura).

Questa situazione si può incontrare molte volte nella pratica nei casi di pareti poco caricate verticalmente (ad es. parallele all’orditura di solai/coperture monodirezionali).

In questo caso, l’eccentricità e_i può essere calcolata in base alla minima larghezza di appoggio a necessaria per resistere al carico verticale applicato, valutata considerando uno “stress block” rettangolare con tensione massima pari alla resistenza a compressione di calcolo della muratura (si veda Figura 2), larghezza comunque non superiore a 0.33t dal lembo esterno del muro.

Infine, è opportuno anche segnalare un altro aspetto importante e di novità della nuova Appendice C.

Esso infatti consente esplicitamente, oltre ad un’analisi a telaio (rigorosa o semplificata), anche l’utilizzo di un approccio simile a quello assunto tradizionalmente in diversi paesi per il calcolo dell’eccentricità trasversale, e cioè quello che si basa sull’ipotesi semplificata di distribuzione lineare (triangolare) degli sforzi sulla superficie d’appoggio.

Il punto 11) del paragrafo C.3 indica infatti che: “Anziché svolgere un’analisi a telaio, si può assumere che il carico verticale trasmesso su un muro da un singolo solaio o copertura agisca ad un terzo della larghezza della zona di appoggio dal lembo caricato della parete portante e che l’eccentricità risultante del carico, ad ogni livello di solaio, possa essere calcolata assumendo che il carico verticale totale su un muro risulti centrato immediatamente sopra ad un supporto laterale“ (cioè immediatamente sopra ad un solaio/copertura, o alla base del muro in corrispondenza dell’appoggio sui solai/coperture).

Questo approccio riportato nel caso di solai/coperture in c.a. (o con struttura “mista” in c.a.), è applicabile anche nel caso di solai/coperture in legno (paragrafo C.4).

Verifiche in presenza di carichi prevalentemente verticali

Una delle attività più significative condotte nell'ambito dell'aggiornamento della EN1996-1-1 ha coinvolto la revisione dei fattori di riduzione della capacità di pareti soggette principalmente a carichi verticali (utilizzati per le verifiche allo SLU), noti anche come “coefficienti Φ”.

Nello specifico, non è stata modificata l’impostazione generale del metodo di verifica per pareti soggette a tale tipo di azioni, ma è stato proposto, su base numerica (Bakeer e Chrisiansen 2017, Donà et al. 2020), e attraverso un confronto con altre attività sperimentali e numeriche (Sandoval et al. 2011), un aggiornamento dei valori del fattore di riduzione Φ_m a metà altezza della parete, definiti originariamente sulla base di attività sperimentali e teorico-numeriche condotte a cavallo degli anni ’50-’70 (Hendry 1998), e ritenuti oggi eccessivamente cautelativi, considerate le caratteristiche meccaniche e geometriche delle pareti di utilizzo corrente in Europa.

L’appendice F della nuova EN1996-1-1 sostituisce l’appendice G della vecchia norma, riportando i nuovi valori di Φ_m (si veda, come esempio, il grafico di Figura 3) e riordinando alcuni aspetti del calcolo di tali fattori, mantenendo, come nella vecchia versione della norma, un carattere “informativo” (ovvero non cogente).

Inoltre, la versione precedente della EN1996-1-1, presuppone che nel caso di pareti a sezione rettangolare soggette a compressione verticale eccentrica con eccentricità sia longitudinale che trasversale (pressoflessione biassiale), il progettista debba eseguire la verifica con riferimento ad una forza di compressione per unità di lunghezza del muro (N_Ed, che può quindi variare lungo il muro a causa dell’eccentricità longitudinale), ed eseguendo la verifica di sicurezza come segue:

N_Ed ≤ N_Rd = Φ t f_d     (1)

 
dove t è lo spessore della sezione del muro, f_d è la resistenza a compressione di calcolo della muratura, e Φ viene calcolato in base all’eccentricità trasversale della forza assiale e alla snellezza efficace della parete h_ef/t_ef.

Il calcolo della forza assiale per unità di lunghezza comporta fare ipotesi sulla distribuzione delle compressioni e delle deformazioni lungo la sezione del muro (ad esempio ipotesi di conservazione delle sezioni piane, resistenza a trazione nulla della muratura in direzione perpendicolare ai letti di malta, una opportuna idealizzazione del legame sforzi-deformazioni in compressione).

La nuova EN1996-1-1 consente invece anche di effettuare la verifica in maniera più semplificata in termini di forza assiale totale N_Ed sulla sezione,

N_Ed ≤ N_Rd = Φ t f_d= Φ A f_d     (2)

dove l è la lunghezza in pianta del muro e il corrispondente fattore di riduzione della capacità è ottenuto come prodotto dei fattori Φ calcolati separatamente in ciascuna direzione (Φ_l: longitudinale e Φ_t: trasversale) considerando l’eccentricità e le dimensioni geometriche corrispondenti,

Φ = Φ_l Φ_t     (3)

in modo simile a quanto previsto dalla Circolare alle NTC 2018 e più in generale dalle normative italiane a partire dal DM 1987 (Min.LL.PP., 1987, NTC 2008, Morandi et al. 2011, Morandi e Magenes, 2017)

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