Strategie e strumenti per il progetto di interventi di rinforzo su muratura portante

La complessità di un edificio esistente in muratura

La schematizzazione del comportamento strutturale di un materiale complesso, disomogeneo ed altamente non lineare quale è la muratura, non è sicuramente semplice e questa complessità si evidenzia anche e soprattutto nella progettazione degli interventi sulle murature esistenti.

Un edificio in muratura, e questo vale in principal modo per le murature storiche, è una struttura complessa, ove tutti gli elementi cooperano nel resistere ai carichi applicati: ne consegue che il progetto di intervento e l’analisi strutturale richiedono spesso notevoli semplificazioni, e a volte lo studio di uno stesso edificio sotto differenti aspetti.

L’edificio in muratura dovrebbe comportarsi come un organismo: il meccanismo scatolare di risposta alle azioni esterne (sisma, carichi) prevede una redistribuzione tramite un collegamento rigido di piano fra le pareti, che fa sì che ogni parete risponda unicamente alle azioni nel suo piano, in quanto la resistenza dei muri a forze agenti nel piano del muro è molto maggiore rispetto a quella nel caso di forze agenti ortogonalmente al piano.

Quando studiamo la scatola muraria diamo per scontato che questa ripartizione scatolare delle azioni esista, ma nelle strutture esistenti ciò non è garantito, e costituisce invece un’ipotesi di base, che potremmo dover realizzare in un secondo momento con interventi di rinforzo atti a scongiurare i meccanismi di primo modo, cioè i cinematismi connessi al comportamento delle pareti murarie al di fuori del proprio piano.

  

Le verifiche relative ai meccanismi di secondo modo di edifici in muratura

Focalizziamo per ora l’attenzione sulle verifiche relative ai meccanismi di secondo modo, cioè a quelle modalità di collasso che interessano la risposta delle pareti nel proprio piano, e richiedono di essere studiati in termini di sollecitazioni e deformazioni.

Dato che le verifiche di normativa presuppongono l’usuale ipotesi di conservazione delle sezioni piane, le formule di verifica ci conducono in modo naturale ad una modellazione a telaio equivalente.

CRITICITA'
Uno dei punti critici di questa modellazione è la corretta calibrazione dei parametri meccanici e dei valori di resistenza che definiscono il comportamento della muratura: data l’estrema variabilità delle tipologie murarie, questi parametri sono sovente di incerta valutazione, soprattutto se non è possibile effettuare costose prove.

Sicuramente la Circolare del 2019 ci fornisce un valido aiuto, con la tabella C8.5.1 e l’insieme delle osservazioni ad essa relative, che si traducono poi in coefficienti correttivi dei valori tabellati.

    

  

Anche il software ci può aiutare a calibrare alcuni di questi valori.

CONSIGLIO
Il primo test che consigliamo di fare, prima di effettuare lo studio approfondito delle criticità, è quello di eseguire una verifica delle murature sotto i carichi della combinazione “Quasi Permanente”, generabile automaticamente a partire dalle singole condizioni elementari di carico.

Se alcuni elementi della struttura risultano non verificati, con DOLMEN  possiamo non fermarci alla semplice soluzione elastica lineare (di solito poco rappresentativa della reale capacità strutturale per le murature portanti), ma rappresentare la plasticizzazione di questi elementi all’interno di una procedura iterativa di analisi non lineare, chiamando di conseguenza in causa le riserve di resistenza degli altri elementi della compagine strutturale.

Ovviamente ciò che ci si aspettiamo come risultato finale di quest’analisi non è una struttura plasticizzata sino alla labilità, ma la struttura così come ci è stata consegnata dal tempo, eventualmente con qualche piccola fessurazione locale, ma ancora suscettibile di un intervento di rinforzo.

Se quindi la struttura risulta non verificata sotto questi carichi, probabilmente abbiamo usato valori delle resistenze un po’ troppo cautelativi.

Questo procedimento è reso possibile dalla presenza, oltre all’usuale pushover, di una analisi non lineare dedicata alla verifica di combinazioni di carico (anche di soli carichi verticali) piuttosto che allo studio della struttura sino al suo collasso sotto crescenti carichi orizzontali.

 

L'individuazione delle criticità dell'edificio esistenti in muratura

Una volta dunque effettuata l’anamnesi, possiamo dedicarci alla diagnosi, ed esaminare come il software ci può aiutare ad individuare le criticità della struttura in esame, per poter progettare un efficiente intervento di rinforzo.

Partiamo proprio dal comportamento della muratura non rinforzata, così come ci viene descritto dalla normativa, per ricordare come lo sforzo normale e i valori di resistenza influiscano sui domini di resistenza dei pannelli murari.

Nelle verifiche di pressoflessione, aumentare la resistenza f_d del materiale secondo un fattore amplificativo modifica il dominio rappresentato in blu in quello rappresentato in verde, ma non modifica la parte della curva dove si ha un’insufficiente azione stabilizzante dello sforzo normale.

  

Il taglio scorrimento, verifica tipica delle murature di tessitura più ordinata, con caratteristiche maggiormente simili a quelle odierne, presuppone un comportamento della sezione simile al calcestruzzo non armato, con parzializzazione.

 

V_t =  l' * t * f_vd      [7.8.3]

 

Ne consegue che, in corrispondenza di un prefissato valore del momento flettente, devo avere un valore di N sufficientemente grande da rendere l’equilibrio possibile: inoltre, il valore di N influenza anche il valore della resistenza a taglio secondo la:

  

  

Nuovamente, un incremento della resistenza a taglio in assenza di sforzo normale produce il passaggio dalla curva blu a quella verde, ma non modifica le problematiche dovute a sforzo normale insufficiente per l’equilibrio della sezione.

La verifica per taglio fessurazione risente invece maggiormente di un eventuale incremento delle resistenze o perlomeno rimane indipendente dalle tematiche connesse alla contemporanea verifica a pressoflessione, che configurano degli stati (N, M) non possibili:

  

  

Queste semplici riflessioni ci portano a interrogarci, caso per caso, se sia meglio modificare radicalmente il comportamento della sezione introducendo, col rinforzo, un elemento in grado di fornire quella capacità a trazione che il materiale muratura non possiede o se invece agire incrementando le resistenze del materiale: ovviamente la scelta è dipendente dalle problematiche (taglio o pressoflessione) e dalla tipologia del materiale muratura ( se tessitura regolare o meno). Ne consegue che è particolarmente importante avere un quadro di insieme immediato e esplicativo delle problematiche, da poter anche interrogare approfonditamente per quanto riguarda il singolo pannello murario o la singola fascia di piano, e che ci consenta di visualizzare immediatamente le modifiche apportabili dal rinforzo.

  

I vantaggi del software strutturale DOLMEN

A questo riguardo, DOLMEN  ci offre molteplici possibilità di lettura e diagnosi della situazione.

Possiamo richiedere la visualizzazione grafica delle varie verifiche in contemporanea o solo di una di esse: questa presenterà in verde gli elementi verificati, e con colore dipendente dalla verifica con peggior coefficiente di sicurezza quelli non verificati.

   

  

Possiamo richiedere la stampa riassuntiva delle problematiche riscontrate nel corso della verifica o viceversa interrogare lo stato di verifica del singolo pannello, effettuando una lettura locale della verifica o ancora visualizzarne i domini di resistenza.

   

  

Tendenzialmente, potremmo operare una grossolana schematizzazione dicendo che le problematiche di insufficiente azione stabilizzante dello sforzo normale si verificano nel calcolo sismico di murature in buone condizioni, mentre cambi di destinazione d’uso con modifiche dei carichi verticali possono creare le necessità di un intervento che aumenti le resistenze.

SCARICA LA VERSIONE DEMO DEL SOFTWARE DOLMEN

 

La fase delle scelte

Raggiunto quindi un quadro d’insieme, possiamo effettuare le nostre scelte.

DOLMEN  ci offre una vasta libreria di rinforzi, direttamente integrata nel CAD tridimensionale dell’analisi strutturale, che ci consente di schematizzare tutte le principali tipologie di intervento.

 

  

Possiamo definire più schede di “disposizione rinforzo”, descrivendo in dettaglio la tipologia scelta con l’assegnare i parametri che la definiscono: selezionando poi gli elementi murari ai quali applicare la “disposizione rinforzo”, tutte le visualizzazioni delle verifiche vengono automaticamente aggiornate, fornendo anche informazioni su come il rinforzo applicato ha modificato il comportamento dell’elemento murario.

I soli rinforzi per i quali l’aggiornamento non è completamente immediato sono, per loro natura, quelli che modificano il peso e/o la rigidezza dell’elemento: se la modifica è sostanziale, la struttura va ricalcolata, e le modifiche visibili prima del ricalcolo possono comunque costituire una sorta di anteprima dei miglioramenti effettivamente apportati....

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