Verifica delle tamponature: alcuni aspetti da non trascurare

Gli elementi non strutturali nelle NTC 2018

Le Norme Tecniche per le Costruzioni 2018, pongono particolare attenzione al tema degli elementi non strutturali che se non progettati correttamente possono generare collassi e ridurre la sicurezza delle strutture.

Le tamponature, essendo elementi non strutturali, sono soggette alla seguente prescrizione:

“La capacità degli elementi […] deve essere maggiore della domanda sismica corrispondente a ciascuno degli stati limite da considerare.” [NTC18 §7.2.3.]

In particolare, la domanda sismica viene così valutata:

Fa = (Sa * Wa)/qa     [7.2.1]

dove:

• Fa è la forza sismica orizzontale distribuita o agente nel centro di massa dell’elemento non strutturale, nella direzione più sfavorevole, risultante delle forze distribuite proporzionali alla massa;
  
• Sa è l’accelerazione massima, adimensionalizzata rispetto a quella di gravità, che l’elemento non strutturale subisce durante il sisma, corrispondente allo stato limite in esame (v. § 3.2.1);
• Wa è il peso dell’elemento;
  
• qa è il fattore di comportamento dell’elemento.

La valutazione della capacità, non esplicitata nelle NTC 2018, verrà approfondita nei paragrafi successivi.

 

Il meccanismo ad arco

Il meccanismo ad arco in una parete di muratura è un principio strutturale che si sviluppa in risposta a carichi laterali, come quelli che possono derivare da sollecitazioni orizzontali.

Il comportamento di tale sistema deve essere progettato e verificato per assicurare che le forze sviluppate siano bilanciate dalla resistenza del materiale e dai supporti.

In questo contesto, una parete in muratura può essere progettata assumendo lo sviluppo di un arco, che può essere orizzontale o verticale, all'interno dello spessore del muro stesso. Per l'analisi strutturale, è possibile adottare il modello dell'arco a tre cerniere, dove la spinta dell'arco sui supporti e sulla cerniera centrale è assunta agente su un decimo dello spessore del muro come indicato dalla figura 8.3 dell'Eurocodice 6.

 

  

 

I parametri relativi all'altezza dell'arco, alla spinta massima dell'arco per unità di lunghezza e alla resistenza laterale di progetto per unità di area del muro sono definiti all’interno dell’Eurocodice 6.

In conclusione, la determinazione della capacità dell’elemento viene effettuata considerando una striscia di parete con larghezza pari a un metro e altezza corrispondente all’altezza di interpiano.

In particolare, per la valutazione della capacità è prevista la seguente formula:

Nell’ipotesi di snellezza inferiore o pari a 20, si assume che la deflessione dell’arco (da) sia pari a 0.
Dunque, secondo questa ipotesi, la formulazione diventa:

dove:

• f_d rappresenta la resistenza a compressione di progetto della tamponatura;
  
• r_a rappresenta l’altezza dell’arco ed è pari a 0.9t-da;
  
• d_a rappresenta la deflessione dell’arco;
  
• t rappresenta lo spessore della tamponatura;
  
• l_a rappresenta la lunghezza o l’altezza della tamponatura;
  
• c rappresenta il fattore migliorativo EC6 compreso tra 1 e 1.5.

Nel caso di snellezza superiore a 20, non è possibile applicare la formulazione semplificata appena descritta.

  

Il meccanismo ad arco, meccanismi di danneggiamento dei tamponamenti, effetto combinato del danneggiamento nel piano e del conseguente degrado di resistenza fuori piano per azioni sismiche

Per tenere in conto il degrado di resistenza nel meccanismo ad arco si può fare riferimento alla trattazione presente in letteratura; per esempio nella figura successiva sono riportati i risultati ottenuti dagli studi condotti dall'Università di Padova e da CisEdil (ora confluita in Fornaci Laterizi Danesi) sulla resistenza degli elementi non strutturali, con particolare attenzione al comportamento ad arco delle pareti.

Tali studi consentono di calibrare la formula presente nell'Eurocodice 6, introducendo un coefficiente che tiene conto del danneggiamento delle tamponature nel piano, e del conseguente degrado di resistenza fuori piano per azioni sismiche, in relazione al drift di interpiano.

Pertanto, una volta calcolata la pressione sulla tamponatura generata dall'azione sismica (pA), questa deve essere confrontata con la pressione resistente della tamponatura (pR), determinata attraverso la formula del meccanismo ad arco, opportunamente corretta da un coefficiente riduttivo (βa), definito e calibrato per blocchi di Fornaci Laterizi Danesi, che considera il danneggiamento nel piano, in funzione dello spostamento.

Il fattore di riduzione può essere assunto in funzione del drift di interpiano fino al drift limite SLV.

In particolare, per drift compresi tra 0 e il limite SLD, il fattore di riduzione può essere calcolato mediante interpolazione lineare tra 1 per drift = 0 e il valore indicato come massimo fattore di riduzione.

  

  

La formula per calcolare la pressione resistente che tiene conto del degrado di resistenza, dovuto al danneggiamento nel piano della tamponatura, è espressa dalla relazione:

Il significato dei coefficienti è definito nel paragrafo precedente.

 

L'importanza delle sollecitazioni da vento

Come riportato nell’introduzione, tipicamente quando si pensa alla verifica delle tamponature si immagina l’espulsione per effetto delle azioni sismiche, ma anche le sollecitazioni indotte dal vento possono essere significative, specialmente per edifici alti che si trovano in zone a bassa sismicità.

Per questo tipo di edifici, infatti, le sollecitazioni sismiche possono essere di modesta entità, ma le azioni da vento possono arrivare anche a 2 KN/m².

Un altro aspetto rilevante da tenere in considerazione è il fatto che i coefficienti di sicurezza sul materiale γM sono più cautelativi per le verifiche nelle condizioni non sismiche: di seguito sono riportati i valori dei coefficienti parziali di sicurezza da attribuire alle tamponature in caso di analisi statiche e dinamiche, come definiti nelle Norme Tecniche per le Costruzioni (NTC 2018), ai rispettivi capitoli 4 e 7.

 

 

  

La verifica per azioni orizzontali lineari

Le Norme Tecniche per le Costruzioni del 2018, nel paragrafo 3.1.4.3, prevedono che per le verifiche locali debbano essere considerati anche carichi orizzontali lineari, non combinati con le altre azioni.

Le azioni orizzontali vanno applicate a 120 cm dal piano di calpestio e tipicamente sono significative per la progettazione dei parapetti.

Le verifiche locali riguardano, in relazione alle condizioni d’uso, gli elementi verticali bidimensionali quali i tramezzi, pareti e tamponamenti esterni.

Sarebbe necessario quindi indagare la verifica di espulsione dei tamponamenti anche per questo tipo di sollecitazioni, anche se tipicamente è ampiamente verificata.

    

  

Verifiche automatiche di espulsione delle tamponature

2S.I. sviluppa PRO_ILC, software composto da 15 moduli pensati per supportare i professionisti nell'ambito della progettazione degli interventi locali e dei particolari costruttivi.

Tra i moduli inclusi all’interno di PRO_ILC, per esempio, si trovano quelli dedicati al calcolo delle cerchiature in pareti e solai, al calcolo dei solai e tetti in legno e quelli dedicati alla verifica delle tamponature.

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In particolare, tra questi, PRO_SEC è il modulo dedicato alla verifica delle tamponature in muratura, e permette ai progettisti di effettuare le verifiche esaminate in questo articolo.

Questo modulo consente di eseguire il calcolo e la verifica a espulsione delle tamponature, analizzando la loro capacità di resistere alle sollecitazioni orizzontali dovute al vento o ai carichi orizzontali lineari e alle sollecitazioni sismiche.

PRO_SEC si presenta con una interfaccia intuitiva e di facile utilizzo.

Il modulo prevede quattro diverse modalità di verifica:

• Verifica a pressoflessione e per cinematismo: la capacità dei tamponamenti viene calcolata come previsto a paragrafo 7.8.2.2.3 ed è possibile selezionare la modalità di verifica (pressoflessione con carico concentrato, pressoflessione con carico distribuito e/o cinematismo con cerniere plastiche).

• Con meccanismo ad arco per blocchi Fornaci Danesi: il calcolo è il risultato di un progetto di ricerca svolto da Università degli Studi di Padova e CisEdil (ora confluita in Fornaci Laterizi Danesi).

• Rispetto prescrizioni punto C7.3.6.2 Circolare 7/2019: in questo caso il software non effettua le verifiche poiché non richieste come da Circolare C7.3.6.2:
  - “Gli elementi costruttivi senza funzione strutturale il cui danneggiamento può provocare danni a persone, devono essere verificati, insieme alle loro connessioni alla struttura, per l’azione sismica corrispondente a ciascuno degli stati limite considerati.” (NTC al §7.2.3)
  - “La prestazione, consistente nell'evitare la possibile espulsione delle tamponature sotto l'azione della Fd, si può ritenere conseguita con l'inserimento di leggere reti da intonaco sui due lati della muratura, collegate tra loro ed alle strutture circostanti a distanza non superiore a 500 mm sia in direzione orizzontale sia in direzione verticale, ovvero con l'inserimento di elementi di armatura orizzontale nei letti di malta, a distanza non superiore a 500 mm”

• Con meccanismo ad arco EN 1996-1-1: viene applicato l’Eurocodice 6 con fattore riduttivo per danno da drift personalizzabile dall’utente, che deve essere opportunamente giustificato in relazione al tipo di tamponamento.

È poi possibile selezionare se effettuare le verifiche anche per l’effetto delle azioni del vento e del carico lineare orizzontale e assegnare i valori delle sollecitazioni.

PRO_SEC permette, infine, la generazione automatica della relazione riportante i risultati delle verifiche, le ipotesi di calcolo e le specifiche progettuali.

 

PRO_SEC Verifica espulsione tamponature è gratuito, compreso anche nelle versioni free di PRO_SAP sia Entry, che e-Time che Startup, scaricabili da questo LINK.

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Si ringrazia l’Ing. Luca Barbieri di Fornaci laterizi Danesi per il prezioso supporto nello sviluppo di PRO_SEC e nella revisione di questo articolo.