Le verifiche sulla muratura armata
La muratura armata è una tecnologia che sta suscitando molto interesse perché coniuga la sicurezza strutturale alle alte prestazioni termiche. Se confrontata con altre tecnologie la muratura armata è caratterizzata da ottima durabilità, inoltre non presenta le note problematiche di verifica dei nodi dei telai in CA che sono sorte con le recenti NTC 2018.
Un recente ciclo di Webinar organizzato da Danesi Laterizi (che ringrazio per avermi permesso di utilizzare le immagini del loro manuale della muratura armata https://www.danesilaterizi.it/area-tecnica/) ha riscosso un enorme successo, a dimostrazione dell’interesse dei progettisti verso questa tecnologia.
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A differenza della muratura tradizionale, caratterizzata da verifiche che escludono la resistenza a trazione, l’inserimento di armature nella muratura permette di tenerne in conto e consente di realizzare strutture con pareti più snelle e con minore area resistente rispetto alla muratura non armata.
Naturalmente questa tecnologia non è da intendersi come la panacea per tutte le strutture, è bene ricordare che per alcune tipologie strutturali non è adatta: ad esempio strutture fortemente irregolari, con massa muraria ridotta, con pareti in falso o con “piano soffice”.
Cerchiamo di conoscere meglio questa tecnologia, le cui verifiche sono trattate nelle NTC ai paragrafi 4.5.7 e 7.8.3.
Cos’è la muratura armata?
Come accennato nell’introduzione, è una muratura in laterizi (pieni e semipieni), che presenta armature verticali e orizzontali annegate nella malta o nel conglomerato cementizio di riempimento. La quantità di armatura richiesta è modesta: le armature orizzontali minime sono Ф5 ogni 60 cm e barre verticali Ф16 in corrispondenza delle estremità di ogni maschio murario. In dettaglio le NTC prevedono:
Armature orizzontali, se usate per incrementare la resistenza nel piano:
- diametro minimo Ф 5mm
- 0.04% < Afo / Alorda < 0.5%
- Interasse barre orizzontali < 60 cm
Armature verticali:
1 Ф16 all’inizio e alla fine di ogni parete, all’intersezione con pareti ortogonali, in corrispondenza di ogni apertura
0.05% < Afv / Alorda < 1%
Interasse barre verticali < 4 m
Dove Afo è l’armatura orizzontale, Afv è l’armatura verticale e Alorda è l’area lorda della parete (lunghezza x spessore parete per l’armatura verticale, altezza x spessore parete per l’armatura orizzontale).
Analisi sulla muratura armata
La normativa prevede analisi semplificate, analisi lineari o non lineari, prevede inoltre progettazione in capacità o meno. Nell’immagine seguente uno schema riassuntivo delle possibilità offerte dalla norma.
Con PRO_SAP è possibile realizzare un unico modello ed analizzarlo con diversi tipi di analisi: il modello a telaio equivalente di PRO_SAM consente di eseguire analisi statiche non lineari, è inoltre possibile convertire automaticamente il modello a telaio in un modello plate-shell per eseguire analisi lineari sia statiche che dinamiche, con o senza progettazione in capacità e confrontare i risultati delle analisi.
PRO_SAP fa analisi statiche lineari o dinamiche lineari sia su modelli a telaio equivalente che su modelli con elementi plate-shell. Nei modelli con plate-shell PRO_SAP fa una integrazione automatica delle tensioni locali per ottenere le azioni risultanti di ogni maschio e di ogni trave, poi una volta ottenute le azioni macro esegue la progettazione automatica delle armature. In particolare la progettazione della muratura armata è compresa nel modulo 10 di PRO_SAP.
PRO_SAM fa analisi statiche non lineari su modelli a telaio equivalente, in fase di input è necessario inserire le armature di maschi e fasce, in maniera tale da costruire la curva di capacità tenendo conto direttamente di resistenze e spostamenti ultimi previsti dalla normativa per la muratura armata.
La progettazione
Innanzi tutto è richiesto un comportamento di tipo globale, quindi i sistemi resistenti verticali e orizzontali devono essere collegati tra loro in modo da resistere alle azioni orizzontali e verticali in maniera “scatolare”.
Analogamente alla muratura tradizionale sono previste verifiche di pressoflessione nel piano e fuori piano e verifiche a taglio, i meccanismi di rottura prevedono però un contributo dell’armatura che incrementa notevolmente le resistenze ed introduce la resistenza a trazione, in particolare le verifiche a:
Pressoflessione nel piano e fuori piano sono analoghe a quelle delle sezioni in cemento armato con un diagramma delle compressioni della muratura rettangolare con profondità pari a 0,8 la profondità dell’asse neutro e tensione pari a 0,85 fd. Le deformazioni massime da considerare sono pari a εm = 0,0035 per la muratura compressa e εs = 0,01 per l’acciaio teso. In caso di analisi statica non lineare si adottano come valori di progetto le resistenze medie dei materiali e lo spostamento ultimo può essere assunto pari all’1,6% dell’altezza del pannello.
Taglio tengono conto dei contributi della muratura (Vt,M) e dell’armatura (Vt,S), qualora sia presente almeno l’area minima prevista, secondo le relazioni indicate al paragrafo 7.8.3.2.2
Per quanto riguarda la progettazione in capacità, il principio fondamentale è finalizzato ad evitare il collasso per taglio, assicurandosi che sia preceduto dal collasso per flessione. Tale principio è rispettato quando ciascun pannello murario è verificato a flessione rispetto alle azioni agenti ed è verificato a taglio rispetto alle azioni risultanti dalla resistenza a collasso per flessione, amplificate del fattore 1.5.
Confronto tra i metodi
Vale la pena fare qualche considerazione relativamente alla progettazione in capacità: il fattore di comportamento q non varia molto adottando la progettazione tradizionale o quella in capacità: per edifici regolari in pianta ed in elevazione vale q = 2,5·1,5 = 3,75 per muratura armata e q = 3·1,3 = 3,9 per muratura armata con progettazione in capacità, quindi varia del 4%.
Fare una progettazione in capacità comporta quindi di avere uno “sconto” del 4% sulle azioni e quindi sulle verifiche a pressoflessione e taglio, comporta però un incremento del 50% delle sollecitazioni che derivano dalla gerarchia delle resistenza per le verifiche a taglio, quindi un notevole incremento di armatura orizzontale.
Sicuramente l’edificio si comporterà meglio e non avrà collassi per taglio, ma relative verifiche saranno penalizzate.
PRO_SAP consente di fare le verifiche con entrambi i metodi e confrontare i risultati della progettazione sia in relazione di calcolo che nei disegni esecutivi.
Una volta completata la progettazione, PRO_Marm, compreso nel modulo 10, fa la relazione di calcolo e gli esecutivi automatici.
Ing. Gennj Venturini
Responsabile ricerca e sviluppo – 2S.I. Software e Servizi per l’Ingegneria S.r.l.