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Produce mattoni in LATERIZIO POROTON® per muratura:
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Prove dinamiche del sistema di tamponatura
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Prove dinamiche su tavola vibrante
del sistema di tamponatura antiespulsione

Muro antisismico: dalle prove statiche alle simulazioni sismiche

La ricerca iniziata nel 2009 da Cis Edil S.r.l. sul comportamento sismico (nel piano e fuori piano) di tamponature esterne in laterizio POROTON® realizzate secondo un innovativo sistema costruttivo brevettato, è giunta alla sua seconda fase, nella quale sono state svolte simulazioni sismiche tramite prove dinamiche su tavola vibrante.

Tali prove sono state eseguite presso il Laboratorio di Dinamica Strutturale e Controllo delle Vibrazioni del Centro Ricerche ENEA "la Casaccia" di Roma e fanno parte di un progetto di ricerca più ampio denominato "Seismic Application of Fastening", condotto da ITW Construction Products Italy (http://seismic.spit.it), in collaborazione con il Dipartimento di Ingegneria Civile, Edile ed Ambientale dell'Università di Padova.

L'obiettivo principale del progetto è lo studio del comportamento sismico di sistemi di fissaggio per elementi non strutturali nelle condizioni più critiche di esercizio e dunque durante un evento sismico.

L'intera campagna sperimentale è stata studiata per poter verificare l'effetto di un terremoto sui componenti non strutturali all'interno di un edificio (murature di tamponamento, impianti di condizionamento, di comunicazione, sistemi di tubature, apparecchiature di vario genere, ...).

Dall'interesse di studiare i fissaggi sulle murature di laterizio è nata la collaborazione con Cis Edil che ha messo a disposizione il sistema di tamponatura antiespulsione POROTON® (già investigato con prove statiche) per lo svolgimento delle prove dinamiche su tavola vibrante.

I risultati preliminari dimostrano che la muratura antisismica di Cis Edil, su cui sono state fissate 9 masse (tre da 50kg, tre da 85kg, 1 da 100kg e due da 200kg), ha resistito mantenendo la stabilità a ben 19 prove dinamiche di simulazione sismica ad intensità crescente durante una prima fase di prova, e ad ulteriori 5 sequenze analoghe durante la seconda fase sperimentale, raggiungendo accelerazioni nominali di picco della tavola rispettivamente di 1.00÷1.20g, ben superiori rispetto quelle rilevate nei recenti terremoti, come quelli de L'Aquila nel 2009 e dell'Emilia nel 2012, e più in generale alle accelerazioni prevedibili nel territorio italiano.

Prove dinamiche su tamponature antiespulsione

Fig. 1 - A sinistra, campione testato su tavola vibrante con tamponatura antiespulsione Cis Edil.
A destra, Uno di quattro quadranti del campione prima dello svolgimento delle prove: sulla muratura sono montati il boiler da 100kg e tre masse da 85kg.

La tamponatura esterna antiespulsione

La tamponatura esterna antiespulsione si basa sull'impiego di appositi blocchi in laterizio POROTON® P69TA di Cis Edil (fig. 2) che consente di realizzare murature monostrato (sp. 30 cm), in grado di accogliere all'occorrenza armatura sia orizzontale che verticale.

Il P69TA è un blocco in laterizio ad incastro dotato di due fori di presa che all'occorrenza, rompendo le cartelle esterne preincise (fig. 2), possono accogliere l'armatura verticale preventivamente messa in opera (fig. 3).
L'armatura orizzontale può essere posizionata comunemente nei giunti di malta orizzontale (fig. 3). La malta impiegata per l'allettamento è una malta a prestazione garantita M10.

I blocchi P69TA per tamponature antiespulsione

Fig. 2 - Blocco POROTON® P69TA: sezione orizzontale standard e sezione orizzontale con cartelle esterne preincise rotte per alloggiare l'armatura verticale.

Ulteriore caratteristica del sistema è il collegamento con il telaio strutturale in c.a.: il muro di tamponamento si intende costruito in aderenza con il telaio (fig. 1), realizzando un giunto di collegamento in malta tra tamponatura e telaio, senza ancoraggi metallici tra tamponatura e pilastri.

Realizzazione di tamponature antiespulsione

Fig. 3 - Fasi realizzative della tamponatura antiespulsione per i campioni da testare.

La sperimentazione e le modalità di prova

Il campione di prova, costituito da un telaio in c.a. chiuso con la tamponatura antiespulsione, è stato progettato in modo da rappresentare il comportamento di una porzione di edificio.

La fig. 4 riporta lo schema geometrico "a croce" del campione.

Schema a croce del campione con tamponature antiespulsione e masse installate

La muratura di tamponamento è costituita da tre pannelli murari: uno lungo 3.12 m che va da pilastro a pilastro ed è stato costruito in aderenza con i pilastri stessi, e altri due lunghi 1.35 m ortogonali al precedente che sono aderenti solo alla trave inferiore e superiore, essendo completamente scollegati dal pilastro e dalla parete ortogonale.
Si è voluto valutare in questo modo la differenza tra tamponatura aderente anche ai pilastri, come richiesto per il sistema antiespulsione, rispetto alla tamponatura costruita non in aderenza con i pilastri.

Fig. 4 - Schema "a croce" del campione con tamponature antiespulsione e masse installate.

Le masse sono state applicate sulle tamponature nei quadranti 1° e 3°, dopo la stesura di 1 cm di intonaco comune, per simulare le reali condizioni d'installazione.
Le masse da 50 kg e da 85 kg sono state fissate alla muratura di tamponamento con due tipi di ancoranti costituiti da corpo plastico ad espansione, mentre le masse da 200 kg e 100 kg (boiler) sono state montate con un ancorante di tipo chimico che si applica con un'apposita calza-plastica.
Gli ancoranti sono stati installati seguendo le linee guida dell'EOTA (ETAG020 per gli ancoranti plastici ad espansione, ETAG029 per quelli chimici), dunque le masse sono state fissate con un unico ancorante posizionato al centro della massa, ad eccezione del boiler installato con due ancoranti chimici.

La fig. 5 mostra i quattro quadranti del campione prima dell'avvio della campagna sperimentale.

Campione con tamponature antiespulsione sottoposto a simulazione sismica

Fig. 5 - Viste dei quattro quadranti del campione prima dello svolgimento delle prove: nel 1° quadrante (intonacato) sono montati il boiler da 100 kg e tre masse da 85 kg, il 2° quadrante non ha masse, nel 3° quadrante (intonacato) sono montate due masse da 200 kg e 3 masse da 50 kg, il 4° quadrante non ha masse.

La sperimentazione ha previsto due sessioni successive: la test session 4 caratterizzata da 19 step successivi con accelerazione di picco del segnale sismico indotto crescenti da 0.05g fino a 1.00g (ad intervalli di 0.05g), e la test session 5 sviluppata su 5 step con accelerazione di picco del segnale sismico di 0.70g, 0.90g, 1.00g, 1.10g e 1.20g.

La generazione del segnale sismico utilizzato durante le prove di laboratorio è basata sulle indicazioni contenute nello standard normativo di qualifica sismica per componenti non strutturali dell'ICC-ES (AC156). Sono stati quindi generati tre diversi input sintetici incoerenti per ciascuna delle tre direzioni principali x, y e z (fig. 6).

In mancanza di normative o linee guida specifiche per la qualifica di ancoranti attraverso sperimentazioni su tavola vibrante, si è infatti considerato lo standard statunitense in quanto è un documento strettamente coerente con gli scopi del programma di ricerca qui presentato.

Le accelerazioni e gli spostamenti della tamponatura e delle masse ancorate sono stati monitorati per tutti gli step di ogni sessione di prova, tramite due diversi sistemi di acquisizione. Il primo sistema è composto da potenziometri e accelerometri per un totale di circa 40 strumenti, mentre il secondo è rappresentato dall'apparato ottico di rilievo spaziale 3D-Vision, che ha permesso di registrare lo spostamento di circa 80 punti.

Prove sismiche su tamponatura antiespulsione

Fig. 6 - Componenti delle time histories relative alle tre direzioni principali: x, y, z.

Risultati preliminari e considerazioni

La scelta di effettuare le prove sismiche con input dinamici nelle tre direzioni principali ha permesso sia di ottenere una sollecitazione combinata nel piano e fuori piano sulle tamponature e sulle masse, generando così sollecitazioni di trazione e di taglio contemporaneamente agenti sui punti di fissaggio, sia di simulare la componente verticale di un terremoto, aspetto non trascurabile come dimostrato dai più recenti eventi sismici occorsi in Italia (L'Aquila 2009, Emilia 2012).

I muri antisismici realizzate con il sistema antiespulsione POROTON® di Cis Edil hanno superato egregiamente le 24 simulazioni sismiche imposte (raggiungendo come già detto accelerazioni nominali indotte di 1.20g), rimanendo praticamente integre e presentando un danneggiamento limitato al primo corso superiore (dovuto all'effetto di martellamento contro la trave superiore in c.a.) ed in corrispondenza dei punti di ancoraggio delle masse più gravose (200 kg).

Tali danneggiamenti locali non pregiudicano la stabilità globale delle tamponature antiespulsione, che grazie alla presenza delle armature ed allo spessore delle pareti, ha mostrato un funzionamento monolitico fino alla fine delle prove.

Prove sismiche su tamponatura antiespulsione

Fig. 7 - Sequenza sismica con accelerazione di picco indotta di 0.60g, direzione y: accelerazione misurata sulla tavola (a), accelerazione misurata sulla massa di 85 kg (b).

La parete lunga costruita in aderenza ai pilastri ha risposto in modo migliore rispetto le due pareti corte costruite in aderenza solo con la trave inferiore e superiore, manifestando anche un minor danneggiamento.

Si sottolinea come l'applicazione delle 19 sequenze sismiche ad intensità crescente durante la prima fase di prova ed ulteriori 5 sequenze analoghe durante la seconda fase sperimentale risulti particolarmente severa per il campione sottoposto a prova, dato che induce un danno cumulativo molto gravoso, che in un normale evento sismico non si presenta.

Per comprendere la azioni agenti sulla tamponamento antiespulsione e sui punti di fissaggio delle masse è necessario riferirsi alle accelerazioni misurate su tali elementi. Tali accelerazioni sono infatti maggiori rispetto le accelerazioni di picco del segnale sismico indotto.

Tale analisi dei risultati è ancora in corso, ma per comprenderne l'entità è utile riferirsi ad esempio alle registrazioni per la sequenza sismica con accelerazione di picco indotta di 0.60g, che sulla tavola raggiunge effettivamente 0.70g (fig. 7a) e che comporta sulle masse da 85 kg fissate nel quadrante 1° (fig. 4 e fig. 5) valori effettivi di accelerazione prossimi a 1.00g (fig. 7b).

Sintesi e conclusioni

Le prove dinamiche su tavola vibrante sono le prove che permettono di riprodurre più fedelmente il comportamento reale degli elementi strutturali e non strutturali soggetti ad un terremoto.
Questa considerazione vale ancor di più per le prove qui discusse, dato che sono state effettuate imponendo accelerazioni in tutte e tre le direzioni principali: le due componenti orizzontali (nord-sud e ovest-est) e la componente verticale, aspetto non trascurabile come dimostrato dai più recenti eventi sismici occorsi in Italia (L'Aquila 2009, Emilia 2012).

Tre masse da 50 kg, tre masse da 85 kg, una da 100 kg e due da 200 kg sono state fissate alla tamponatura antiespulsione con fissaggi ITW Construction Products.
La tamponatura così caricata ha resistito a ben 24 sequenze sismiche ad intensità crescente, raggiungendo accelerazioni di picco del segnale sismico indotto di 1.00g ÷ 1.20g, ben superiori rispetto quelle rilevate nei recenti terremoti, quali L'Aquila 2009 ed Emilia 2012, e più in generale alle accelerazioni attese per tutto il territorio Italiano.

La tamponatura antiespulsione conferma dunque, dopo gli ottimi risultati già ottenuti tramite prove quasi-statiche condotte dall'Università di Padova, le ottime prestazioni del sistema soggetto ad azioni di tipo sismico, anche in presenza di masse molto gravose che moltiplicano la sollecitazione indotta.



Per approfondimenti relativi ai sistemi di fissaggio sottoposti a prova, contattare ITW Construction Products Italy

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