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Produce mattoni in LATERIZIO POROTON® per muratura:
portante, armata, fonoisolante, termoisolante, da tamponatura e TAMPONATURE ANTIESPULSIONE

Prove dinamiche del sistema di tamponatura
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Strutture antisismiche: la progettazione della tamponatura antiespulsione POROTON® nel telaio in c.a.

1. Il comportamento delle tamponature soggette al terremoto

Quando si parla di tamponamenti aderenti al telaio in c.a. e di comportamento degli stessi in presenza di azioni sismiche è necessario innanzitutto definire come essi rispondano nel proprio piano sviluppando il "famoso" puntone equivalente (Fig. 1 a) e fuori dal piano sviluppando preferibilmente un favorevole meccanismo ad arco (Fig. 1 b).

Strutture antisismiche e tamponature

Fig. 1 – Puntone equivalente nella risposta nel-piano (a, fonte Righetti e Bari, 1999); meccanismo ad arco nella risposta fuori-piano di un tamponamento aderente al telaio (b, fonte Mosele e Bari, Murature Oggi n°2-2011.

La problematica senza dubbio più grave per le tamponature consiste nel rischio di espulsione fuori dal piano che può causare danni a cose o persone, come evidenziato nei recenti terremoti de L'Aquila ed Emilia (Fig. 2).

D'altra parte la risposta fuori-piano della tamponatura è influenzata dal danneggiamento nel-piano che la stessa accumula e che ne riduce la resistenza fuori-piano, infatti in un terremoto le onde sismiche investono l'edificio in tutte le direzioni.

È proprio l'effetto combinato nel-piano e fuori-piano a determinare l'espulsione fuori dal piano delle tamponature ai piani bassi dell'edificio (Fig. 2), anziché ai piani alti dove la sollecitazione fuori-piano è maggiore, ma il danneggiamento nel-piano è minore.

Strutture antisismiche e tamponature

Fig. 2 – Danni alle tamponature rilevati dopo il terremoto de L'Aquila (a, fonte Reluis, 2009) e in seguito al terremoto dell'Emilia (b).

Risulta evidente come sia fondamentale studiare l'effetto combinato nel-piano e fuori-piano per poter progettare e garantire la sicurezza delle tamponature.

Per questo Cis Edil ha avviato nel 2009 un programma di ricerca sperimentale presso l'Università degli Studi di Padova per sviluppare un sistema di tamponatura in grado di garantire elevati livelli di sicurezza.

La ricerca è stata recentemente ultimata ed ha permesso di definire nel dettaglio il sistema di Tamponatura Antiespulsione POROTON® insieme alle indicazioni da impiegare in fase di progettazione.

2. Le prove sperimentali

Sono state analizzate sperimentalmente diverse configurazioni di tamponature senza aperture, con aperture, con e senza architrave (Fig. 3 a, b, c) tramite prove cicliche combinate nel-piano e fuori-piano condotte dall'Università degli Studi di Padova, che sono ampiamente descritte in un articolo recentemente pubblicato su Murature Oggi n°1-2014.

Strutture antisismiche e tamponature

Fig. 3 – Campioni sottoposti a prove cicliche combinate nel-piano/fuori-piano (a, b, c), campione con masse ancorate sottoposto a prova su tavola vibrante (d).

Sono state inoltre condotte prove dinamiche su tavola vibrante svolte presso il Centro Ricerche ENEA "la Casaccia" di Roma, sulla tamponatura antiespulsione con masse applicate tramite fissaggi ITW (Fig. 3 d) nell'ambito di un 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 l'Università degli Studi di Padova.


Tali prove hanno confermato le ottime prestazioni del sistema soggetto ad azioni di tipo sismico, anche in presenza di masse molto gravose che moltiplicano la sollecitazione indotta.

I risultati ottenuti dalle prove sperimentali hanno permesso di calibrare un modello di calcolo per la resistenza fuori-piano, sviluppato dall'Università degli Studi di Padova, in relazione al danneggiamento subito nel-piano dovuto all'interazione tra tamponatura e telaio, con e senza aperture e con e senza architrave.

Un aspetto essenziale del modello consiste nella valutazione del degrado della resistenza fuori-piano all'aumentare dello spostamento nel-piano che induce danneggiamento, che per la tamponatura antiespulsione POROTON® è stato ottenuto direttamente dai risultati delle prove sperimentali (Fig. 4).
Infatti la modalità con cui la tamponatura perde resistenza fuori-piano all'aumentare del danneggiamento nel-piano è ricavabile esclusivamente tramite prove sperimentali specifiche come quelle svolte nella presente sperimentazione.

Strutture antisismiche e tamponature

Fig. 4 – Degrado della resistenza fuori-piano della tamponatura antiespulsione POROTON® all'aumentare dello spostamento nel-piano che induce danneggiamento sulla tamponatura stessa; in rosso la tamponatura antiespulsione nella versione non armata e in blu nella versione armata.

Tutto ciò risulta essenziale dato che le normative vigenti non forniscono a riguardo nessuna indicazione sul come procedere, mettendo il progettista in una condizione difficile dato che la stessa normativa richiede d'altra parte lo svolgimento della verifica fuori-piano in relazione all'azione sismica corrispondente a ciascuno degli stati limite considerati, tenendo dunque conto del danneggiamento.

3. La progettazione della Tamponatura Antiespulsione nel telaio in c.a.

Quando si progetta un telaio tamponato le questioni che abitualmente ci si trova ad affrontare sono sostanzialmente due, e corrispondono al modo di reagire della tamponatura alle azioni sismiche: come e quanto influisce la tamponatura nel comportamento nel-piano del telaio e come si può svolgere una verifica soddisfacente per le azioni fuori-piano che rischiano di far collassare la tamponatura (questa è la verifica più importante per la tamponatura).

Impiegando la Tamponatura Antiespulsione è possibile percorre due strade per portare a termine la progettazione: la prima consiste nello svolgere un'analisi sul telaio nudo tenendo in considerazione la presenza delle tamponature implicitamente e la seconda nello svolgere un'analisi che tenga esplicitamente conto della presenza delle tamponature.

Metodo diretto

In sostanza dunque con la prima metodologia, che definiamo Metodo Diretto, è possibile ad esempio svolgere una classica analisi dinamica lineare sul telaio nudo (Fig. 5), il quale va progettato tenendo in conto i requisiti e le verifiche richieste dalle NTC 2008.

Strutture antisismiche e tamponature: modello del telaio

In particolare le vigenti NTC 2008 forniscono numerose prescrizioni ed indicazioni per tenere in conto implicitamente dell'influenza delle tamponature sul telaio in c.a., come ad esempio i coefficienti amplificativi di eccentricità accidentale e delle azioni di calcolo per gli elementi verticali in caso di distribuzione fortemente irregolare rispettivamente in pianta ed in altezza (§7.2.3).

Fig. 5 – Modello numerico del telaio nudo.

È necessario in generale evitare la formazione di colonne corte, tipico di un tamponamento non esteso sull'intera altezza dei pilastri, per i quali casi comunque le NTC 2008 forniscono indicazioni sul taglio da considerare per la verifica (§7.4.4.2.1) oltre ad imporre di estendere opportunamente la staffatura per evitare rotture fragili a taglio, ricorrendo eventualmente ad armature bi-diagonali (§7.4.6.2.2).

Il pilastro d'angolo poi richiede particolare attenzione, per questo le NTC 2008 impongono di estendere la staffatura della zona critica all'intera altezza del pilastro nel caso in cui il tamponamento sia presente da un solo lato di un pilastro (§7.4.6.2.2).

A questo è ragionevole aggiungere la verifica del taglio indotto dal tamponamento sul pilastro, in funzione della resistenza a taglio del tamponamento stesso; quest'ultima verifica non è esplicitamente richiesta dalle NTC 2008, ma veniva trattata dalla Circolare 10/4/97 esplicativa del DM'96 ed è tutt'ora proposta nell'Eurocodice 8.

Per tenere sotto controllo l'interazione nel-piano tra tamponatura e telaio in c.a. ed evitare che le tamponature si danneggino al punto da rendere inagibile una costruzione allo SLD, le NTC 2008 richiedono di verificare che allo SLD appunto lo spostamento interpiano (dr, Fig. 6) del telaio nudo sia inferiore di 0.005∙h.

Strutture antisismiche e tamponature

Si ottiene così un telaio dimensionato in modo da non subire danni a causa della presenza delle tamponature e che sarà caratterizzato da spostamenti interpiano allo SLD ed allo SLV determinati dalle analisi svolte.
Con questi spostamenti sarà possibile verificare il livello di danneggiamento raggiunto dalla tamponatura antiespulsione e la conseguente resistenza fuori-piano impiegando i grafici di Fig. 4, tale resistenza andrà poi confrontata con la sollecitazione fuori-piano calcolata secondo quanto riportato al §7.2.3 delle NTC 2008.

Fig. 6 – Spostamento interpiano.

Metodo del Puntone Equivalente

Con la seconda metodologia invece, che definiamo Metodo del Puntone Equivalente, è possibile svolgere anche delle analisi non lineari, ad esempio una statica non lineare, su una modellazione in cui sono state esplicitamente inserite le tamponature (Fig. 7) come puntoni equivalenti, descritti da un modello di tipo Panagiotakos-Fardis calibrato direttamente sui risultati sperimentali della Tamponatura Antiespulsione POROTON® (Fig. 8).

Questo permette di avere una legge costitutiva per il puntone equivalente molto realistica in quanto calibrata su dati sperimentali di tamponature antiespulsione testate, come abbiamo visto, con diverse configurazioni di tamponatura (Fig. 3).

Strutture antisismiche e tamponature

Fig. 7 – Modello numerico del telaio con tamponature antiespulsione.

In questo modo anche le interazioni telaio-tamponatura vengono esplicitamente prese in considerazione dal modello, che permette dunque di svolgere analisi più realistiche e raffinate, il quale deve comunque soddisfare i requisiti e le verifiche richieste dalle NTC 2008 per il telaio in c.a. sopra riportate.

Come accadeva per il Metodo Diretto, anche in questo caso dalle analisi condotte si ricavano gli spostamenti interpiano allo SLD e SLV con cui entrare nelle curve di degrado di Fig. 4 ricavando la resistenza fuori-piano, che va confrontata con le azioni sismiche calcolate secondo §7.2.3 delle NTC 2008.

Strutture antisismiche e tamponature

Fig. 8 – Resistenza nel-piano della tamponatura antiespulsione all'aumentare dello spostamento nel-piano che induce danneggiamento sulla tamponatura stessa; in rosso e blu i dati sperimentali, in nero il modello analitico del puntone equivalente tipo Panagiotakos-Fardis.

Quest'ultimo passaggio è determinante ed è quello che permette di evitare i collassi delle tamponature viste a L'Aquila ed in Emilia (Fig. 2) oltre ad essere proprio il passaggio che la normativa non fornisce al progettista.

4. Il sistema costruttivo

Tutti i campioni testati sono stati costruiti con la Tamponatura Antiespulsione POROTON® caratterizzata dall'utilizzo di blocchi POROTON® P69TA, appositamente sviluppati da Cis Edil S.r.l. (Fig. 9), che consentono di realizzare tamponature monostrato in laterizio, in grado di ospitare all'occorrenza armatura orizzontale e verticale.

I blocchi P69TA per tamponature antiespulsione

Fig. 9 – Blocco POROTON® P69TA: sezione orizzontale standard e sezione orizzontale con cartelle esterne preincise rotte per alloggiare l'armatura verticale.

Si tratta di un blocco ad incastro con giunto verticale a secco che permette un'agevole realizzazione della tamponatura (Fig. 10 a), caratterizzato da due fori di presa che all'occorrenza, rompendo le cartelle esterne preincise (Fig. 9), possono ospitare l'armatura verticale preventivamente messa in opera (Fig. 10 b), mentre l'eventuale armatura orizzontale può essere posizionata nei giunti di malta orizzontale.
La malta impiegata per l'allettamento è una comune malta a prestazione garantita M10.

Ulteriore caratteristica fondamentale del sistema costruttivo sviluppato riguarda il collegamento con il telaio strutturale in c.a.: la tamponatura si intende costruita in aderenza con il telaio, realizzando un giunto di collegamento in malta tra tamponatura e telaio, senza il bisogno di ancoraggi metallici tra tamponatura e pilastri.

Strutture antisismiche: fasi realizzative della tamponatura antiesplusione
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