Muro Armalater Laterizio Ingegnerizzato Antisismico
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Il Muro

Nel materiale è nascosta la nostalgia della forma.

Rilanciare alcune tecniche costruttive basate sull’ingegnerizzazione dei tradizionali prodotti per le murature portanti, in modo da renderle sismoresistenti, è oggi auspicabile nonchè possibile.

Di fatto, ingegnerizzare un manufatto storico quale il mattone in laterizio, non solo affascina ma risulta logico ed estremamente utile.

Non si può ignorare il grande vantaggio della resistenza del mattone e l’ispirazione preziosa che meravigliose costruzioni in mattoni, in tutti i tempi ed in tutti i paesi, possono donare all’opera creativa.

Guardando certi nuovi edifici, non è arduo predire una rinascita dei muri portanti in mattoni.

Nelle opere murarie tradizionali, chiamate più semplicemente murature, troviamo infatti coesistenti in maniera inscindibile le due funzioni, statica ed estetica, che concorrono a creare l’espressione formale di una struttura.

Se il mattone in terracotta fosse un’invenzione dei nostri giorni, sarebbe senz’altro la novità più sensazionale del mercato edile.

Le murature portanti si differenziano dalle strutture a scheletro sia in c.a. che in acciaio o legno e dagli altri sistemi essenzialmente a motivo della loro costituzione, ottenuta tramite l’assemblaggio organizzato ed efficace di elementi naturali o artificiali (es: mattoni in laterizio) e malta, in grado di sopportare azioni verticali ed orizzontali.

La muratura portante deve presentare un comportamento statico di tipo scatolare – tridimensionale caratterizzato da elementi resistenti disposti parallelamente a tre piani tra loro ortogonali che, se opportunamente collegati, rappresentano un sistema isostatico estremamente efficiente poiché, a differenza di quanto accade per le strutture a telaio, gli sforzi e le varie azioni si redistribuiscono in maniera uniforme e non puntuale.

Le strutture verticali così concepite dovranno essere collegate tra di loro da impalcati orizzontali ai piani o eventualmente inclinati in copertura, tali da assicurare appropriata resistenza e stabilità ma anche garantire rigidezza, resistenza e duttilità nei confronti delle azioni sismiche.

I migliori risultati si ottengono quando tutti i muri hanno sia la funzione portante con resistenza ai carichi verticali, sia la funzione di controvento con resistenza ai carichi orizzontali, arrivando ad un comportamento spaziale “a cellule” resistenti.

Una muratura portante può essere perimetrale, interna o di controvento.
I muri portanti hanno il compito di reggere i solai a cui affidata la duplice funzione di distribuire sia i carichi verticali che le forze orizzontali.

Ruolo fondamentale per un buon comportamento statico di un edificio in muratura è svolto dai concatenamenti e/o collegamenti.

Tutti i muri debbono essere collegati tra di loro mediante ammorsamenti lungo le intersezioni verticali e a livello dei solai mediante cordoli.

L’elemento morfologico che maggiormente caratterizza un edificio in muratura è la “continuità”.

La struttura muraria conferisce all’organismo edilizio non solo la capacità portante ma anche una forma caratterizzata dal pieno e dalla continuità delle murature.

La “simmetria strutturale” è la proprietà degli elementi resistenti di essere simmetrici rispetto ai due assi principali e quindi il progettista dovrà far coincidere il più possibile il centro geometrico dell’edificio corrispondente al centro delle resistenze con il proprio baricentro.

In generale, un’asimmetria in pianta determina sempre sulla struttura un effetto torsionale da contenersi mediante l’utilizzo di giunti strutturali che scindano le configurazioni non simmetriche.

L’asimmetria non è la sola causa di sollecitazioni torsionali, queste possono derivare anche da cause non geometriche quali particolari distribuzioni dei carichi.

Per garantire quindi il comportamento “a scatola” dell’edificio, soprattutto nei confronti delle azioni orizzontali, lo stesso deve essere caratterizzato da una distribuzione di pareti resistenti ad ogni piano, pressoché uniforme, adeguatamente disposte attorno al centro delle masse e con una consistenza tale da ripartire uniformemente i carichi.

La muratura che meglio imita il monolitismo e che si può definire ideale, è la muratura isodoma dei Greci o l’opus quadratum dei Romani dove i blocchi parallelepipedi detti ortostati, sono posti con il lato più lungo nella direzione del muro, mentre i blocchi parallelepipedi detti diatoni, sono posti con la maggiore lunghezza ortogonale al piano del muro.

Prendendo in considerazione un carico verticale concentrato, nella muratura isodoma, in virtù dello sfalsamento dei giunti, ciascun blocco di ogni strato poggia su due blocchi di quello inferiore e le tensioni che si possono trasmettere sono solo verticali. In tal modo, un carico agente su un blocco si distribuisce su due inferiori e da questi su tre della giacitura sottostante, realizzando così una diffusione su una porzione di muro più larga del blocco caricato ma limitatamente ad una fascia verticale sottostante il punto di applicazione del carico stesso.

Le superfici di contatto fra i blocchi sono dotate di attrito e sono quindi in grado di trasmettere, tramite il coefficiente di attrito, forze ad esse parallele proporzionali all’azione verticale di compressione.

Lo sfalsamento dei giunti verticali permette il recupero, almeno nella direzione parallela ai giunti orizzontali, di una certa capacità di sopportare carichi di trazione.

Non possiamo definire questa come resistenza a trazione nel senso classico, poiché la parete non è dotata di coesione essendo composta da elementi rigidi separati fra loro.

Questa capacità, che definiamo pseudoresistenza a trazione, è una conseguenza dell’attrito che si sviluppa fra le superfici a contatto dei blocchi per il peso sovrastante.

Un’ulteriore osservazione è che questa capacità aumenterà tanto quanto minori saranno i giunti verticali, cioè i blocchi saranno lunghi, e quindi con grosse sovrapposizioni, e quanto più saranno sottili poiché aumenterà la superficie interessata dell’attrito.

I mattoni in laterizio di tipologia classica sono disposti in modo da rispettare le regole dell’opus quadratum con la particolare cura posta nel realizzare gli incroci fra i muri, in modo da offrire la più ampia superficie possibile all’attrito per realizzare efficaci ancoraggi tra le pareti nel caso di spinte orizzontali.

Le apparecchiature o giaciture murarie di tipo monolitico si definiscono ad 1 testa – 2 teste – 3 teste o più, intendendo per “testa” il lato minore di base del mattone.

Se nel mattone si definisce “testa o punta” il lato minore di base e “fascia o lista o costa” il lato maggiore di base si otterranno, a seconda dei vari metodi utilizzati, le seguenti disposizioni murarie:

  • Muratura in mattoni con disposizione in chiave o di punta
  • Muratura in mattoni con disposizione gotica o polacca
  • Muratura in mattoni con disposizione a blocco
  • Muratura in mattoni con disposizione fiamminga

La disposizione che realizza la migliore alternanza tra mattoni ortostati e diatoni è senza dubbio la concatenatura “Gotica”.

Altro elemento distintivo dei mattoni è rappresentato dalle dimensioni che sono essenzialmente riconducibili alle seguenti:

  • Mattone (5.5 x 12 x 25) Unificato
  • Mattone (6 x 13 x 26) Senese
  • Mattone (5.8 x 13.5 x 28) Bolognese

La norma UNI 8942 indica per i mattoni la seguente classificazione:

  • Mattoni (pieni – semipieni – forati)
  • Mattoni (fori verticali – fori orizzontali)
  • Mattoni (estrusi – pressati – a mano)
  • Mattoni (normali – alveolati)
  • Mattoni (calibrati – rettificati)

Il D.M. 20/11/87 denominava pieni i mattoni aventi percentuale di foratura inferiore o uguale al 15% e semipieni quelli aventi percentuale maggiore a 15% e non superiore al 45% limitando la foratura massima ammissibile per l’impiego quali elementi portanti.

La precedente classificazione è stata riconfermata nelle NTC (DM 17 gennaio 2018) che prevedono, per murature portanti in elementi in laterizio (mattoni pieni e semipieni), spessore minimo di 240 mm e foratura per i semipieni fra 15% e 45% mentre, il precedente (DM 24 Gennaio 1986) prevedeva spessori minimi di 240 mm solo nel caso di mattoni pieni e di 300 mm nel caso di mattoni semipieni con foratura tra 15% e 45%.

Sempre nelle NTC 17.01.18 si precisa che per il laterizio:

  • gli elementi resistenti artificiali (es. mattoni) possano essere rettificati sulla superficie di posa;
  • lo spessore minimo dei setti interni sia di 7 mm;
  • lo spessore minimo dei setti esterni sia di 10 mm;

Per ottenere il maggior sfalsamento dei giunti verticali tra i mattoni del corpo inferiore e quelli del corpo superiore e concatenamenti ottimali con superfici di contatto apprezzabili sono sicuramente da preferirsi i mattoni di tipo “Bolognese”.

Nelle murature portanti in mattoni la resistenza agli sforzi dell’elemento in laterizio è oltre che di tipo verticale anche di tipo orizzontale e quindi risulta fondamentale la scelta del prodotto idoneo.

I giunti verticali devono essere sfalsati da corpo a corpo in una misura non inferiore a 0.4 H (H = altezza mattone) con un minimo di 4.5 cm (quindi nel caso del mattone spessore 52 mm il giunto dovrà essere sfalsato almeno di 45 mm). Con concatenatura gotica da 14 x 28 si avrà invece più del doppio (60 mm).

Si devono così aggiungere, al corpo delle regole dell’arte dettate per la muratura isodoma, nuove regole per la malta d’allettamento. Queste riguardano lo spessore dei giunti (1.0 ÷1.5 cm), la confezione delle malte e la loro posa in opera. I giunti devono essere riempiti, sia verticalmente che orizzontalmente, di malta che deve avere una giusta percentuale d’acqua; i mattoni devono essere bagnati in modo corretto per non cedere od assorbire acqua, ecc.

Non si deve dimenticare poi che, in caso di sisma, le sollecitazioni orizzontali sono di tipo ciclico, quindi, se la parete non è compatta, alla prima oscillazione, se non avviene il collasso, avverranno scorrimenti che rendono precaria la sua capacità di sopportare l’inversione del movimento. La malta, con la sua coesione, può, in questi casi, migliorarne il comportamento, ma, perché ciò avvenga, questa deve essere posta in opera in modo corretto ed avere buone qualità meccaniche.

La malta è posta fra blocchi sia per realizzare quello spianamento che nella muratura isodoma classica era ottenuto con la lavorazione delle superfici, sia come sigillante dei vuoti. La malta è, però, un materiale dotato di coesione ed inoltre interferisce in modo complesso con i blocchi per cui modificano alcune caratteristiche delle murature.

La malta di allettamento dovrà, per le NTC, avere un valore ≥ 5 N/mm2 (per muratura portante ordinaria) e ≥ 10 N/mm2 (per muratura portante armata o confinata).

L’attrito che si sviluppa fra le superfici dei mattoni e la conseguente pseudo resistenza a trazione nella direzione dei giunti orizzontali, è alterato dalla caratteristica coesiva della malta. Il fenomeno attritivo rimane, solo che avviene tra i laterizi e malta con l’aggiunta della resistenza offerta da eventuali legami chimici e dalla capacità intrinseca di quest’ultima di resistere a trazione (anche se è, in genere, modesta).

Lo spessore dei giunti di malta deve essere uniforme compreso tra 8/20 mm.

La granulometria massima ammissibile della sabbia impiegata nella malta di una muratura di mattoni a vista è, per giunti da 5 a 15 mm pari a 3 mm MAX.

Risulta importante, nelle murature in mattoni, usare malte meno resistenti dei mattoni stessi in uno spessore compreso tra 1/5 ≤ X ≤ 1/3 dello spessore del laterizio e comunque non inferiore a 10 mm e non superiore a 20 mm.

Presi separatamente, i due materiali sottoposti a compressione, per la diversità dei moduli elastici, si deformano trasversalmente in quantità differenti, il mattone presenta un comportamento a rottura di tipo fragile mentre nella malta questo ha un aspetto più duttile, cioè è caratterizzato dalla presenza di una fase di relativamente grandi deformazioni.

Vanno quindi considerati i seguenti fattori:

  • Per la malta:
    • Comportamento in regime di sforzo pluriassiale;
    • Modulo di elasticità, coefficiente di Poisson, duttilità e creep;
    • Caratteristiche di aderenza;
    • Lavorabilità, plasticità e capacità di trattenere l’acqua.
  • Per il mattone:
    • Resistenza a compressione ed a trazione in regime monoassiale e pluriassiale;
    • Modulo elastico, coefficiente di Poisson;
    • Caratteristiche superficiali (rugosità);
    • Caratteristiche di assorbimento di acqua (I.R.A.);
    • Gelività e resistenza agli agenti chimici;
    • Peso, forma.

A causa dell’attrito e del legame chimico esistente tra mattone e malta, si può formulare la ragionevole ipotesi che questi non possono subire deformazioni laterali indipendenti, non solo la diversità dei moduli elastici dei materiali componenti la muratura, ma anche l’anisotropia dei singoli componenti può influenzarne il comportamento.

La resistenza a compressione della muratura si può determinare a partire della resistenza degli elementi che la compongono. Si osservi che questa possibilità è garantita dalla legislazione italiana solo per elementi in laterizio pieni o semipieni e non per i forati.

La resistenza al taglio è legata alla risposta che l’edificio può fornire alle azioni orizzontali, tra queste la più caratteristica è l’azione sismica. Le azioni orizzontali vengono trasmesse alla sommità delle murature dai solai ad esse collegati generando, assieme alle reazioni vincolari alla base della muratura, uno stato di sollecitazioni interne che può portare alla rottura per scorrimento nei giunti orizzontali, o la rottura per taglio- trazione nella zona centrale della muratura.

La normativa italiana ammette, anche per il taglio, la possibilità di determinazione della resistenza per via indiretta in base alle caratteristiche dei componenti della muratura. In particolare, in base alla resistenza a compressione degli elementi in laterizio e al tipo di malta utilizzato, tale possibilità è preclusa per elementi con giunti di malta inferiori ai 5 mm. Altresì non è possibile stimare la resistenza al taglio se il giunto di malta è superiore ai 15 mm.

La resistenza a flessione della muratura, ai sensi dell’Eurocodice 6, deve essere determinata dai risultati di prove eseguite sulla muratura secondo la norma tecnica UNI EN 1052-2 “Determinazione della resistenza a flessione”. La resistenza a flessione della muratura deve essere posta a zero quando la rottura della stessa porta al collasso o alla perdita di stabilità dell’intera struttura.

La risposta strutturale di un edificio a muratura portante può essere calcolata utilizzando analisi semplificate, analisi lineari ed analisi non lineari.

Nel caso di comportamento strutturale dissipativo i valori massimi del fattore di comportamento allo SLV da utilizzare in funzione della tipologia strutturale e della classe di duttilità CD sono i seguenti:

Analisi Lineari

  • Costruzioni di muratura portante ordinaria (αu/α1 = 1,75)
  • Costruzioni di muratura portante armata (αu/α1 = 2,5)
  • Costruzioni di muratura portante armata con la progettazione in capacità (αu/α1 = 3,0)
  • Costruzioni di muratura portante confinata (αu/α1 = 2,0)
  • Costruzioni di muratura portante confinata con la progettazione in capacità (αu/α1 = 3,0)

Analisi non Lineari

  • Costruzioni di muratura portante ordinaria (αu/α1 = 1,7)
  • Costruzioni di muratura portante armata (αu/α1 = 1,5)
  • Costruzioni di muratura portante armata con la progettazione in capacità (αu/α1 = 1,3)
  • Costruzioni di muratura portante confinata (αu/α1 = 1,6)
  • Costruzioni di muratura portante confinata con la progettazione in capacità (αu/α1 = 1,3)

La geometria delle pareti di muratura portante, composte di elementi in laterizio, resistenti al sisma deve rispettare i requisiti indicati nella seguente tabella, in cui t indica lo spessore della parete al netto dell’eventuale intonaco, h0 l’altezza di libera inflessione della parete, h1 l’altezza massima delle aperture adiacenti alla parete, l la lunghezza della parete.

In funzione del tipo di tecnica costruttiva utilizzata, la costruzione può essere considerata di muratura ordinaria, di muratura armata o di muratura confinata.

Costruzioni di muratura ordinaria

Nelle costruzioni di muratura ordinaria, ad ogni piano deve essere realizzato un cordolo continuo all’intersezione tra solai e pareti. I cordoli devono avere altezza minima pari all’altezza del solaio e larghezza almeno pari a quella del muro; è consentito un arretramento massimo non superiore a 60 mm per murature di spessore fino a 300 mm.

In corrispondenza degli incroci d’angolo tra due pareti perimetrali, sono prescritte, su entrambe le pareti, zone di parete muraria di lunghezza non inferiore ad un terzo dell’altezza, e comunque non inferiore a 1 m, compreso lo spessore di muro trasversale.

Costruzioni di muratura armata

Oltre quanto previsto per la muratura ordinaria, per la muratura armata che è costituita da elementi resistenti pieni e semipieni idonei alla realizzazione di pareti murarie incorporanti apposite armature metalliche verticali e orizzontali annegate nella malta o nel conglomerato cementizio; le barre di armatura devono essere ancorate in modo adeguato alle estremità mediante piegature attorno alle barre verticali e la percentuale di armatura orizzontale, calcolata rispetto all’area lorda della sezione verticale della parete, non può essere inferiore allo 0,04% né superiore allo 0,5%.

Gli architravi sovrastanti le aperture possono essere realizzati in muratura armata. Agli incroci delle pareti perimetrali è possibile derogare al requisito di avere su entrambe le pareti zone di parete muraria di lunghezza non inferiore a 1 m.

Costruzioni di muratura confinata

Le costruzioni di muratura confinata dovranno essere progettate rispettando i seguenti requisiti:

  • Gli elementi di confinamento orizzontali e verticali dovranno essere collegati fra loro ed ancorati agli elementi del sistema strutturale principale;
  • Per garantire un collegamento efficace fra gli elementi di confinamento e la muratura, il calcestruzzo degli elementi di confinamento dovrà essere gettato dopo la realizzazione della muratura;
  • La minima dimensione trasversale degli elementi di confinamento orizzontali e verticali non dovrà essere inferiore a 150 mm;
  • Gli elementi di confinamento verticali dovranno essere posizionati:
    1. lungo i bordi liberi di ogni parete strutturale
    2. su entrambi i lati delle aperture aventi area maggiore di 1,5 m2
    3. all’interno delle pareti con passo non maggiore di 5 m
    4. alle intersezioni delle pareti strutturali, in tutti i casi in cui gli elementi di confinamento più vicini siano ad una distanza superiore a 1,5 m
  • Gli elementi di confinamento orizzontali dovranno essere posizionati nel piano della parete ad ogni piano e, in ogni caso, ad un passo non maggiore di 4 m;
  • L’armatura longitudinale degli elementi di confinamento deve avere un’area non inferiore a 300 mm2 o all’ 1% della sezione dell’elemento di confinamento;
  • Le staffe dovranno avere diametro non inferiore a 5 mm e passo non maggiore di 15 cm;
  • Le lunghezze di sovrapposizione delle barre longitudinali non dovranno essere minori di 60 diametri.

Come per le costruzioni in muratura armata è possibile derogare dal requisito di avere agli incroci delle pareti perimetrali zone di parete muraria di lunghezza non inferiore ad 1 m su ciascun lato dell’angolo.
I cordoli di piano devono essere realizzati così come previsto per le costruzioni in muratura ordinaria.

Strutture miste

Nell’ambito delle costruzioni di muratura è consentito utilizzare strutture di diversa tecnologia per sopportare i carichi verticali, purché la resistenza all’azione sismica sia integralmente affidata agli elementi di identica tecnologia. Nel caso in cui si volesse invece considerare la collaborazione delle pareti in muratura e dei sistemi di diversa tecnologia nella resistenza al sisma, quest’ultima deve essere verificata utilizzando i metodi di analisi non lineare.

Costruzioni semplici

Un edificio in muratura formata da elementi resistenti artificiali semipieni o pieni è considerato semplice e vi si può applicare il metodo semplificato per le verifiche strutturali “Costruzioni semplici” delle NTC – D.M. 17 gennaio 2018 (paragrafi 4.5.6.4 – 7.8.1.9 – 7.2.1 – 7.8.6.1 – 7.8.6.2 – 7.8.6.3) rispettivamente per le costruzioni di muratura ordinaria, armata e confinata se:

  • Le pareti strutturali della costruzione sono continue dalle fondazioni alla sommità;
  • Nessuna altezza interpiano è superiore a 3.5;
  • Il numero di piani non è superiore a 3 (entro e fuori terra) per costruzioni in muratura ordinaria e confinata ed a 4 per costruzioni in muratura armata;
  • La snellezza della muratura non sia superiore a 12 per la muratura ordinaria e 15 per quella armata e confinata;
  • Il carico variabile per i solai non sia superiore a 3.00 kN/m2;
  • La planimetria dell’edificio è inscrivibile in un rettangolo con rapporti fra lato minore e lato maggiore non inferiore a 1/3;
  • In ciascuna delle due direzioni siano previsti almeno due sistemi di pareti di lunghezza complessiva, al netto delle aperture, ciascuno non inferiore al 50% della dimensione della costruzione nella medesima direzione. Nel conteggio della lunghezza complessiva possono essere inclusi setti murari che rispettino i requisiti geometrici della Tabella 1. La distanza tra questi due sistemi di pareti in direzione ortogonale al loro sviluppo longitudinale in pianta sia non inferiore al 75% della dimensione della costruzione nella medesima direzione (ortogonale alle pareti). Almeno il 75% dei carichi verticali sia portato da parti che facciano parte del sistema resistente alle azioni orizzontali;
  • In ciascuna delle due direzioni siano presenti pareti resistenti alle azioni orizzontali con interasse non superiore a 7 m, elevabili a 9 m per costruzioni in muratura armata;
  • L’area della sezione di muratura resistente alle azioni orizzontali (9), espressa in percentuale rispetto alla superficie totale in pianta dell’edificio, è non inferiore al valore riportato dalla Tabella 3 nelle due direzioni principali X e Y escluse le pareti aggettanti ovvero che per ciascun piano il rapporto tra area della sezione resistente delle pareti e superficie lorda del piano, non sia inferiore ai valori indicati, in funzione dei numeri di piano della costruzione e della sismicità del sito, per ciascuna delle due direzioni ortogonali e siano quindi rispettate le percentuali minime, calcolate rispetto alla superficie coperta totale in pianta dell’edificio, di sezione resistente delle pareti, calcolate nelle due direzioni ortogonali.

Area pareti resistenti in ciascuna direzione ortogonale per costruzioni semplici

Non sono da prendere in considerazione, ai fini della percentuale resistente, i muri di lunghezza inferiore a 50 cm misurata al netto delle aperture.

Dovranno inoltre essere rispettate le seguenti condizioni:

  • Le aperture verticali dovranno essere allineate.
  • Ad ogni piano sarà realizzato un cordolo continuo pari alla larghezza del muro con arretramento massimo di 6 cm (es. con muro da 28 cm, cordolo 22 cm).
  • L’altezza minima dei cordoli sarà pari all’altezza del solaio + 4 cm.
  • Le travi prefabbricate del solaio dovranno entrare nel cordolo per almeno la metà della larghezza e non meno di 12 cm.
  • In corrispondenza di incroci d’angolo tra due pareti perimetrali sono prescritte, su entrambi le pareti, zone murarie di lunghezza non inferiore ad 1 m compreso lo spessore del muro trasversale.
  • In zona sismica non si possono impiegare elementi artificiali semipieni (mattoni forati) con resistenza caratteristica < 50 kg/cm2 nella direzione dei carichi verticali e con resistenza caratteristica < 15 kg/cm2 nella direzione ortogonale ai carichi verticali. In zona sismica gli orizzontamenti di piano e di copertura non dovranno risultare spingenti.

Già J. Rondelet (XVIII secolo) considerava per gli edifici in muratura che le pareti dovessero essere ben connesse tra loro, disposte in pianta in modo che l’equilibrio dell’insieme fosse tale da evitare, in caso d’eventi eccezionali, l’insorgere di cinematismi e di collassi localizzati.

Il concetto di “equilibrio dell’insieme”, inteso come corretta organizzazione delle strutture fu poi ripreso anche da tutti gli altri trattatisti, Leon Battista Alberti incluso.

La struttura quando è sottoposta a sismi violenti, non resta indefinitamente elastica, perciò è necessario mettere in conto il suo comportamento post-elastico.

Il problema è quindi spostato dalla resistenza alla capacità di subire grandi deformazioni anelastiche, senza collassare.