La Muratura Armata: Analisi del Sistema Costruttivo e Confronto con la Muratura Ordinaria

UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI FIRENZE

Scuola di Ingegneria

Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Civile

Indirizzo: Strutture

A.A. 2020-2021

Corso di Analisi e Modellazione delle Strutture in Muratura

La Muratura Armata:

Analisi del Sistema Costruttivo e Confronto con la Muratura

Ordinaria

Docente: Prof. Ing. Luciano Galano

Studente: Gabriele Belli La Muratura Armata: Analisi del Sistema

Costruttivo e Confronto con la Muratura Ordinaria

Sommario

1. Introduzione ........................................................................................................................................ 3

1.1. Quadro Normativo di Riferimento ........................................................................................... 3

2. Muratura Armata ............................................................................................................................... 4

2.1. Parametri Meccanici della Muratura ....................................................................................... 4

Parametri Meccanici dell’acciaio

2.2. .............................................................................................. 6

3. Criteri di Progetto per le Costruzioni in Muratura Armata .......................................................... 7

3.1. Regole di dettaglio per Costruzioni in Muratura Armata ...................................................... 7

3.2. Organizzazione Strutturale per Costruzioni in Muratura Armata ....................................... 9

3.3. Azione sismica di progetto e fattore di comportamento ....................................................... 11

4. Analisi Strutturali per Edifici in Muratura Armata ..................................................................... 13

4.1. Schematizzazione della parete con elementi finiti bidimensionali ....................................... 13

4.2. Schematizzazione a telaio equivalente della parete ............................................................... 14

5. Verifiche di Sicurezza per Edifici in Muratura Armata ............................................................... 15

Principio della progettazione in capacità ............................................................................... 15

Verifiche di resistenza .............................................................................................................. 16

5.2.1. Verifica a pressoflessione nel piano ....................................................................................... 16

5.2.2. Verifica a pressoflessione fuori dal piano .............................................................................. 17

5.2.3. Verifica a taglio ...................................................................................................................... 18

5.2.4. Verifiche allo stato limite di danno (SLD) ............................................................................. 19

5.2.5. Costruzioni semplici in muratura armata ............................................................................... 20

6. Confronto tra parete realizzata in muratura ordinaria e armata ............................................... 22

6.1. Caratteristiche meccaniche dei materiali ............................................................................... 23

6.2. Analisi dei carichi ..................................................................................................................... 23

6.3. Modellazione della struttura su SAP2000 .............................................................................. 25

6.4. Azione Sismica .......................................................................................................................... 25

6.5. Parete in Muratura Ordinaria ................................................................................................ 27

6.6. Parete in muratura armata ..................................................................................................... 31

6.7. Confronto tra muratura ordinaria e muratura armata ........................................................ 35

7. Esempi di utilizzo della muratura armata in ambito edilizio ....................................................... 37

Miglioramento sismico con l’impiego di muratura armata di un fabbricato sito a San

7.1.

Possidonio (Mo) .................................................................................................................................... 37

7.2. Ristrutturazione di un edificio residenziale a Villaverla (VI) .............................................. 43

7.3. Edificio residenziale in muratura armata di nuova costruzione a Mirandola (MO) ......... 46

8. Conclusioni ........................................................................................................................................ 50

9. Bibliografia ....................................................................................................................................... 51

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La Muratura Armata: Analisi del Sistema

Costruttivo e Confronto con la Muratura Ordinaria

1. Introduzione

Gli edifici con struttura portante in muratura armata, negli ultimi decenni, hanno riscontrato un notevole

impiego per quanto riguarda le nuove costruzioni, rappresentando così una valida alternativa a quelle in

calcestruzzo armato.

Tra i vantaggi che caratterizzano un’opera in muratura armata merita menzionare la capacità di isolare

termicamente gli ambienti interni da quelli esterni, caratteristica da ricondurre alla conformazione degli

elementi in laterizio che compongono le pareti, garantendo risparmi considerevoli sui costi di riscaldamento

e raffrescamento dovuti all’esercizio degli edifici stessi.

Inoltre, rispetto ad una muratura ordinaria, l’inserimento di barre di armatura in acciaio incrementa

notevolmente la resistenza degli elementi strutturali in muratura armata e in particolare conferiscono la

capacità di far fronte a tensioni di trazione, la cui presenza risulta spesso inevitabile in caso di azioni

del terremoto. Quest’ultimo aspetto risulta particolarmente rilevante e rende le

orizzontali come quella

in muratura armata idonee a contrapporsi all’azione sismica che, secondo la normativa

costruzioni italiana

vigente, le NTC2018, deve essere sempre considerata in fase di progettazione su tutto il territorio nazionale.

Tuttavia, la scarsa conoscenza di tale tipologia costruttiva da parte dei progettisti, dovuta al fatto che la

muratura armata è tutto sommato una tecnica utilizzata per costruzioni recenti, ne ostacola notevolmente la

diffusione.

Obiettivo del presente elaborato è fornire una panoramica generale sul sistema costruttivo della muratura

armata, esaminando le prescrizioni della normativa tecnica vigente e mettendo in risalto i vantaggi derivanti

dall’inserimento delle barre di armatura, sia in termini di caratteristiche meccaniche del materiale che di

verifiche di sicurezza da effettuare sugli elementi resistenti degli edifici.

Dopo un breve excursus iniziale, verrà effettuata una semplice analisi bidimensionale su una parete,

ipotizzandone dapprima la realizzazione in muratura ordinaria e poi in muratura armata, al fine di

i benefici che comporta l’utilizzo della seconda

confrontare i diversi risultati ottenuti ed evidenziare

piuttosto che la prima. Infine, si analizzeranno diversi casi studio di edifici esistenti in cui è stato fatto

sui motivi che ne hanno determinato l’utilizzo,

utilizzo della muratura armata, soffermandoci sulle scelte

progettuali a livello globale e di dettaglio effettuate dai professionisti e i risultati che sono stati ottenuti in

modo tale da poter dare un giudizio generale sulla validità della tecnologia costruttiva.

1.1. Quadro Normativo di Riferimento

La redazione del presente elaborato è stata eseguita in conformità con la normativa italiana in vigore,

ovvero:

• “Aggiornamento delle

D. M. Infrastrutture Trasporti 17/01/2018 - Norme tecniche per le

Costruzioni”

richiamate brevemente nel seguito della relazione NTC2018;

• Circolare 21 gennaio 2019, n. 7 C.S.LL.PP - Istruzioni per l'applicazione dell'«Aggiornamento

delle "Norme tecniche per le costruzioni"» di cui al decreto ministeriale 17 gennaio 2018

richiamate brevemente nel seguito della relazione Circolare 2019.

Ogni riferimento normativo che comparirà nel seguito sarà ad esse correlato. In particolare, si farà

riferimento al paragrafo 4.5. dedicato alle prescrizioni per la progettazione di costruzioni in muratura, al

paragrafo 7.8. dedicato alle indicazioni per la progettazione di costruzioni in muratura nei confronti

dell’azione sismica e ai paragrafi 11.3 e 11.10 per quanto riguarda le prescrizioni sui materiali. Pagina | 3

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2. Muratura Armata di blocchi artificiali pieni o

Gli edifici con struttura in muratura armata consistono nell’assemblaggio

semipieni e malta per la realizzazione di pareti murarie al cui interno sono presenti armature metalliche sia

verticali, disposte all’interno di blocchi

orizzontali, normalmente annegate nel letto di malta, che

opportunamente sagomati con fori.

L’inserimento di armature orizzontali e verticali all’interno della muratura ordinaria conferisce agli

elementi murari una maggiore resistenza alle azioni laterali, a taglio e a pressoflessione, sia nel piano di

sviluppo delle pareti che fuori piano, oltre ad una più elevata capacità deformativa e duttilità del sistema,

evidenti vantaggi dal punto di vista del comportamento sismico, tanto da spingere l’adozione di tale

con

sistema anche in zone ad elevata pericolosità sismica.

Quanto detto è riconosciuto dalle NTC2018 che consentono di utilizzare per questo sistema costruttivo

valori del fattore di comportamento q e limiti deformativi superiori rispetto a quelli della muratura ordinaria.

I vantaggi della muratura armata non si esauriscono solamente ad un incremento delle prestazioni sismiche,

ma consentono anche una forte limitazione del rischio di fessurazione, tipico delle murature ordinarie, per

le quali è solito considerare resistenza a trazione nulla. Questo avviene in quanto la posa in opera delle

armature conferisce alla muratura resistenza a trazione sufficiente alla riduzione del fenomeno.

dell’inserimento

Gli aspetti positivi sopra elencati si ottengono a fronte di una modesta quantità di armatura

all’interno della muratura e ad un limitato aumento di costo rispetto alla soluzione non armata.

Per quanto descritto sopra possiamo affermare che la tecnica costruttiva della muratura armata si ottiene

dall’unione di muratura e barre di armatura. Per determinare i parametri che descrivono le caratteristiche

meccaniche degli elementi in muratura armata è necessario definire i parametri meccanici dei singoli

componenti.

2.1. Parametri Meccanici della Muratura

Per classificare il materiale da utilizzare ai fini del calcolo strutturale, occorre prendere in considerazione

quanto riportato nel paragrafo 11.10 delle NTC2018. Di seguito viene riportato quanto ritenuto utile alla

redazione del presente elaborato, per ulteriori dettagli si rimanda al paragrafo citato delle Norme Tecniche.

Il parametro fondamentale per caratterizzare una muratura dal punto di vista meccanico è la resistenza

caratteristica a compressione . Il valore di viene determinato in funzione della resistenza caratteristica

a compressione del singolo blocco , dichiarata direttamente dal produttore, e della resistenza media della

. Quest’ultimo parametro è individuato dal numero che segue la lettera “M”

malta nella sigla che

definisce la categoria di malta. Si riporta di seguito in figura 2.1 la Tab. 11.10.II delle NTC2018 che riporta

le classi di malta ammesse dalla normativa per le murature portanti.

figura 2.1 Tab. 11.10.II NTC2018, classi di malta utilizzabili per le murature portanti.

Data la resistenza caratteristica a compressione del blocco e la classe della malta è possibile ricavare la

resistenza caratteristica a compressione della muratura . Per farlo le NTC2018 forniscono al punto

11.10.3.1.2 la Tab. 11.10.VI che viene riportata di seguito in figura 2.2. Pagina | 4

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figura 2.2 Tab. 11.10.VI NTC2018, valori di per le murature al variare di e .

NOTA: la tabella sopra riportata ha validità limitata alle murature aventi giunti orizzontali e verticali

riempiti di malta con spessore compreso tra 5 mm e 15 mm. Inoltre, come specificato nelle

per valori non contemplati in tabella è ammessa l’interpolazione lineare ma in nessun

NTC2018,

caso sono ammesse estrapolazioni. La tabella di figura 2.2 è relativa alle murature in elementi

artificiali (e.g. laterizi); le NTC2018 riportano una tabella analoga, Tab.11.10.VII, relativa a

murature per elementi naturali di pietra squadrata.

Le NTC2018 subordinano ai parametri definiti fino ad adesso i restanti valori caratteristici delle murature

utili ai fini dei calcoli strutturali. Per quanto riguarda la resistenza a taglio delle murature, al paragrafo

11.10.3.2.2 viene fornita la Tab. 11.10.VIII utile a determinare la resistenza a taglio in assenza di tensioni

normali in funzione del tipo di muratura, di e di . La resistenza caratteristica a taglio è

0

definita in funzione delle tensioni normali dovute ai carichi verticali dalla relazione di paragrafo

11.10.3.3: = + 0.4 ∙

0

Dalla resistenza caratteristica a compressione si determinano altresì i moduli di elasticità secanti,

utilizzando le relazioni di paragrafo 11.10.3.4:

= 1000 ∙

= 0.4 ∙

Fino ad adesso abbiamo parlato implicitamente di forze di compressione agenti ortogonalmente ai giunti

orizzontali (quindi in direzione verticale); appare chiaro che la resistenza caratteristica a compressione dei

blocchi in direzione orizzontale risulterà diversa da per cui, essendo il calcolo di tutti i parametri

ℎ

subordinato a tale valore, tali parametri assumeranno valori differenti in base alla direzione di carico

considerata.

Per quanto riguarda i coefficienti di sicurezza con i quali è possibile passare dalle resistenze

caratteristiche a quelle di progetto mediante le relazioni:

= / = / ,

essi sono forniti dalle NTC2018 in Tab. 4.5.II di paragrafo 4.5.6.1. riportata di seguito in figura 2.3.

figura 2.3 Tab. 4.5.II NTC2018, valori del coefficiente di sicurezza .

Per ulteriori precisazioni sulle possibili scelte del coefficiente si rimanda al citato paragrafo delle Norme

Tecniche. Inoltre, come riportato al paragrafo 7.8.1.1, per le verifiche nei confronti del sisma, tali

coefficienti possono essere ridotti del 20% fino ad un valore non inferiore a 2. Pagina | 5

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dell’acciaio

2.2. Parametri Meccanici

Per le barre di armatura si impiega la stessa tipologia di acciaio utilizzata nel calcestruzzo armato, ovvero

il B450C (paragrafo 11.3.2.1 delle NTC2018). Se ne riportano di seguito le proprietà meccaniche:

2

= 450 /

Tensione Caratteristica di Snervamento: 2

= 540 /

Tensione Caratteristica di Rottura:

Per passare dalle resistenze caratteristiche a quelle di progetto, le NTC2018 indicano al paragrafo 4.1.2.1.1.3

= 1.15.

un coefficiente di sicurezza Pagina | 6

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3. Criteri di Progetto per le Costruzioni in Muratura Armata

La progettazione di un edificio in muratura armata deve rispettare principi simili a quelli degli edifici in

garantire un buon comportamento scatolare d’insieme fin dalla sua

muratura ordinaria al fine di poter

concezione nel progetto architettonico. Per raggiungere tale scopo, le NTC2018 impongono determinate

regole di dettaglio e di organizzazione strutturale in modo tale da perseguire il corretto funzionamento

complessivo dell’opera, sia nei confronti di azioni statiche che dinamiche.

3.1. Regole di dettaglio per Costruzioni in Muratura Armata

Nel presente paragrafo si riportano le principali regole di dettaglio imposte dalla normativa italiana al fine

di conferire ad una struttura in muratura armata di nuova costruzione il corretto funzionamento strutturale.

Tali prescrizioni sono riportate ai paragrafi 7.8.6.1, 7.8.6.2 e 4.5.7 delle NTC2018. Quanto riportato nel

seguito farà riferimento ai principali provvedimenti da tenere in conto in fase di progettazione e non ha la

prerogativa di essere esaustivo nei confronti dei singoli particolari richiesti dalle Norme Tecniche; per

ulteriori dettagli si rimanda ai paragrafi sopra riportati delle NTC2018.

Come riportato al paragrafo 7.8.6.1 valido sia per le costruzioni in muratura ordinaria che per quelle in

muratura armata, al fine di consentire ai solai e alle coperture la funzione di ripartire le azioni orizzontali,

ogni piano dell’edificio il collegamento tra i muri ed i solai

oltre a quelle verticali, sulle pareti strutturali, ad

o le coperture deve essere sempre realizzato attraverso un cordolo continuo in calcestruzzo armato. Tale

cordolo deve rispettare una serie di prescrizioni sulla geometria e sul quantitativo di armatura riportate nello

stesso paragrafo delle Norme Tecniche. Inoltre, travi metalliche o prefabbricate costituenti i solai devono

essere prolungate nel cordolo per almeno la metà della sua larghezza, e comunque per non meno di 120mm,

e adeguatamente ancorate ad esso. Si riporta di seguito in figura 3.1 tutte le prescrizioni imposte dalla

normativa per la realizzazione dei cordoli e per i collegamenti tra pareti e solai o coperture.

figura 3.1 Prescrizioni per il cordolo in calcestruzzo armato. Immagine ripresa dal testo [1] riportato in Bib