PROGETTO DI RICERCA SPERIMENTALE RELATIVA ALL

PROGETTO DI RICERCA SPERIMENTALE RELATIVA ALL’IMPIEGO DEL
GASBETON IN ZONA SISMICA
PREMESSA
L’Ordinanza del Presidente del Consiglio dei Ministri n. 3274 del 20 marzo 2003
regolamenta in modo organico la normativa sismica nazionale poiché:
•
estende la classificazione del rischio sismico su tutto il territorio nazionale;
•
recepisce di fatto le normative europee sulle murature (Eurocodice 6) e sul
calcolo in zona sismica (Eurocodice 8);
•
analizza tutte le tipologie costruttive (cemento armato, acciaio, legno, murature
e miste), sia per gli elementi principali portanti che per gli elementi secondari
portati.
Specificatamente, prescrive che i tamponamenti, inseriti nei telai, debbano essere verificati
per le azioni sismiche nel piano e fuori piano ed agli effetti delle interazioni con la
struttura.
Varie indagini sul comportamento dei tamponamenti inseriti nei telai hanno evidenziato
l’importanza della loro funzione, in ambito strutturale, nel governare la risposta sismica
globale dell’edificio e quindi il corrispondente livello di sicurezza nei confronti del collasso.
Si è inoltre verificato, in conseguenza anche di gravi eventi sismici, che la maggior parte
della dissipazione di energia ha luogo nei tamponamenti stessi, mentre il danneggiamento
strutturale nelle travi e nei pilastri è tendenzialmente di entità minore.
Risulta anche che, considerando la sola struttura, i limiti agli spostamenti di servizio siano
difficili da soddisfare mentre risulta agevole rientrare nei limiti considerando i telai
tamponati mediante idonee soluzioni.
Il calcestruzzo cellulare, che sta entrando nella prassi costruttiva nazionale per le
riconosciute proprietà isolanti, manca di conoscenze in merito al comportamento in zona
sismica. La RDB ha avviato nel 2004 con EUCENTRE (Centro Europeo di Formazione e
Ricerca in Ingegneria Sismica) un progetto di ricerca sperimentale con l’obiettivo di
indagare sul comportamento del Gasbeton, impiegato sia come tamponamento nelle
strutture intelaiate che come sistema di muratura portante, venendo così a colmare questa
mancanza di dati necessari ad una corretta progettazione in zona sismica.
L’attività fino ad ora svolta ha consentito di verificare il comportamento delle specchiature
di Gasbeton inserite in telai di cemento armato. Tale tipologia costruttiva presenta una
capacità di dissipazione dell’energia sismica ed una duttilità intrinseca che possono essere
variate inserendo, nei corsi orizzontali, opportune armature. Questa potenzialità di
prestazioni assume importanza in relazione al livello di protezione sismica richiesto dalla
tipologia costruttiva e dalla intensità delle forze sismiche.
CAMPIONI SOTTOPOSTI A VERIFICA SPERIMENTALE
Le campionature sottoposte a sperimentazione riguardavano varie soluzioni: muratura
semplice non armata, muratura con irrigidimento costituito da canaletta armata in
posizione mediana, muratura con armature collocate nelle scanalature dei blocchi,
muratura con armature composte da tralicci piatti collocati nei giunti.
Le tipologie sperimentate e le caratteristiche dimensionali risultano dalle figure n. 1,2,3, 4.
MODALITA’ DI PROVA
Le pareti sono state sottoposte nel piano ad un sistema di forze agenti atte ad imporre
cicli di spostamenti orizzontali.
Il parametro di riferimento considerato è il rapporto tra lo spostamento in sommità del
telaio e l’altezza del telaio stesso (“drift”).
Per stati limite legati a condizioni di utilizzo della struttura o di danneggiamento contenuto,
sono stati considerati drift pari allo 0,1% - 0,2% - 0,3% e 0,4%. Per indagare situazioni
riguardanti uno stato di danneggiamento rilevante o prossime al collasso sono stati
considerati drift pari ad 1,2% e 3,6%: ciò ha portato la sommità dei telai a spostamenti
dell’ordine di 10 cm in andata ed in ritorno.
Le prove fuori piano sono state effettuate a diversi livelli di danneggiamento in piano,
(quindi dopo avere raggiunto diversi livelli di drift durante le prove in piano), applicando
quattro forze puntuali, rilevando lo spostamento trasversale in cinque punti e quindi il
carico ultimo.
RISULTATI RAGGIUNTI
I diagrammi forze-spostamenti relativi alle prove in piano sono riportati nelle figure n. 5, 6,
7, 8.
Pur essendo la ricerca ancora in fase di completamento, le prove ad oggi realizzate hanno
consentito, in primo luogo, di ottenere informazioni generali positive relativamente al
comportamento dei sistemi di tamponamenti in Gasbeton sottoposti a carichi ciclici di tipo
sismico.
•
E’ stata valutata la risposta sul piano di tamponamenti armati e non armati,
per terremoti con varia intensità, potendosi apprezzare il differente livello di
danno raggiungibile.
•
Risulta escluso il rischio di espulsione fuori piano delle tamponature in
Gasbeton, in corrispondenza di differenti livelli di danno indotti dall’azione
nel piano. Infatti il carico limite, peraltro relativo a cedimento nella zona
centrale del muro, risulta superiore anche di 10 volte il peso proprio delle
tamponature.
Ciò evidenzia la buona prestazione complessiva, agli effetti della risposta alle
sollecitazioni sismiche delle specchiature realizzate all’interno dei telai in
cemento armato tamponati con blocchi in Gasbeton ed in particolare l’efficacia
del sistema di sigillatura dell’interfaccia telaio-muratura con malta elastica, che
fa parte dei prodotti del sistema.
Sotto l’aspetto prettamente esecutivo, le potenzialità d’impiego delle varie soluzioni dotate
di armatura dipendono dagli obiettivi che si intende perseguire agli effetti locali e globali,
che possono essere riassunti in:
-
aumento della resistenza,
-
aumento della duttilità,
-
limitazione delle rotture localizzate.
La presenza di armatura diffusa, come previsto nei campioni n. 3 e 4, è in grado di evitare
collassi locali successivi alla fessurazione e di mantenere l’integrità della parete nel campo
post-elastico: ne risulta un sensibile aumento della duttilità ed una diminuzione della
suscettibilità al danno in rapporto al campione di muratura non armata (provino n. 1). Le
quantità minime analizzate sono da ritenersi sufficienti per assicurare che la rottura per
trazione nei giunti o la rottura nei blocchi non dia luogo ad una rottura fragile dell’intero
pannello.
Si possono infine effettuare le seguenti considerazioni riassuntive:
-
nelle fasi di sollecitazioni iniziali la rigidezza dei telai tamponati non risulta
significativamente influenzata dalla presenza di armatura;
-
risulta sempre significativa l’efficacia del sistema Gasbeton ai fini della
dissipazione dell’energia sismica;
-
i tipi di armature, anche se in modesta percentuale, come previsto nei
campioni n. 3 e 4, risultano in varia misura efficaci nell’evitare o ridurre in
modo significativo il degrado di resistenza dei tamponamenti, soprattutto
per valori elevati degli spostamenti;
-
in condizioni di esercizio, con drift attorno allo 0,2 % - 0,4 % le specchiature
in Gasbeton non producono danneggiamento al telaio e presentano fessure
di modesta entità.
In generale si osserva che i tamponamenti realizzati con materiali tradizionali, che hanno
maggiori valori dei moduli elastici ma che presentando caratteristiche di fragilità, sono più
facilmente esposti a fenomeno fessurativi e risultano complessivamente meno idonei ad
assorbire le deformazioni impresse di tipo sismico.
Provino 1 – Tamponamento con muratura in Gasbeton Sp. 30 cm non armata
Provino 2 – Tamponamento con canaletta armata in posizione mediana
Provino 3 – Tamponamento con armatura (2Φ6/50 cm) nelle scanalature dei
blocchi
Provino 4 – Tamponamento con armatura (tralicci piatti) nei letti di malta
(ogni 50 cm)
Figura 5 – Tamponamento con muratura in Gasbeton sp. 30 cm non armata
500
400
300
200
Force [kN]
1,20%
100
1,00%
0,80%
0,60%
0,40%
0
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
0,20%
0,10%
-100
-200
-300
-400
-500
Displacement [mm]
Interp.
Figura 6 – Tamponamento con canaletta armata in posizione mediana
600
500
400
300
200
3,60%
1,80%
Force [kN]
100
1,20%
1,00%
0,80%
0
-150
-100
-50
0
50
100
150
0,60%
0,40%
-100
0,20%
0,10%
Interp.
-200
-300
-400
-500
-600
Displacement [mm]
Figura 7 – Tamponamento con armatura (2Φ6/50 cm) nelle scanalature dei blocchi
600
500
400
300
200
2,40%
1,80%
1,20%
Force [kN]
100
1,00%
0,80%
0
-80
-60
-40
-20
0,60%
0
20
40
60
80
0,40%
0,30%
-100
0,20%
0,10%
-200
-300
-400
-500
-600
Displacement [mm]
Interp.
Figura 8 – Tamponamento con armatura (tralicci piatti) nei letti di malta (ogni 50 cm)
600
500
400
300
200
3,60%
2,40%
1,80%
Force [kN]
100
1,20%
1,00%
0
-150
-100
-50
0,80%
0
50
100
150
0,60%
0,40%
-100
0,20%
0,10%
-200
-300
-400
-500
-600
Displacement [mm]
Interp.