Influenza delle tamponature sulla risposta dinamica di edifici in cemento armato

I terremoti verificatisi nel passato, hanno ormai dimostrato con chiarezza che la risposta sismica degli edifici intelaiati in c.a. è fortemente condizionata dalle tamponature. Queste infatti, anche se generalmente catalogate come elementi non strutturali e da sempre e solo pensate per raggiungere adeguate performance nell’ambito dell’isolamento termico-acustico, contribuiscono in misura sostanziale all'irrigidimento, all'irrobustimento, alla capacità di dissipare energia ed all'innesco di una serie di meccanismi di crisi locali e globali della struttura portante modificandone marcatamente il comportamento sia in campo elastico che plastico.
In uno scenario così ampio, si è deciso di concentrare l’attenzione alla fase di comportamento elastico dell’edificio con l’obiettivo di approntare un modello di calcolo per la tamponatura capace di stimare in maniera sufficientemente adeguata, il suo contributo irrigidente per bassi livelli di sollecitazione.
La tesi ha preso le mosse da alcuni studi disponibili in letteratura in cui è emerso che i valori dei periodi fondamentali calcolati con la formula proposta dalle NTC 2008 al 7.3.3.2 risultano essere sempre maggiori di quelli ottenuti sperimentalmente a valle dell’elaborazione ed interpretazione dei dati di un’ampia campagna di misure vibrazionali in rumore ambientale su diverse strutture intelaiate in cemento armato.
Tale sovrastima può essere considerata accettabile relativamente agli Stati Limite Ultimi, ma non per gli Stati Limite di Esercizio.
Pertanto, la corretta stima del contributo irrigidente della tamponatura pare essere irrinunciabile in ragione anche del marcato peso socio-economico legato al suo danneggiamento, decisamente importante anche per terremoti di bassa intensità.
Risulta chiaro quindi, che la corretta modellazione della tamponatura debba tener necessariamente conto delle fase di funzionamento in cui il pannello murario si trova nel momento considerato. In questo contesto, si possono individuare due principali fonti d’incertezza nella stima del contributo irrigidente della tamponatura: la tecnica di modellazione numerica e le caratteristiche meccaniche della muratura costituente.
Muovendo dalle indicazioni di letteratura, si è proceduto ad approntare un modello di tamponatura alla meso-scala tarandolo sulla base di un confronto con i valori di rigidezza in fase elastica ricavati da un’attività sperimentale condotta da Colangelo et al. (1999) su sei campioni di telai piani in calcestruzzo armato tamponati con mattoni forati in laterizio e costruiti in scala 1/2.
Una volta acclarate le buone capacità di rappresentazione della modellazione proposta, si è vagliata l’opportunità di fornire all’analista uno strumento operativo di più semplice e rapido impiego sostituendo il pannello murario con un puntone equivalente. A tal fine, si è calibrata la rigidezza assiale della biella in modo che essa esibisca lo stesso valore di rigidezza del pannello murario in fase elastica di comportamento a taglio.
Evidenziate le potenzialità della modellazione proposta nel caso di telai piani, si è deciso di testare le tre schematizzazioni ideate in riferimento ai valori di frequenze proprie di vibrazione ottenute sperimentalmente da Turker et al. (2015) su un edificio in c.a. in scala ½.
In questo contesto, modellando la tamponatura come elemento bidimensionale, si è ottenuta una ragionevole approssimazione dei risultati sperimentali con scarti sulle frequenze sempre inferiori al 20% al contrario di quanto mostrato dal modello con tamponature considerate solo in termini di massa, il quale fornisce risultati davvero troppo distanti dalle evidenze sperimentali. Anche la formulazione di puntone equivalente proposta, in entrambe le disposizioni, fornisce una buona approssimazione della dinamica reale della struttura al contrario di quanto si ottiene adoperando la formula di Mainstone che restituisce una stima davvero inadeguata rispetto alle valutazioni di sito.
Successivamente si è accennato alla possibilità di impiegare il modello alla meso-scala discusso in precedenza, anche in campo non lineare a valle di alcune modifiche con il software Midas Gen.
Infine, essendo il modulo elastico equivalente della tamponatura il parametro che maggiormente influenza le frequenze proprie di vibrazione, si è proposto un metodo di stima teorico di tipo indiretto come alternativa all’inadeguatezza delle formulazioni normative, ed ai costi elevati delle sperimentazioni di laboratorio.