Gli effetti delle tamponature sul comportamento dei telai sono stati da molto tempo oggetto di numerose indagini sperimentali. Inoltre, diversi sono i tentativi di modellazione numerica riportati in letteratura. Tuttavia, non si è ancora giunti ad una soluzione ottimale del problema. Ciò è dovuto essenzialmente ai numerosi parametri dai quali il comportamento dei telai tamponati dipende e all’alto grado di incertezza associata alla maggior parte di essi.
Dal punto di vista della risposta strutturale potremmo considerare i seguenti parametri:
· la variabilità delle proprietà meccaniche della tamponatura, dipendente dalle proprietà meccaniche dei materiali costituenti (mattoni, malta, pannelli, ecc.) e dai dettagli di costruzione (una rottura fragile è spesso inevitabile e, se le tamponature non sono adeguatamente rinforzate, potrebbe intervenire anche un’espulsione fuori dal piano);
· la variabilità del comportamento all’interfaccia telaio-tamponatura, dipendente anche dalla presenza di sconnessioni o connettori a taglio;
· l’influenza della rigidezza relativa telaio-tamponatura sulla risposta strutturale;
· posizione e dimensione delle aperture (che comportano anche problemi nella valutazione della rigidezza e della resistenza della struttura);
· geometria (in particolare numero di piani e numero di campate dei telai);
· la difficoltà nella determinazione con sufficiente accuratezza della storia di carico prevista;
· la valutazione del carico verticale e della sua variazione nei cicli di carico.
Dal punto di vista delle prove sperimentali, le maggiori difficoltà sono legate ai seguenti aspetti:
· le grandi dimensioni dei campioni che vengono usualmente testati comportano ovviamente notevoli costi; il limitato numero di prove usualmente svolte è allora in contrasto con il grande numero di parametri che andrebbero investigati;
· le grandi dimensioni dei campioni non consentono inoltre l’esecuzione di prove su tavola vibrante per telai a più piani e più campate;
· la massa distribuita (tipica per i telai tamponati) e l’alta rigidezza delle strutture tamponate rende di difficile applicazione le tecniche pseudodinamiche e i loro risultati sono piuttosto inattendibili.
Per quanto concerne la modellazione numerica, si riscontrano i seguenti problemi:
· l’interazione delle strutture tamponate in piano e fuori dal piano richiede l’uso di relazioni costitutive molto complicate;
· la risposta di telai tamponati, altamente non lineare anche per bassi livelli di carico, rende irrilevante l’uso di elementi linearmente elastici nella maggior parte dei casi;
· la simulazione del comportamento fragile può creare seri problemi numerici;
· infine, il marcato “softening” che si ha dopo che la struttura raggiunge il massimo della sua resistenza può portare ancora a problemi di instabilità numerica.
Una conseguenza delle numerose difficoltà menzionate consiste nell’assenza di regole di progetto nella maggioranza dei codici esistenti, sebbene sia riconosciuta da tutti l’importanza del problema. Avviene così che nella pratica progettuale è ignorata la presenza di tamponamenti cosiddetti “non strutturali”, mentre la “parte strutturale” dell’edificio (cioè il telaio in c.a.) viene progettata ed analizzata singolarmente, ed i suoi elementi vengono dimensionati ed armati conseguentemente. E’ necessario riconoscere che questa semplificazione è a favore di sicurezza solo in casi particolari, e può portare a trascurare problemi potenzialmente pericolosi nel caso di azioni sismiche. Ad esempio:
· un’espulsione fuori dal piano di pannelli di tamponamento può essere causa di incidenti anche se molto spesso non è accompagnata da grandi danni nelle parti strutturali;
· rotture premature e fragili dei pilastri possono originarsi dall’interazione con la tamponatura;
· effetti torsionali indesiderati possono essere causati da una distribuzione in pianta non uniforme dei tamponamenti;
· inoltre, una non uniforme distribuzione delle tamponature in altezza può portare alla formazione del cosiddetto “piano soffice”, effetto senza dubbio non desiderato nella risposta sismica delle strutture;
· stati limiti di danno e di esercizio (spesso non verificati esplicitamente) potrebbero essere enormemente influenzati dal costo associato al danno degli elementi non strutturali.
Sintesi del lavoro, conclusioni e sviluppi futuri
All’inizio del lavoro l’obiettivo che si era prefisso era quello di dare un contributo ulteriore allo studio dell’effetto delle tamponature sul comportamento statico dei telai in c.a. L’attenzione è stata rivolta principalmente allo sviluppo degli aspetti numerici e computazionali del problema. A tal proposito ci si è avvalsi di uno strumento imprescindibile quale il computer mediante il quale, a partire da un codice di calcolo già esistente atto all’analisi non lineare di telai in c.a., ne è stato messo a punto uno nuovo arricchendo il precedente delle istruzioni necessarie per l’implementazione della legge costitutiva dell’elemento puntone equivalente alla tamponatura.
La prima parte del presente lavoro è stata dedicata allo studio del comportamento sperimentale dei telai tamponati, indagando sui parametri che influenzano la resistenza e la rigidezza del sistema, quindi, si è focalizzata l’attenzione sui modelli numerici disponibili in letteratura. Ne è stato fatto uno stato dell’arte classificandoli in modelli di tipo microscopico (o micromodelli) e modelli di tipo macroscopico (o macromodelli). A questi ultimi, in quanto basati sul concetto di biella equivalente, è stato dedicato un capitolo a parte nel quale le varie proposte sono state analizzate con maggiore dettaglio. Di questi sono stati scelti due modelli, precisamente i modelli di Klingner & Bertero e di Panagiotakos & Fardis, che, assieme ad un terzo più semplificato (il modello bilineare), sono stati poi implementati nel codice di cui sopra.
Una volta messo a punto lo strumento di calcolo, si sono svolte delle analisi numeriche scegliendo come struttura test un edificio a 7 piani. Si sono considerati tre casi al variare della forma della maglia del telaio (da quadrata a rettangolare allungata). Dimensionata e risolta la struttura test per ciascuno dei tre casi (nel dimensionamento si è tenuto conto delle tamponature), si è focalizzata l’attenzione sulla singola maglia del telaio. Si sono prese in considerazione le maglie centrali al 7°, 4° e 1° piano dei telai di bordo (i quali a loro volta si differenziano per la disposizione dei pilastri) distinguendo due differenti modelli di telaio prova a seconda della posizione della maglia e cioè il modello a maglia chiusa appoggiata-appoggiata per le maglie al 7° ed al 4° piano, ed il modello a portale semplice per le maglie al 1° piano. Attraverso il codice di cui sopra si sono svolte delle prove monotone per ciascuno dei casi analizzati (al variare della forma della maglia, del piano e della direzione del telaio), e quindi delle prove cicliche statiche in campo non lineare al fine di indagare l’effetto delle tamponature sulla risposta del telaio al variare del modello di puntone equivalente ed al variare dei parametri meccanici della tamponatura. A tal proposito, sono state considerate tre differenti leggi di spostamento in modo da testare la capacità dei modelli di simulare la risposta al variare delle condizioni di prova. Inoltre è stata indagata la variazione dei parametri che definiscono la legge dei puntoni (larghezza e resistenza del puntone) per ciascuno dei casi esaminati.
Per quest’ultima indagine i risultati hanno mostrato come i modelli proposti offrano uno scarto molto ampio qualunque sia il caso esaminato. Ciò è giustificato dal fatto che ciascuno di essi si fonda su una propria base sperimentale; si può allora arrivare alla conclusione che le varie formulazioni valgono solo nel contesto in cui sono state tarate.
Le prove monotone hanno evidenziato come attenzione debba essere rivolta ad alcuni aspetti quali: le dimensioni della maglia, il piano, la disposizione dei pilastri e quindi l’orditura dei solai. L’influenza della tamponatura, infatti, varia al variare di questi aspetti, e tale variazione diventa in assoluto più importante, come era anche lecito aspettarsi, quando la resistenza della tamponatura aumenta (cioè quando la tamponatura è di buona qualità e realizzata con manodopera qualificata).
Le prove cicliche hanno invece messo in evidenza come la scelta di un modello che sia più raffinato e che soprattutto preveda un degrado ciclico dell’inviluppo di resistenza, quale il modello di Panagiotakos & Fardis, visti i risultati ottenuti dall’applicazione delle tre leggi di spostamento proposte nel presente lavoro, sia comunque indicata.
Diversi sono gli sviluppi futuri che può avere il presente lavoro. Innanzitutto l’estensione dello studio dell’effetto delle tamponature al comportamento dinamico delle strutture intelaiate, ed in particolare al comportamento sismico. Quindi, dal punto di vista della simulazione numerica, si potrebbero analizzare modelli più raffinati, quali i modelli a bielle multiple per restare nell’ambito dei modelli di tipo macroscopico, oppure esplorare il campo dei modelli microscopici anche se ciò comporterebbe un maggiore onere computazionale compensato però da una maggiore accuratezza nei risultati.
Si potrebbero indagare altri aspetti del problema quali: l’effetto del rinforzo della tamponatura o dei connettori a taglio, l’influenza delle aperture.
Ulteriori sviluppi meriterebbe anche lo studio degli effetti non desiderati delle tamponature sulle strutture intelaiate e, in particolare, l’analisi di situazioni pericolose quali gli effetti torsionali indesiderati che potrebbero essere causati da una distribuzione non uniforme dei tamponamenti in piano, oppure, una non uniforme distribuzione in altezza potrebbe portare alla formazione del cosiddetto “piano soffice”, effetto senza dubbio non desiderato nella risposta sismica delle strutture.
Diverse rimangono quindi le problematiche che necessitano di essere sviluppate sul tema.