La rigidezza del pannello murario è una grandezza che indica il rapporto tra la forza orizzontale applicata sulla sommità del pannello e lo spostamento orizzontale dello stesso punto in cui tale forza è applicata.Il calcolo di questa grandezza è fondamentale per la verifica sismica delle pareti portanti e può servire anche nei casi di semplici interventi locali, quando ad esempio si devono realizzare nuove aperture in pareti portanti.La recente normativa tecnica (NTC 2008 [1] e NTC 2018 [2]) non riporta informazioni su come calcolare la rigidezza K e andando a ritroso nella cronologia normativa italiana solo nella Circolare 30 luglio 1981 n. 21745 [3] viene riportata la formula seguente:

K = G A / {( 1,2 h ) • [ 1 + G ( h / b)2 / (1,2 E )]}

La formula precedente è valida solo per i cosiddetti pannelli murari vincolati in "double bending" (cioè impediti di ruotare sia alla base che in sommità) o "muri con vincolo di incastro", secondo la convenzione italiana. La rigidezza di un pannello murario con vincolo a mensola (cioè impedito di ruotare solo alla base) è diversa.

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Volendo determinare la rigidezza in modo più generale si può seguire l'approccio indicato sul testo di Galano - Betti [4].

Si suppone di avere un pannello murario si spessore t, lunghezza b e altezza h e che la muratura abbia moduli elastici noti E e G.

Lo spostamento orizzontale δ del punto situato sulla sommità del pannello murario in cui si applica la forza orizzontale V, è dato dalla somma di due componenti di spostamento pari ai contributi deformativi dovuti alla flessione δf ed al taglio δt.

δ = δf + δt

Il valore K della rigidezza del pannello per come è stata definita tale grandezza vale:

K = V / δ = V / ( δf + δt )

Situazione con "Vincolo di doppio incastro o double bending"

Vincolo di doppio incastro o double bending

Per un pannello murario con vincolo di incastro si ha:

δf = V h3 / ( 12 E J );
δt = V h / ( G At )

dove:

At = A / χ = b t / χ

Il valore δ dello spostamento totale vale:

δ = V h3 / ( 12 E J ) + V h / ( G At ) = V h3 / ( 12 E J ) + V h / ( G A / χ )

Dato che:

J = t b3 / 12

si ha:

δ = V h3 / ( 12 E b3 t / 12 ) + V h / ( G A / χ )

Sviluppando l'equazione:

δ = V h3 / ( E b3 t ) + V h / ( G A / χ ) =
= V h3 / ( E b2 A ) + V χ h / ( G A ) =
= ( V χ h / A ) • [ h2 / ( χ E b2 ) + 1 / G )] =
= [ V χ h / ( G A )] • [ G h2 / ( χ E b2 ) + 1 ] =
= [ V χ h / ( G A )] • [ 1 + G ( h / b )2 / ( χ E )]

e quindi:

δ = V χ h [ 1 + G ( h / b )2 / ( χ E )] / ( G A )

Possiamo quindi determinare il valore K della rigidezza del pannello nel modo seguente:

K = V / δ = G A / {( χ h ) • [ 1 + G ( h / b )2 / (χ E )]}

dato che i pannelli murari hanno una sezione rettangolare in pianta di dimensioni b e t e che per le sezioni rettangolari χ vale 1,2 la formulazione precedente è la medesima della Circolare 21745 [3].

K = G A / {( 1,2 h ) • [ 1 + G ( h / b )2/( 1,2 E )]}

Situazione con "Vincolo a Mensola"

Vincolo a mensola

Per un pannello murario con vincolo a mensola si ha:

δf = V h3 / ( 3 E J );
δt = V h / ( G At )

dove:

At = A / χ = b t / χ

In questo caso il valore δ dello spostamento totale vale:

δ = V h3 / ( 3 E J ) + V h / ( G At ) = V h3 / ( 3 E J ) + V h / ( G A / χ )

Dato che:

J = t b3 / 12

si ha:

δ = V h3 / ( 3 E b3 t / 12 ) + V χ h / ( G A )

Sviluppando l'equazione:

δ = 4 V h3 / ( E b3 t ) + V χ h / ( G A ) =
= 4 V h3 / ( E b2 A ) + V χ h / ( G A ) =
= [ V χ h / ( G A )] • [ 4 G h2 / ( χ E b2 ) + 1 ] =
= [ V χ h / ( G A )] • [ 4 G ( h / b )2 / ( χ E ) + 1]

e quindi:

δ = V χ h [ 1 + 4 G ( h / b )2 / ( χ E )] / ( G A )

Possiamo quindi determinare il valore K della rigidezza del pannello nel modo seguente:

K = V / δ = G A / {( χ h ) • [ 1 + 4 G ( h / b )2 / (χ E )]}

Per sezioni rettangolari χ vale 1,2 e quindi:

K = G A / {( 1,2 h ) • [ 1 + 4 G ( h / b )2 / (1,2 E )]}

Situazione con "Vincolo Parametrico"

Lavagna con calcolo del vincolo parametrico

Volendo generalizzare la formulazione per il calcolo della rigidezza K , parametrizzandola con un valore η che tenga conto del grado di vincolo, si può procedere nel modo seguente:

δf = V h3 / ( η E J );
δt = V h / ( G At )

dove:

η tiene conto del grado di vincolo del pannello murario (η = 12 per pannello con vincolo di incastro e n = η per pannello con vincolo a mensola)

Utilizzando questo approccio si ottiene la seguente formula:

K = G A / {( χ h ) • [ 1 + ( 12 /η ) G ( h / b )2 / (χ E )]}

Riferimenti bibliografici

[1] D.M. 14.01.2008 - Nuove norme tecniche per le costruzioni, Ministero Infrastrutture e Trasporti

[2] D.M. 17.01.2018 - Aggiornamento delle Norme tecniche per le costruzioni, Ministero Infrastrutture e Trasporti

[3] Circolare 30 luglio 1981 n. 21745 - Legge 14.maggio 1981, n. 219 Art.10 «Istruzioni relative alla normativa tecnica per la riparazione ed il rafforzamento degli edifici in muratura danneggiati dal sisma» - Ministero dei Lavori Pubblici

[4] Elementi di statica delle costruzioni storiche in muratura, L.Galano, M. Betti - Società Editrice Esculapio, Bologna 2019

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