Strutture in C [PDF]

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STRUTTURE IN C.A.: CONFRONTO DEI RISULTATI TRA NTC2018 E NTC2008 Dallo scorso 22 marzo sono entrate in vigore le nuove norme tecniche per le costruzioni “revisionate” dal DM 17/01/2018. Come avevo anticipato nel precedente articolo adesso entriamo nel dettaglio analizzando le variazioni riscontrate nei risultati di calcolo. Analizziamo a tal proposito una semplice struttura intelaiata in c.a. a tre piani che abbiamo progettato utilizzando le NTC2008. Le colonne sono in maggioranza 30×60 (con alcune 30×30 del portico) e le travi 30×50. Dal punto di vista delle sollecitazioni di calcolo non vi è in pratica alcuna differenza. Il confronto più interessante è però quello in termini di progettazione delle armature. Le problematiche che saltano all’occhio in una prima analisi sono: 1. Mancata verifica della sezione allo spiccato delle fondazioni 2. Mancata verifica della gerarchia delle resistenza per alcuni nodi 3. Diversa armatura dei nodi trave-pilastro 4. Miglior verifica per pilastri “corti

FIgura 1: Zone della struttura interessate dalle problematiche. Non temete: per le parti che non hanno superato le verifiche (in rosso) si trova comunque una soluzione ingegneristicamente applicabile ed accettabile. La figura è utile solo per localizzare le zone dove si potrebbero presentare i problemi. Il confronto verrà comunque fatto tra le due soluzioni (una per NTC2008 e una per NTC2018) che consentono la progettazione della struttura. Approfondiamo quindi i motivi principali delle differenze. 1. Mancata verifica della sezione allo spiccato delle fondazioni Una delle principali novità delle NTC2018 è senz’altro la verifica di duttilità. Essa deve essere effettuata per le sezioni allo spiccato delle fondazioni. Consiste nel confrontare il rapporto tra curvatura ultima (Φu) e curvatura convenzionale di prima plasticizzazione (Φyd), con la domanda di duttilità (μΦ).

Figura 2: a) Esempio di diagramma momento-curvatura – b) Esempio di variabilità del fattore di duttilità con T1 L’esito della verifica è influenzato da:  Sforzo normale Nsd (elevata compressione fa diminuire la duttilità)  quantità di armatura longitudinale (sezioni molto armate sono meno duttili)  armature trasversali (all’aumentare delle staffe aumenta il confinamento e di conseguenza la duttilità)  legature tra le armature longitudinali (più legature incrementano il confinamento) Come già accennato, staffe e legature sono direttamente correlate al modello “confinato” del calcestruzzo. In effetti la maniera più efficace di “progettare” la duttilità è aumentare il confinamento della sezione. Nella figura successiva vediamo come staffe e legature abbiano l’effetto di aumentare sia la resistenza a compressione (fck) sia la deformazione ultima (εcu) del calcestruzzo, incrementando quindi anche la duttilità.

Figura 3: Calcestruzzo confinato: confronto tra modelli “senza staffe”, “con staffe” e “con staffe e legature” A conti fatti, per il piede delle colonne principali, applicando le nuove NTC2018 si passa da un passo delle staffe di 13 cm a passi compresi tra 6 e 13 cm, con valore prevalente pari a 7 cm. Pertanto negli esecutivi che elaboreremo da qui in avanti sarà frequente che il passo delle staffe al piede risulterà più fitto rispetto a quello calcolato con le NTC2008.

Figura 4: Passo delle staffe per la zona critica allo spiccato della fondazione 2. Mancata verifica della gerarchia delle resistenza per alcuni nodi Per la verifica di gerarchia delle resistenze (ora chiamata “Pressoflessione”) le nuove Norme Tecniche risultano più gravose. Il motivo è banale. Come riportato nella tabella 7.2.I del paragrafo 7.2.2 il coefficiente di sovraresistenza γrd passa da 1.10 a 1.30 per classe di duttilità “bassa”. Lo stesso valore è da utilizzare anche per la classe di duttilità “alta”.

Figura 5: Estratto della tabella 7.2.I del DM 17/01/2018 Come ormai risaputo, la verifica della gerarchia si può migliorare in vario modo:   

ridimensionando le sezioni (aumento del pilastro e/o diminuzione delle travi) orientando diversamente le colonne (ruotando le sezioni verso il lato meno utilizzato) aumentando le armature longitudinali delle colonne (in modo da aumentare il momento resistente delle colonne) Quest’ultima opzione è da utilizzare come “ultima spiaggia”, in quanto aumentando le armature longitudinali diminuisce la duttilità, ed aumenta anche la domanda a taglio per l’elemento. Operando un semplice confronto tra le armature longitudinali necessarie per il superamento della verifica, per i pilastri interessati si passa da  20 cm² (8Ø18) delle NTC2008 a 25 cm²(10Ø18) delle NTC2018. 3. Diversa armatura dei nodi trave-pilastro Nelle nuove Norme Tecniche, i nodi trave-pilastro hanno acquisito ancora più importanza. In pratica non vi è differenza di approccio nella progettazione delle armature tra le varie classi di duttilità, al punto che anche per le costruzioni “non dissipative” viene richiesta la progettazione dei nodi come per la CD”B”. Per la CD”A” la verifica risulta leggermente più gravosa in quanto il fattore γrd è pari a 1.20 (1.10 per CD”B”). Nelle NTC2008 per la classe di duttilità “bassa” era solo prescritta una quantità di armatura minima, funzione delle dimensioni geometriche del nodo e delle resistenze dei materiali. Per le NTC2018 invece è da elaborare la verifica del nodo utilizzando le sollecitazioni trasmesse dalle travi e dal pilastro superiore. In termini di confronto dei risultati, in questo caso si nota una marcata variabilità del passo delle staffe tra i vari nodi della struttura, con una prevalenza a valori più elevati (e comodi) per le NTC 2018 (da 8 cm si passa anche a 13 cm).

Figura 6: Confronto in termini di passo delle staffe nei nodi trave-pilastro Questa modifica della norma è da vedere non come una diminuzione della sicurezza, ma come una razionalizzazione della disposizione delle armature all’interno del nodo, differenziando i nodi interni da quelli d’angolo in quanto equilibrati dalla presenza delle travi nei vari lati del nodo. Questa modifica va incontro anche alle difficoltà realizzative di un corretto nodo trave-pilastro. 4. Miglior verifica per pilastri “corti Nelle nuove Norme Tecniche (§7.2.2) è presente un’importante precisazione: “…La domanda di resistenza valutata con i criteri della progettazione in capacità può essere assunta non superiore alla domanda di resistenza valutata per il caso di comportamento strutturale non dissipativo…” Detto in parole semplici, si può assumere come valore massimo della domanda quello derivante dall’analisi della struttura con fattore di comportamento q relativo a quello delle strutture non dissipative (q massimo pari a 1.5). Nel caso dei pilastri la domanda a taglio è funzione dei momenti resistenti e della lunghezza dell’elemento. Al tendere della lunghezza a zero il taglio va ad infinito (funzione iperbole).

Figura 7: Formule della domanda a taglio e confronto con valore limite strutture Non-Dissipative Con questa nuova indicazione, la Norma pone un limite massimo al valore dell’azione tagliante di progetto (V ND in Figura 7), come se la struttura fosse non dissipativa ed oltre il quale non è realistico progettare la resistenza a taglio. Quindi a trarre beneficio da questa nuova definizione sono le colonne corte e le colonne con elevata armatura longitudinale. Nel caso in esame, per una colonna di altezza pari a 1 m le NTC2008 non consentivano di progettare l’elemento, anche se non sollecitato. Con le NTC2018 invece, per la sola verifica a taglio è possibile disporre staffe Ø8 ogni 13 cm. Conclusioni

Con questo semplice esempio, possiamo già fare alcune considerazioni relativamente alle strutture in c.a. Innanzitutto, la norma non stravolge i concetti o l’impianto applicativo. Le differenze riguardano essenzialmente due considerazioni già ampiamente trattate e conosciute: 1. Evitare le rotture fragili (es. taglio) 2. I punti deboli sono i nodi travi-pilastro Per la prima vale la regola “più staffe fanno sempre bene” , cioè è opportuno avere passi delle staffe ridotti o armature a più bracci. A ciò si può abbinare anche l’utilizzo di diametri più grossi, ad esempio come il  Ø10 al posto del comune Ø8. Queste considerazioni ci fanno pensare agli errori di approccio commessi nello sviluppo edilizio del dopoguerra, nel quale è stata ampiamente diffusa (sino ai giorni nostri) l’abitudine costruttiva del classico Ø6 o Ø8 ogni 25 cm, magari aggiungendo in cantiere qualche barra longitudinale in più (alla faccia della duttilità). Per la seconda, le nuove norme mettono sullo stesso piano i nodi di tutti i tipi di strutture (CD”B”, CD”A” e non dissipative), a testimonianza che i nodi devono essere progettati per non collassare mai, qualsiasi sia il livello di dissipazione della struttura. A tal proposito è bene sempre ricordare che nell’affrontare la vulnerabilità sismica di edifici esistenti abbiamo a che fare con nodi non armati, e quindi soggetti a  rottura fragile. C’è anche una terza considerazione: è fondamentale durante un evento sismico che non venga mai meno l’apporto della sezione alla base della costruzione. La verifica della duttilità serve proprio a questo scopo, garantendo un adeguato confinamento del calcestruzzo. Infine un dato: a parità di sezioni sono stati necessari solo 100 kg di acciaio in più nel caso delle NTC2018 rispetto alle NTC2008 (20 t contro 19.9 t). Come potete vedere la revisione delle norme non è una rivoluzione; è una serie di considerazioni utili ad “aggiustare il tiro” ed a rendere più razionale la progettazione. Tutti questi concetti erano già contenuti negli Eurocodici. Peccato aspettare 10 anni.