Classe di Duttilità Alta o Bassa? Scopri cosa cambia

Concrete_struct

In fase di progettazione in zona sismica le NTC2008 ci pongono di fronte ad una scelta in apparenza semplice; si tratta di scegliere fra due lettere: A o B. Questa scelta avrà un impatto su diversi aspetti della struttura a cui stiamo lavorando. Queste due lettere si riferiscono alla Classe di Duttilità di una struttura e il loro significato è l’argomento del post di questa settimana.

La Normativa Tecnica dà la possibilità di scegliere fra due strade differenti:

  • CD”A”: Classe di Duttilità Alta
  • CD”B”: Classe di Duttilità Bassa

Ecco come le NTC2008 definiscono le classi di duttilità. Non preoccuparti se ti risulta difficile afferrare il significato di quanto segue; ti spiegherò tutto dopo. Continua a leggere.

La differenza tra le due classi risiede nella entità delle plasticizzazioni […]; per ambedue le classi, onde assicurare alla struttura un comportamento dissipativoduttile evitando rotture fragili e la formazione di meccanismi instabili imprevisti, si fa ricorso ai procedimenti tipici della gerarchia delle resistenze.
Si localizzano dunque le dissipazioni di energia per isteresi in zone a tal fine individuate e progettate, dette “dissipative” o “critiche”, effettuando il dimensionamento degli elementi non dissipativi nel rispetto del criterio di gerarchia delle resistenze; […]. Poiché il comportamento sismico della struttura è largamente dipendente dal comportamento delle sue zone critiche, esse debbono formarsi ove previsto e mantenere, in presenza di azioni cicliche, la capacità di trasmettere le necessarie sollecitazioni e di dissipare energia.

NTC2008 – par. 7.2.1

Ci hai capito qualcosa? La Normativa Tecnica non semplifica molto la vita dei progettisti. Cercherò di spiegarti in poche parole il senso di tutto ciò.

L’energia in ingresso proveniente dal sisma che provoca l’oscillazione del suolo su cui si eleva una struttura deve essere dissipata da particolari zone della struttura: le zone critiche. Queste zone sono localizzate ad entrambe l’estremità delle travi in adiacenza al nodo trave-pilastro. Tali zone critiche devono plasticizzarsi, cioè il calcestruzzo e l’acciaio contenuto in queste zone deve uscire dal campo elastico in seguito alle deformazioni che subisce ed entrare in campo plastico, dissipando in tal modo energia per isteresi. Cosa vuol dire per isteresi? Puoi capirlo subito osservando il grafico forza-spostamento qui sotto. Quelli che vedi si chiamano cicli di isteresi e l’area contenuta in questi cicli è una misura dell’energia dissipata. Più grandi sono questo cicli, maggiore è l’energia dissipata. Puoi immaginare questo grafico come la relazione fra una forza orizzontale che sollecita la struttura, l’azione sismica per esempio (asse verticale) e lo spostamento della sommità (asse orizzontale).

Ciclo_Ist

In quest’articolo voglio parlarti di tutti gli aspetti delle strutture in calcestruzzo armato su cui la scelta della Classe di Duttilità avrà effetto e quali differenze avremo in fase esecutiva. Di seguito puoi trovare 5 punti in cui questa scelta porterà ad un risultato diverso. Te li elenco di seguito.

1. Il fattore di struttura

Scegliere fra CD”A” o CD”B” avrà un impatto in primo luogo sull’entità dell’azione sismica. Per strutture in classe di duttilità Alta avremo un’azione sismica minore rispetto alle strutture progettate in Classe di Duttilità Bassa. Tale differenza si manifesterà attraverso il fattore di struttura che assumerà valori diversi a seconda della scelta fra CD”A” o CD”B”. Il fattore di struttura ridurrà lo spettro elastico permettendoci di ottenere lo spettro di progetto. La riduzione dello spettro sarà maggiore per CD”A” e minore per CD”B”.

Spettro_Prog

2. Gerarchia della resistenza: fattore γRd

La’armatura a taglio delle travi e l’armatura a flessione e a taglio dei pilastri dipende anch’essa dalla Classe di Duttilità scelta attraverso il principio di gerarchia della resistenza e il fattore γRd.

L’armatura a taglio delle travi infatti non viene dimensionata sulla base dei tagli sollecitanti derivanti dall’analisi della struttura, ma viene dimensionata dal taglio che si ottiene applicando all’estremità della trave dei momenti sollecitanti pari al momento resistente della trave amplificati per il fattore di sovraresistenza γRd.

Lo stesso succede per l’armatura a taglio dei pilastri. Per i pilastri inoltre l’armatura longitudinale non viene dimensionata sulla base delle sollecitazioni che derivano dall’analisi, ma sulla base dei momenti resistenti trasmessi dalle travi al pilastro e amplificati per il fattore di sovraresistenza γRd.

Il valore del fattore γRd dipende dalla classe di Duttilità scelta ed è più alto per la CD”A” (1.2 oppure 1.3) e più basso per la CD”B” (1 oppure 1.1).

 

3. Verifica dei nodi

 

Un’altra differenza che comporta la scelta fra CD”A” e CD”B” riguarda la verifica di resistenza dei nodi trave pilastro. Il nodo è definito come quella parte del pilastro che si incrocia con le travi in esso concorrenti. Tale verifica è richiesta dalla Normativa Tecnica solo per le strutture in CD”A”. La verifica di resistenza del nodo deve assicurare che non si rompa prima delle zone adiacenti delle travi e dei pilastri. Le NTC2008 distinguono tra nodo interamente confinato, quando su tutte e quattro le facce verticali si innesta una trave, e nodo non interamente confinato in tutti gli latri casi.

Nodo

4. Le travi a spessore

La scelta della classe di duttilità influisce anche sulla possibilità di utilizzo delle travi a spessore per i telai resistenti all’azione sismica. Se infatti prevediamo di utilizzare telai sismo-resistenti in cui alcune travi saranno realizzate a spessore, allora bisognerà progettare obbligatoriamente in Classe di Duttilità Bassa. Per telai sismo-resistenti si intendono il telai della struttura che assorbono la quasi totalità dell’azione sismica.

 

5. Dettagli costruttivi

A seconda della classe di duttilità scelta cambiano i dettagli costruttivi da adottare per travi e pilastri. La prima differenza riguarda la lunghezza della zona critica, misurata a partire dalla faccia del pilastro su cui si innesta la trave

  • CD”A” 1.5 volte l’altezza della trave
  • CD”B” 1 volta l’altezza della trave

Cambiano anche le limitazioni riguardanti il passo massimo da adottare per le staffe nelle zone critiche delle travi:

  • CD”A”: passo non superiore a 17.5 cm oppure 6 volte il diametro minimo delle barre longitudinali (esempio: barra longitudinale φ18, passo massimo pari a 10.8 cm)
  • CD”B”: passo non superiore a 22.5 cm oppure 8 volte il diametro minimo delle barre longitudinali (esempio: barra longitudinale φ18, passo massimo pari a 14.4 cm)

Lo stesso succede per le limitazioni riguardanti il passo massimo da adottare per le staffe nelle zone critiche dei pilastri:

  • CD”A”: passo non superiore alla minore delle seguenti quantità: 1/3 del lato minore della sezione (esempio: lato minore 30 cm, passo massimo 10 cm); 12.5 cm oppure 6 volte il diametro minimo delle barre longitudinali (esempio: barra longitudinale φ18, passo massimo pari a 10.8 cm)
  • CD”B”: passo non superiore alla minore delle seguenti quantità: 1/2 del lato minore della sezione (esempio: lato minore 30 cm, passo massimo 15 cm); 17.5 cm oppure 8 volte il diametro minimo delle barre longitudinali (esempio: barra longitudinale φ18, passo massimo pari a 14.4 cm)

 

Conclusioni: quale classe di duttilità scegliere?

Come hai potuto vedere una semplice scelta fra una strada o l’altra influisce su diversi aspetti di una struttura. In quest’immagine ti riporto in sintesi le principali differenze fra le due classi di duttilità, in modo da poterle memorizzare visivamente.

CDA_CDB_02

Volendo sintetizzare le diverse differenze possiamo dedurre:

Strutture in CD”A”

Le strutture in CD”A” avranno minore resistenza rispetto alle strutture in CD”B”. La sollecitazione sismica delle strutture in CD”A” sarà più bassa, di conseguenza i momenti resistenti delle travi saranno minori e i livelli di armatura anche; ti ricordo che una sezione meno armata è più duttile rispetto alla stessa sezione con armatura maggiore (puoi verificare la duttilità nel modulo di Ver.Sez. per la verifica a flessione). Una sezione meno armata avrà maggiori capacità dissipative; le zone critiche destinate a dissipare l’energia in ingresso del sisma saranno di lunghezza maggiore e il passo delle staffe all’interno della zona critica sarà più fitto rispetto alle strutture in CD”B”.

Strutture in CD”B”

Viceversa le strutture progettate in CD”B” avranno maggiore resistenza, in quanto l’azione sismica sarà maggiore, le sollecitazioni saranno maggiori e anche i momenti resistenti. Avranno minori capacità dissipative, la lunghezza della zona critica sarà minore e il passo delle staffe meno fitto rispetto alle strutture in CD”A”.

 

Quale strada prendere?

Non esiste una scelta giusta o una sbagliata; si tratta di due differenti scelte progettuali, una che predilige la duttilità, l’altra che predilige la resistenza. Se si utilizza un software di calcolo una possibilità sarebbe testare entrambi gli approcci progettuali e scegliere quello economicamente più vantaggioso in base ai quantitativi di armatura necessari nei due casi. L’unico caso in cui la classe di duttilità deve essere necessariamente Bassa (CD”B”) è il caso in cui per i telai sismo-resistenti è previsto l’utilizzo delle travi a spessore. In tal caso non abbiamo scelta, dovremo optare per la classe di duttilità bassa.

Mi auguro che quest’articolo ti sia stato utile e che abbia fatto un po’ di luce su un aspetto rilevante della progettazione. Se vuoi suggerirlo ad un tuo amico o collega clicca sui tasti social in fondo alla pagina.

Al prossimo articolo. Marco.