I dettagli costruttivi delle strutture in calcestruzzo armato giocano un ruolo decisivo per gli edifici soggetti ad eventi sismici di forte intensità. La corretta progettazione e realizzazione dei dettagli costruttivi spesso determina la differenza fra le strutture che esibiscono un adeguato livello si sicurezza in presenza di sisma e quelle che invece presentano dissesti e collassi.
In quest’articolo vedremo i dissesti generati da carenze nei dettagli costruttivi riguardanti:
- i quantitativi di staffe di contenimento nei nodi trave-pilastro e nelle zone dissipative degli elementi strutturali;
- il rispetto dei principi della gerarchia delle resistenze (progettazione in capacità);
- la corretta realizzazione delle tamponature per evitare l’espulsione in caso di sisma.
Sisma del Centro Italia (agosto 2016 – gennaio 2017): le foto dei dissesti
Le foto che vedrai nel corso dell’articolo le ho scattate personalmente durante un’esperienza professionale nella provincia di Rieti, risalente al mese di febbraio 2017, per l’esecuzione delle verifiche di agibilità post-sisma dei fabbricati danneggiati dagli eventi sismici del Centro Italia, verificatisi nei mesi di agosto e ottobre 2016 e gennaio 2017.
L’attività, coordinata dalla Protezione Civile, consisteva nell’eseguire un esame visivo dei fabbricati danneggiati dal sisma, all’esterno e in tutti i locali interni, per individuare lesioni ed eventuali dissesti. Si procedeva poi alla compilazione della scheda F.A.S.T. (acronimo per rilevamento sui Fabbricati per l’Agibilità Sintetica post-Terremoto) e all’assegnazione dell’esito finale: fabbricato agibile oppure fabbricato non utilizzabile.
Nel seguito del post condivido con te le fotografie che ho scattato durante un sopralluogo nel Comune di Amatrice e che mostrano i dettagli costruttivi delle strutture in cemento armato danneggiate durante l’evento sismico. Spero che queste immagini contribuiscano a rafforzare la consapevolezza dell’importanza della corretta progettazione e realizzazione dei dettagli costruttivi e del rispetto delle prescrizioni normative per il progetto di una nuova costruzione in cemento armato.
Dettagli costruttivi: le staffe nei nodi, cosa accade quando sono insufficienti
La presenza delle staffe è di fondamentale importanza per le travi, i pilastri e i nodi trave-pilastro. Le staffe hanno molteplici scopi:
- garantire la resistenza a taglio delle travi e dei pilastri;
- confinare le zone critiche delle travi e dei pilastri per consentire la dissipazione dell’energia sismica in ingresso;
- confinare il nucleo di calcestruzzo nei nodi trave-pilastro;
- evitare l’instabilità delle barre di armatura longitudinale compresse per effetto dei momenti flettenti indotti dal sisma.
Senza dubbio le NTC2018 prescrivono passi delle staffe molto ridotti, soprattutto per strutture progettate in classe di duttilità alta. Saprai bene che, in fase realizzativa, sono molto frequenti le difficoltà nell’eseguire adeguatamente il getto di calcestruzzo nelle zone dei nodi trave-pilastro. L’infittimento delle staffe nei nodi trave-pilastro e nelle zone dissipative degli elementi strutturali ha però una sua importanza. Il motivo ti sarà subito chiaro osservando le foto che ti propongo di seguito.
Come hai potuto vedere dalle immagini precedenti, il dissesto più frequente è il fenomeno di instabilità delle barre longitudinali dei pilastri. Un’adeguata staffatura avrebbe evitato questo problema.
Eseguire un getto di calcestruzzo fra le fitte staffe di confinamento del nodo trave-pilastro non è il massimo della praticità, questo è fuor di dubbio. Ma se lo scopo è salvaguardare la vita umana e garantire l’integrità di una struttura allora lo sforzo è giustificato. Se ti capiterà di sentire un carpentiere lamentarsi dell’eccesso di staffe nei nodi trave-pilastro in fase di getto, potresti suggerirgli di dare un’occhiata alle foto di questo post.
Dettagli costruttivi: il principio di gerarchia delle resistenze
Lo scopo del principio di gerarchia delle resistenze è evitare meccanismi di collasso di piano soffice. In un edificio progettato secondo il principio di gerarchia delle resistenze, in caso di sisma le cerniere plastiche si formeranno alle estremità delle travi e non nei pilastri, al fine di dissipare la maggiore quantità possibile di energia. Di conseguenza i pilastri dovranno avere un momento resistente maggiore rispetto al momento resistente delle travi che convergono nel nodo trave-pilastro.
L’esatto contrario è accaduto per la struttura nella foto di seguito. La trave è rimasta intatta, in quanto dotata di un momento resistente maggiore rispetto al momento resistente dei pilastri del primo livello che convergono nel nodo. Alla testa dei pilastri del primo livello si sono formate delle cerniere plastiche che hanno dato vita ad un meccanismo di collasso di piano soffice.
In alcuni casi il mancato rispetto della gerarchia delle resistenze può portare a conseguenze ancora più catastrofiche come nelle immagini che ti propongo di seguito, in cui puoi vedere tre impalcati sovrapposti l’uno sull’altro.
Il rispetto del criterio di gerarchia delle resistenze ha lo scopo di evitare collassi come quelli delle foto precedenti.
Dettagli costruttivi: espulsione delle tamponature
Una altro dissesto molto frequente per le strutture in cemento armato investite da un evento sismico è l’espulsione delle tamponature dalla struttura portante in cemento armato. Lo spostamento relativo degli impalcati provoca il distacco fra tamponatura e struttura portante. A seguito del distacco, le tamponature vengono letteralmente espulse fuori dalla struttura per effetto dell’accelerazione sismica in direzione ortogonale al piano della tamponatura.
Per le tamponature realizzate a doppia fodera è molto probabile che la fodera esterna, se non collegata adeguatamente con quella interna, sarà soggetta all’espulsione. Lo stesso può accadere per i tramezzi interni. Puoi vedere esempi di espulsione delle tamponature nelle immagini di seguito.
Se la struttura in cemento armato è ben progettata, molto probabilmente non riporterà seri danni. Per esempio nell’immagine seguente la struttura in cemento armato è priva di lesioni. L’unico dissesto subito è l‘espulsione delle tamponature.
Tamponature: verifica a ribaltamento fuori piano
Per evitare l’espulsione delle tamponature è bene eseguire una verifica nei confronti del ribaltamento fuori piano. La Normativa tecnica prescrive di eseguire una verifica degli elementi secondari non strutturali quali possono essere le tamponature. Ti riporto di seguito l’estratto delle NTC2018:
ELEMENTI COSTRUTTIVI NON STRUTTURALI
Per elementi costruttivi non strutturali s’intendono quelli con rigidezza, resistenza e massa tali da influenzare in maniera significativa la risposta strutturale e quelli che, pur non influenzando la risposta strutturale, sono ugualmente significativi ai fini della sicurezza e/o dell’incolumità delle persone.La capacità degli elementi non strutturali, compresi gli eventuali elementi strutturali che li sostengono e collegano, tra loro e alla struttura principale, deve essere maggiore della domanda sismica corrispondente a ciascuno degli stati limite da considerare.
Quando l’elemento non strutturale è costruito in cantiere, è compito del progettista della struttura individuare la domanda e progettarne la capacità in accordo a formulazioni di comprovata validità ed è compito del direttore dei lavori verificarne la corretta esecuzione;
quando invece l’elemento non strutturale è assemblato in cantiere, è compito del progettista della struttura individuare la domanda, è compito del fornitore e/o dell’installatore fornire elementi e sistemi di collegamento di capacità adeguata ed è compito del direttore dei lavori verificarne il corretto assemblaggio.
par. 7.2.3 – NTC2018
Per completezza ti riposto anche l’analoga prescrizione delle precedenti NTC2008:
Con l’esclusione dei soli tamponamenti interni di spessore non superiore a 100 mm, gli elementi costruttivi senza funzione strutturale (per esempio le tamponature n.d.t.) il cui danneggiamento può provocare danni a persone, devono essere verificati, insieme alle loro connessioni alla struttura, per l’azione sismica corrispondente a ciascuno degli stati limite considerati.
NTC2008 – par. 7.2.3
Per le tamponature si eseguirà quindi una verifica nei confronti del ribaltamento fuori piano, considerando un adeguato cinematismo e confrontando il momento ribaltante con il momento stabilizzante.
Conclusioni
Attraverso i contenuti di questo post ho voluto mostrarti le conseguenze pratiche della mancata applicazione di alcune prescrizioni della Normativa Tecnica riguardanti i dettagli costruttivi. L’infittimento delle staffe nelle zone critiche di travi e pilastri, l’applicazione del principio di gerarchia delle resistenze, un adeguato collegamento delle tamponature alla struttura portante possono evitare dissesti in caso di eventi sismici.
Vedere cosa accade, attraverso delle immagini, quando tali accorgimenti non vengono adottati aiuterà senz’altro un progettista strutturale ad essere consapevole delle motivazioni alla base delle prescrizioni della Normativa Tecnica vigente.
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Al prossimo articolo.
Marco
Ultimo aggiornamento: 31/5/2021. Pubblicato il 27/2/2017.
Questo articolo, per quanto un po’ datato, espone una problematica sostanzialmente “perenne” nello studio e nel progetto di strutture intelaiate in c.a. per zona sismica. Con le NTC2018 la progettazione dei NODI è diventata obbligatoria a tutti i livelli di duttilità. Purtroppo molti programmi nel progetto-nodi propongono soluzioni analitiche, che però dal p.d.v. pratico difficilmente possono trovare riscontro.
Vedere soluzioni con OK VERIFICATO per il Nodo con armature trasversali (staffe) a “passo 3 cm” ha poco senso in senso costruttivo.. Non sono soluzioni realistiche.
La questione probabilmente non è solo quella relativa al passo (per contrastare le instabilità delle barre longitudinali), ma investe le DIMENSIONI dei pilastri in zona sismica e quindi le dimensioni dei nodi.
Anche la pratica delle “staffe a 2 bracci” sembrerebbe poco consona, specie in mancanza di legature intermedie: c’è forse un aspetto progettuale che è emerso in manera evidente con le nuove Normative ed è quello del CONFINAMENTO del calcestruzzo.
Sembra che questi tre aspetti: dimensioni nodo, configurazione staffe, efficacia confinamento, finiscano con l’essere tutti CONDIZIONANTI e che la semplice “riduzione del passo” fino ai limiti della inammissibilità costruttiva non possa restare l’unica via di contrasto alle azioni sismiche.
Occorre poi considerare anche aspetti TIPOLOGICI e rendersi conto se le strutture intelaiate “ordinarie” siano ANCORA una tipologia adatta o meno in certe condizioni sismiche.
Maggiori risorse dovrebbero riservare i sistemmi a TELAIO-PARETI oppure le costruzioni massive di non rilevante altezza come le MURATURE ARMATE a due o tre piani f.t. e forature di ampiezza molto contenuta.
Ciao Giuseppe, grazie del commento. Condivido il tuo punto di vista.
Ciao.
Marco
Tutto molto chiaro e perfettamente condivisibile in merito alle le staffe. Meno per quanto riguarda le murature di tamponamento, non per l’effetto, ma per le modalità con le quali opporvisi. Quanto alla causa la Normativa prevede la formula per il calcolo dell’azione orizzontale. Domanda: come calcolo l’azione resistente rappresentata dal contrasto tra muratura e struttura?
Ad ogni modo, complimenti per l’iniziativa di far meglio comprendere con foto gli effetti di un mancato rispetto della Normativa. Senza tener conto del fatto che programmi, come quelli in circolazione, dovrebbero escludere eventualità del genere.
Marcello Capriccioli
Ciao Marcello,
la verifica della tamponatura è molto simile alla verifica di ribaltamento fuori piano per le pareti di una struttura in muratura. Bisogna ipotizzare un cinematismo della parete (per esempio una cerniera in sommità, una cerniera alla base della parere ed una in mezzeria) e calcolare il momento delle forze instabilizzanti (azione sismica) e il momento delle forze stabilizzanti (peso proprio della parete). Ti allego un’immagine di esempio
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Ciao
Marco
Grazie, Marco, per la puntualità e la precisione del dettaglio.
Consentimi un’ulteriore domanda:cosa si fa se il momento delle forze stabilizzanti non è sufficiente? Si aumenta il peso con altro materiale oppure si aumenta lo spessore oppure….
Grazie e scusami del disturbo.
Marcello
Una soluzione potrebbe essere aumentare lo spessore. In tal modo aumenterai sia il peso che il braccio delle forze stabilizzanti. Oppure potresti pensare di utilizzare tecnologie apposite come le tamponature antiespulsione (trovi il link nell’articolo). Queste tamponature danno anche la possibilità di inserire delle barre di armature verticali in appositi alloggiamenti.
Molte grazie