Pareti in cemento armato: cosa sono e quando conviene usarle

Le pareti in cemento armato sono l’alternativa ai pilastri per la realizzazione degli elementi primari di una struttura in calcestruzzo armato. Ma cos’è esattamente una parete? Quando un elemento strutturale verticale può definirsi parete e non pilastro? E quali vantaggi comporta utilizzare delle pareti nell’organismo strutturale che stiamo progettando? Nel nuovo post di oggi ti parlo delle caratteristiche che deve possedere una parete in calcestruzzo armato (anche detta shear wall), dei dettagli costruttivi e delle prescrizioni riportate nella Normativa Tecnica. Se ti capita di utilizzare delle pareti nei tuoi progetti, allora non perderti il post di oggi.

pareti in cemento armato

Dimensioni geometriche, forma delle pareti, pareti semplici e composte

La sezione di una parete deve essere rettangolare e il rapporto fra il lato maggiore e il lato minore deve essere superiore a quattro. E’ importante tenere presente la limitazione relativa al rapporto fra i lati della sezione per evitare di calcolare e verificare come pilastri elementi strutturali che in realtà sono pareti. Un elemento strutturale con sezione di dimensioni 30×140 non può essere progettato e verificato come un pilastro, ma sarà progettato e verificato come una parete perché il rapporto fra i lati è superiore a 4. Pertanto dovranno essere applicate le limitazioni geometriche e i dettagli costruttivi relativi agli elementi a parete.

Pareti semplici e composte

Una parete può essere semplice o composta. Una parete semplice è composta da un singolo segmento di parete. Una parete composta è costituita da più segmenti rettangolari. Le pareti semplici possono avere appendici con rapporto fra i lati inferiore a 4. 

parete semplice e composta

Pareti tozze e snelle

Le pareti possono essere tozze oppure snelle. La snellezza della parete è data dal rapporto fra la sua lunghezza e la sua altezza. Per snellezza inferiore a 2, la parete sarà tozza, altrimenti sarà snella.

parete tozza e snella

Pareti accoppiate

Due pareti si definiscono accoppiate se sono collegate da travi. Ma non basta questa definizione. Ai sensi delle prescrizioni della Normativa Tecnica c’è un altro requisito da verificare per poter definire una struttura a pareti accoppiate. Ti riporto di seguito l’estratto della Normativa Tecnica:

una struttura si considera a pareti accoppiate se è verificata la condizione che il momento totale alla base, prodotto dalle azioni orizzontali, è equilibrato, per almeno il 20%, dalla coppia prodotta dagli sforzi verticali indotti nelle pareti dall’azione sismica.

par. 7.4.3.2 – NTC2018

Ti riporto di seguito uno schema esemplificativo per chiarire questa prescrizione della Normativa Tecnica. 

Pareti accoppiate

A priori non possiamo sapere se possiamo considerare la struttura che stiamo analizzando a pareti accoppiate. Per stabilirlo dovremo conoscere l’azione sismica agente e gli sforzi normali nelle pareti. Pertanto possiamo assumere un’ipotesi e verificare che sia effettivamente valida dopo aver completato il calcolo. 

Perché utilizzare le pareti

Le pareti hanno una elevata resistenza al taglio dovuta alla forma allungata della sezione. Se il tagliante sismico che sollecita una struttura assume valori molto elevati e dei semplici pilastri non sono sufficienti per assorbire tale sollecitazione allora è bene ricorrere all’utilizzo delle pareti. La resistenza al taglio infatti aumenta notevolmente. Ti riporto un esempio ottenuto con Ver.Sez., l’app per il progetto e verifica di sezioni in c.a (puoi scaricarla a questo link).

resistenza a taglio pareti

Taglio resistente: confronto fra sezione 30×70 (pilastro) e sezione 30×140 (parete)

Come puoi vedere, raddoppiando la dimensione maggiore del pilastro (da 70 cm a 140 cm) raddoppia anche la resistenza a taglio. 

La modifica del fattore di comportamento in presenza di pareti

In presenza di pareti, il fattore di comportamento sarà ridotto per tenere conto del possibile collasso fragile delle pareti. Riducendo il fattore di comportamento, aumenterà l’azione sismica agente. Il fattore di comportamento sarà ridotto mediante il seguente coefficiente Kw:

Kw = (1 + α0)/3   con la seguente limitazione: 0.5 ≤ Kw ≤ 1

α0 (snellezza della parete) è il valore assunto in prevalenza dal rapporto tra altezza totale (dalle fondazioni o dalla struttura scatolare rigida) e lunghezza delle pareti; nel caso in cui gli α0 delle pareti non differiscano significativamente tra di loro, il valore di α0 per l’insieme delle pareti può essere calcolato assumendo, come altezza, la somma delle altezze delle singole pareti, come lunghezza, la somma delle lunghezze.

Fattore Kw – par. 7.3.1 NTC2018

Per pareti tutte snelle (α0 ≥ 2), il fattore Kw assume valore unitario e non ci sarà alcuna riduzione del fattore di comportamento. La riduzione entra in gioco per pareti tozze (α0 < 2), che saranno soggette al pericolo di un collasso fragile. Tieni presente che il parametro Kw solitamente non viene calcolato in automatico dai software di calcolo. Pertanto dovrai provvedere a computarlo manualmente per ottenere il corretto valore dell’azione sismica sollecitante.

Ti riporto di seguito uno schema esemplificativo per valutare la snellezza α0 da utilizzare nel calcolo del fattore Kw.

snellezza pareti

Come disporre le pareti in pianta

In fase di progettazione è bene porre attenzione al collocamento in pianta delle singole pareti. Le pareti infatti sono molto più rigide rispetto ai pilastri. Ad una lunghezza doppia della parete rispetto alla massima dimensione di un pilastro, corrisponde un incremento della rigidezza flessionale pari a ben 8 volte. L’elevata rigidezza delle pareti influenza significativamente la posizione del baricentro delle rigidezze. L’obiettivo pertanto è quello di disporre in pianta le pareti in posizione quanto più simmetrica possibile, riducendo in tal modo gli effetti torsionali dovuti all’eccentricità fra baricentro delle masse e delle rigidezze.

disposizione pareti

Le sollecitazioni nelle pareti

Il momento flettente: calcolo della sollecitazione

L’inviluppo del momento flettente per le pareti richiede una modifica delle sollecitazioni. Ti riporto di seguito la prescrizione della Normativa Tecnica:

Per le sole pareti snelle, sia in CD”A” sia in CD”B”, la domanda in termini di momenti flettenti lungo l’altezza della parete (linea c di fig. 7.4.4) è ottenuta per traslazione verso l’alto dell’inviluppo del diagramma dei momenti (linea b di fig. 7.4.4) derivante dai momenti forniti dall’analisi (linea a di fig. 7.4.4); l’inviluppo può essere assunto lineare se la struttura non presenta significative discontinuità in termini di massa, rigidezza e resistenza lungo l’altezza.

par. 7.4.4.5.1 – NTC2018

inviluppo momento pareti

Il taglio sollecitante: calcolo della sollecitazione

Anche le sollecitazioni da taglio derivanti dall’analisi subiscono una modifica ai fini della verifica degli elementi a parete così come prescritto dalla Normativa Tecnica:

Nelle strutture miste, il taglio nelle pareti snelle deve tener conto delle sollecitazioni dovute ai modi di vibrare superiori. A tal fine, il taglio derivante dall’analisi (linea a di fig. 7.4.5) può essere sostituito dal taglio incrementato (linea b di fig. 7.4.5) e quest’ultimo dal diagramma inviluppo (linea c di Fig. 7.4.5); hw è l’altezza della parete, VA è il taglio alla base già incrementato, VB è il taglio ad 1/3 dell’altezza hw, che comunque deve essere assunto almeno pari a VA/2.

par. 7.4.4.5 – NTC2018

inviluppo taglio pareti

Limitazioni geometriche e minimi di armatura

Lo spessore delle pareti, anche se estese debolmente armate, deve essere non inferiore al massimo tra 15 cm (20 cm nel caso in cui nelle travi di collegamento siano da prevedersi, ai sensi del § 7.4.4.6, armature inclinate) e 1/20 dell’altezza libera d’interpiano.
Possono derogare a tale limite, su motivata indicazione del progettista, le strutture a funzionamento scatolare a un solo piano non destinate ad uso abitativo.
Devono essere evitate aperture distribuite irregolarmente, salvo che la loro presenza non sia specificamente considerata nell’analisi, nel dimensionamento e nella disposizione delle armature.

par. 7.4.6.1.4 – NTC2018

distribuzione aperture pareti

Le armature, sia orizzontali sia verticali, devono avere diametro non superiore ad 1/10 dello spessore della parete, devono essere disposte su entrambe le facce della parete, ad un passo non superiore a 30 cm, devono essere collegate con legature, in ragione di almeno 9 legature ogni metro quadrato.

par. 7.4.6.2.4 – NTC2018

Conclusioni

Gli elementi strutturali a parete sono soggetti a specifiche prescrizioni della Normativa Tecnica. Nel caso in cui il tagliante sismico che sollecita la struttura che stai progettando assuma valori elevati, conviene prevedere la presenza di elementi a parete. In questo post ho riportato solo alcune delle prescrizioni relative ai dettagli costruttivi e alla verifica di questi elementi. Si tratta però delle prescrizioni essenziali che ti permetteranno di progettare e verificare correttamente le pareti della struttura oggetto del tuo calcolo. Il post di oggi finisce qui. Se ti è piaciuto puoi suggerirlo ai tuoi amici e colleghi sul tuo social preferito o su Linkedin cliccando sui tasti di condivisione che trovi in fondo alla pagina. 

Al prossimo post.

Marco