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In quest’articolo vedremo le caratteristiche dei meccanismi resistenti nei confronti delle sollecitazioni da taglio per elementi strutturali in calcestruzzo armato in assenza di staffe e come calcolare la resistenza a taglio ai sensi delle NTC2018.

Il meccanismo resistente che si genera negli elementi strutturali non armati a taglio può essere utilizzato, in alcuni casi, per la verifica di travi e pilastri di edifici esistenti in calcestruzzo armato, sfruttando un incremento di resistenza che si ottiene rispetto al caso di elementi dotati di armatura trasversale. Continua a leggere per saperne di più.

resistenza a taglio calcestruzzo

Nel corso dell’articolo potrai scaricare gratuitamente un’utile applicazione per la verifica di sezioni in calcestruzzo armato, grazie alla quale potrai eseguire la verifica a taglio di elementi strutturali in assenza di armatura trasversale. Potrai inoltre scaricare il Focus Normativo PDF contenente tutte le prescrizioni della Normativa Tecnica vigente sull’argomento. Buona lettura!


Scarica Ver.Sez. (xls di Microsoft Excel) per il calcolo della resistenza a taglio di travi e pilastri in calcestruzzo armato

ver.sez. calcolo apertura foro nel solaio

Ver.Sez. è l’app implementata in Microsoft Excel per l’analisi di sezioni in calcestruzzo armato. Potrai eseguire verifiche a taglio in presenza o in assenza di armatura trasversale.

Per scaricare la versione gratuita dell’app compila i campi qui sotto. Riceverai all’istante una mail contenente il link per eseguire il download.

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    Elementi strutturali in calcestruzzo armato senza armatura a taglio

    La resistenza a taglio di elementi in calcestruzzo armato privi di armatura trasversale chiama in gioco tre differenti meccanismi resistenti:

    • il meccanismo a pettine;
    • l’ingranamento degli inerti
    • l’effetto spinotto.

    La Normativa Tecnica consente di progettare elementi strutturali, in calcestruzzo armato, privi di armature trasversali nel caso di elementi resistenti bidimensionali come solette, piastre e solai. Per gli elementi monodimensionali quali travi e pilastri la Normativa prescrive di utilizzare un quantitativo minimo di armatura resistente a taglio.

    Nel seguito dell’articolo ti mostro i tre meccanismi resistenti che consentono ad un elemento strutturale di resistere a sollecitazioni taglianti in assenza di staffe.

    1) Resistenza a taglio: il meccanismo a pettine

    Nel caso di elementi strutturali in calcestruzzo armato non armati a taglio, all’aumentare delle sollecitazioni di flessione e taglio, il calcestruzzo inizierà a fessurarsi. Nelle zone in cui prevarrà la sollecitazione flettente si avranno fessure verticali che partono dal lembo teso dell’elemento; nelle zone in cui prevarranno sollecitazioni taglianti, si avranno fessure che tendono ad inclinarsi a 45° (per capire perché le fessure sono inclinate a 45° puoi dare un’occhiata a questo video sul cerchio di Mohr).

    La porzione di elemento compreso fra due fessure consecutive può essere schematizzata come una mensola, incastrata nella porzione compressa dell’elemento strutturale

    meccanismo resistente pettine resistenza a taglio calcestruzzo

    La configurazione dell’elemento fessurato composto da una successione di mensole ricorda lo schema resistente di un pettine. I denti del pettine saranno le mensole comprese fra due fessure consecutive. Il dorso del pettine sarà la parte compressa della trave o del pilastro. Ciascun dente sarà sollecitato, alla sua estremità, dallo sforzo di trazione trasmesso dall’armatura tesa. La rottura si avrà al raggiungimento della massima tensione di trazione all’incastro della mensola.

    2) Resistenza a taglio: l’ingranamento degli inerti

    ingranamento inerti resistenza a taglio calcestruzzo

    Un altro meccanismo che contribuisce alla resistenza al taglio per elementi strutturali in calcestruzzo armato privi di staffe è l’ingranamento degli inerti. In corrispondenza della superficie fessurata, si avrà una resistenza dovuta all’attrito fra le due superfici. Lungo le superfici di scorrimento, si avrà un attrito, generato dagli inerti, che si oppone allo scorrimento relativo fra due denti del pettine separati da una fessura.

    3) Resistenza a taglio: l’effetto spinotto

    L’ultimo meccanismo resistente che contribuisce all’equilibrio del dente è l’effetto spinotto generato dalle barre longitudinali. La resistenza a taglio aumenterà all’aumentare della percentuale geometrica di armatura tesa. L’effetto spinotto è generato dal copriferro che ricopre le barre inferiori e si oppone allo scorrimento del concio di trave compreso fra due fessure consecutive.

    effetto spinotto taglio

    I parametri che entrano in gioco nel calcolo della resistenza a taglio in assenza di staffe

    La formula fornita dalle NTC2018 per il calcolo della resistenza a taglio in assenza di staffe, chiama in gioco i parametri che determinano il contributo dei tre meccanismi resistenti visti in precedenza. Puoi trovare la formulazione al par. 4.1.2.3.5.1 delle NTC2018. In questo post ti riassumo i parametri che influiscono sulla resistenza a taglio in assenza di staffe:

    • la percentuale geometrica di armatura tesa ρl: all’aumentare dell’area di armatura tesa, aumenterà il contributo resistente dovuto all’effetto spinotto;
    • la resistenza del calcestruzzo fck: all’aumentare della resistenza del  calcestruzzo aumenterà la resistenza della mensola all’incastro con il bordo compresso dell’elemento;
    • l’ingranamento degli inerti: dipende dall’altezza utile della sezione; all’aumentare della dimensione della sezione, il contributo di questo meccanismo si incrementa;
    • dalla tensione di compressione agente.

    Resistenza a taglio di strutture esistenti in calcestruzzo armato

    Nel caso di strutture esistenti, in cui non risultino essere rispettati i quantitativi minimi di armatura trasversale, la resistenza a taglio risulterà essere molto bassa. Potrebbe essere più realistico in questi casi considerare il meccanismo resistente che si genera nel caso di assenza di staffe trasversali.

    Per strutture esistenti in cemento armato molto datate, per esempio antecedenti agli anni ’80, è molto probabile che dalle indagini conoscitive eseguite risulti un quantitativo di armatura trasversale molto ridotto nelle travi e nei pilastri, con passi delle staffe molto ampi, compresi fra i 20 e i 30 cm. Con queste quantità di staffe è quasi impossibile che sia soddisfatta la verifica a taglio ai sensi delle nuove NTC2018.

    In presenza di staffe il meccanismo resistente è il traliccio di Ritter-Morsch (te ne ho parlato in quest’articolo). In assenza di armatura a taglio invece contribuiscono alla resistenza a taglio i tre meccanismi visti prima: pettine, ingranamento degli inerti ed effetto spinotto.

    Esempio numerico per un pilastro 30×30: meccanismo a pettine VS traliccio di Morsch

    Ti riporto di seguito un esempio numerico eseguito con Ver.Sez., l’applicazione del blog implementata in Microsoft Excel per la verifica di sezioni in cemento armato. In quest’esempio è stata calcolata, a scopo di confronto, la resistenza a taglio di un pilastro in cemento armato in assenza e in presenza di staffe. Il pilastro ha le seguenti caratteristiche:

    • sezione 30×30;
    • staffe Φ6 con passo pari a 25 cm;
    • armatura longitudinale: 4Φ20;
    • sforzo normale: 500 kN
    • calcestruzzo Rck = 25 MPa;
    • acciaio fyk = 315 MPa.

    Resistenza a taglio in presenza di staffe: traliccio di Ritter-Morsch

    Nell’immagine seguente puoi vedere la schermata dell’app Ver.Sez. relativa la calcolo della resistenza a taglio per elementi strutturali in calcestruzzo armato dotati di staffe.

    resistenza a taglio calcestruzzo ver.sez.

    La resistenza della sezione analizzata risulta essere VRd = 37.64 kN.

    Resistenza a taglio in assenza di staffe: meccanismo a pettine

    Nell’immagine seguente puoi vedere la schermata dell’app Ver.Sez. relativa la calcolo della resistenza a taglio per elementi strutturali in calcestruzzo in assenza di armatura trasversale.

    resistenza a taglio calcestruzzo in assenza di staffe ver.sez.

    La resistenza della sezione analizzata risulta essere VRd = 72.65 kN.

    Confronto dei risultati: resistenza a taglio in presenza e in assenza di staffe

    Come puoi vedere dai risultati dell’esempio numerico implementati in Ver.Sez., le resistenze a taglio nei due casi sono:

    • in presenza di staffe, meccanismo a traliccio di Ritter-Morsch: VRd = 37.64 kN
    • in assenza di staffe, meccanismo a pettine: VRd = 72.65 kN

    Dalle resistenze di calcolo ottenute, nel caso di assenza di staffe si ha una resistenza maggiore di ben il 93% rispetto alla resistenza calcolata in presenza di staffe. La resistenza calcolata in assenza di staffe in pratica raddoppia passando da 38 kN a 73 kN.

    Ricorrere al meccanismo resistente in assenza di staffe in alcuni casi può essere utile quando le verifiche a taglio di una struttura esistente non sono soddisfatte. Si tratta, ad ogni modo, di una scelta da adottare con cautela in quanto l’incremento di resistenza che si riscontra in alcuni casi può essere notevole, nell’esempio numerico che ti ho mostrato sopra si arriva addirittura al 93%. Inoltre sarebbe preferibile utilizzare il modello resistente in assenza di staffe per le travi di strutture esistenti piuttosto che per i pilastri. In presenza di sisma, infatti, l’inversione di segno dell’azione orizzontale determina la fessurazione da entrambi i lati della sezione, causando la rottura della porzione compressa di calcestruzzo che rappresenta il dorso del pettine nel meccanismo resistente in assenza di staffe.


    Scarica il Focus Normativo PDF sul calcolo della resistenza a taglio per elementi in calcestruzzo armato

    focus normativo pdf

    Tutte le prescrizioni della Normativa Tecnica NTC2018 e della Circolare 2019 riguardanti il calcolo della resistenza a taglio di elementi strutturali in calcestruzzo armato raccolte in unico documento PDF scaricabile gratuitamente. Compila i campi qui sotto, riceverai all’istante un’email contenente il link per eseguire il download.

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      Ver.Sez. app verifica calcestruzzo armato

      Ver.Sez. è l’applicazione del blog, implementata in Microsoft Excel, per la verifica di elementi strutturali in calcestruzzo armato di nuova costruzione o esistenti. Potrai eseguire verifiche a taglio in presenza o in assenza di armatura trasversale applicando il modello meccanico del traliccio di Morsch o del meccanismo a pettine di cui ti ho parlato in questo post. Per scaricare la risorsa compila i campi qui sotto. Riceverai all’istante un mail contenente il link per eseguire il download.

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        Conclusioni

        Come hai potuto vedere i meccanismi resistenti che si generano in presenza o in assenza di un’apposita armatura resistente al taglio sono completamente diversi. In caso di assenza di armatura a taglio interagiscono fra loro tre meccanismi resistenti: pettine, ingranamento degli inerti ed effetto spinotto. In caso di presenza di staffe invece il meccanismo resistente è quello del traliccio di Ritter-Morsch.

        L’articolo finisce qui. Se l’hai trovato utile puoi suggerirlo ad un tuo collega su Linkedin o ad un tuo amico su Facebook cliccando sui tasti di condivisione social in fondo alla pagina.

        Ci rileggiamo al prossimo post.

        Marco


        Codice articolo: 238. Repost: 19/2/2024. Ultimo aggiornamento: 17/1/2021. Pubblicato in data 11/6/2018.


        Resistenza a taglio del calcestruzzo in assenza di staffe: il meccanismo a pettine

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