Resistere al taglio grazie ad un PETTINE: elementi privi di staffe

Per una struttura esistente in cemento armato, se il fabbricato è molto datato, per esempio antecedente agli anni ’80, è molto probabile che dalle indagini conoscitive eseguite risulti un quantitativo di armatura trasversale (staffe) molto ridotto. In genere per le strutture esistenti realizzate fra gli anni ’50 e ’80 puoi trovare passi delle staffe molto ampi, fra i 20 e i 30 cm.

pettine resistenza a taglio

Con queste quantità ridotte di staffe è quasi impossibile che sia soddisfatta la verifica a taglio ai sensi delle nuove NTC2018. Ma c’è un escamotage che puoi provare ad utilizzare. Si tratta di sfruttare il meccanismo a pettine. Sei curioso di sapere di cosa si tratta? Continua a leggere il resto dell’articolo. Ti parlerò anche di una novità che interesserà la nuova versione 6.0 di Ver.Sez., l’applicazione del blog per la verifica di sezioni in cemento armato, disponibile fra qualche settimana. Non perderti il nuovo articolo di oggi.

Elementi strutturali senza armatura a taglio

La Normativa Tecnica consente di progettare elementi 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 caso di strutture esistenti, in cui non risultano 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. Di seguito ti parlo dei tre meccanismi resistenti che consentono ad un elemento strutturale di resistere a sollecitazioni taglianti in assenza di staffe.

1) Il meccanismo a pettine

Nel caso di elementi 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).

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 taglio

Meccanismo resistente a pettine

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. Il dorso del pettine sarà la parte compressa della trave o del pilastro. Ciascun dente sarà sollecitato dallo sforzo di trazione trasmesso dall’armatura tesa. La rottura si avrà al raggiungimento della massima tensione di trazione all’incastro della mensola.

2) L’ingranamento degli inerti

ingranamento inerti taglio

Ingranamento degli inerti

Un altro meccanismo che contribuisce alla resistenza al taglio per elementi strutturali 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) 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

Effetto spinotto

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

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.

Un caso pratico: dal traliccio al pettine – confronto numerico per un pilastro 30×30

Le formulazioni proposte dalle NTC2018 per gli elementi non armati a taglio, vanno utilizzate solo per solette, piastre e solai. Per le travi e i pilastri dei fabbricati di nuova costruzione la Normativa Tecnica prescrive un quantitativo minimo di armatura trasversale. Nel caso di costruzioni esistenti i cui elementi strutturali hanno esigue quantità di armatura a taglio, per esempio passi delle staffe pari a 25-30 cm, può risultare utile valutare la resistenza considerando i meccanismi resistenti validi per gli elementi non armati a taglio.

In presenza di staffe il meccanismo resistente che si genera è il traliccio di Ritter-Morsch (te ne ho parlato in quest’articolo). In caso di assenza di armatura a taglio invece interagiscono fra loro i tre meccanismi resistenti visti prima (pettine, ingranamento inerti e effetto spinotto).

Ti riporto di seguito un esempio numerico eseguito con la nuova versione 6.0 di Ver.Sez., l’applicazione del blog per la verifica di sezioni in cemento armato, che sarà disponibile per il download fra qualche settimana. In quest’esempio è stata calcolata a scopo di confronto la resistenza a taglio di un pilastro dalle seguenti caratteristiche:

  • Pilastro di 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 ver.sez.

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

resistenza a taglio in assenza di staffe ver.sez.

Resistenza a taglio: elemento privo di staffe

Come puoi vedere dalle schermate riportate sopra, estrapolate dall’applicazione Ver.Sez., le resistenze a taglio nei due casi sono:

  • Presenza di staffe, meccanismo a traliccio di Ritter-Morsch: VRd = 37.64 kN
  • Assenza di staffe, meccanismo a pettine: VRd = 72.65 kN

Dalle resistenze di calcolo ottenute, nel caso di resistenza calcolata in assenza di staffe, si ha un incremento di resistenza di ben il 93% rispetto alla resistenza calcolata in presenza di staffe (la resistenza in pratica raddoppia passando da 38 kN a 73 kN).

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.

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 davvero per poco.Si tratta di una scelta da adottare con cautela in quanto l’incremento di resistenza che si riscontra in alcuni casi può essere notevole (93% nell’esempio numerico che ti ho mostrato sopra). 

A breve sarà disponibile la nuova versione 6.0 di Ver.Sez., l’applicazione del blog per la verifica di sezioni in cemento armato. Quest’ultima versione sarà ricca di aggiornamenti e moduli totalmente nuovi. Uno di questi riguarda proprio la verifica a taglio per elementi in assenza di staffe. Non perderti gli articoli delle prossime settimane. In ciascun post ti rivelerò alcune novità della nuova versione dell’applicazione.

L’articolo finisce qui. Se l’hai trovato utile puoi suggerirlo ad un tuo amico sul tuo social preferito o ad un tuo collega su Linkedin.

Ci rileggiamo al prossimo post

Marco.