Tamponature: come crearle nel tuo modello di calcolo. Novità delle NTC2018

I pannelli murari di tamponatura vengono solitamente considerati nell’analisi delle strutture come elementi non strutturali e di conseguenza modellati come carichi agenti sulle travi, considerando il loro contributo solo in termini di massa ai fini dell’azione sismica. Ma sei sicuro che nella realtà sia proprio così? Le tamponature in teoria portano solo il peso proprio, mentre i carichi accidentali e i carichi permanenti vengono assorbiti dai telai in cemento armato. Questo è vero in condizioni statiche. La situazione cambia notevolmente quando entrano in gioco le azioni orizzontali dovute al sisma.

Nell’articolo di oggi voglio parlarti di come valutare l’influenza delle tamponature sul comportamento di una struttura in cemento armato e come modellare nel tuo software di calcolo la presenza dei pannelli di tamponatura. Alla fine dell’articolo vedremo cosa cambia fra le NTC2008 e le NTC2018 nella valutazione dell’effetto delle tamponature nel tuo modello di calcolo. Potrai infine scaricare una serie di Normative Tecniche molto utili per una corretta modellazione delle tamponature. Non perderti l’articolo di oggi. E’ davvero ricco di contenuti.

Quando portare in conto la presenza delle tamponature

Le strutture in cemento armato realizzate prima dell’entrata in vigore delle normative antisismiche, in particolar modo le strutture realizzate negli anni ’50, venivano solitamente dimensionate considerando agenti solo i carichi statici verticali. L’influenza della tecnologia costruttiva in muratura portante in quell’epoca era ancora forte, tant’è vero che molto spesso le tamponature venivano realizzate utilizzando dei blocchi pieni (per esempio in tufo) invece dei classici mattoni forati.

Se ti trovi a dover valutare la vulnerabilità sismica di una struttura esistente potrebbe essere necessario portare in conto l’influenza in termini di rigidezza e resistenza delle tamponature per valutare correttamente il comportamento dinamico della struttura.

Ma quando va considerato il contributo in termini di rigidezza e resistenza di una tamponatura? Ne parla la Circolare del 12/12/1981 n.22120 emanata subito dopo il terremoto dell’80 in Irpinia. Questi sono i requisiti specificati:

L’influenza della tamponatura su un telaio in cemento armato può essere portata in conto quando:

  • il telaio è costituito da elementi di cemento armato (o metallici) adeguatamente collegati fra loro nei nodi ed aderenti alla tamponatura. Questa deve essere efficacemente collegata alla intelaiatura in modo che ne sia assicurato il contatto e quindi l’aderenza tale da garantire la trasmissione di sforzi normali e taglianti oltre all’inamovibilità.
  • il rapporto h/L fra i lati del pannello murario deve essere compreso di norma tra 0.5 e 2.0.
  • il rapporto h/t fra l’altezza e lo spessore (snellezza) del pannello murario non deve essere
    superiore a 20.
  • nel pannello di tamponatura non devono essere presenti aperture, salvo che queste siano
    delimitate da intelaiature in cemento armato atte a ricostituire la continuità dei due tratti delle
    diagonali di muratura come in seguito esposto.

Circolare del 12/12/1981 n.22120

Come modellare una tamponatura

Le tamponature sono in teoria elementi non strutturali, eppure non tenerne conto nel tuo modello di calcolo può portarti a non modellare correttamente la realtà. Ma come si modella una tamponatura in modo da considerare correttamente il suo contributo in termini di rigidezza e resistenza?

Per effetto dell’azione sismica, il  telaio che racchiude il pannello murario di tamponatura subirà delle deformazioni. In tal caso all’interno del pannello di tamponatura si formerà una biella diagonale compressa ed una biella tesa. Ai fini del calcolo si trascura la resistenza a trazione della biella tesa e si considera il solo contributo della biella compressa. Nel nostro modello di calcolo per poter considerare il contributo della tamponatura alla risposta della struttura, basterà creare delle aste diagonali incernierate ai nodi del telaio che contorna la tamponatura. Ti riporto delle immagini di esempio qui sotto.

Tamponature biella compressa

Schemi riportati nella Circolare 22120 per illustrare il comportamento strutturale della tamponatura

Tamponatura biella compressa e tesa

Individuazione della biella compressa e tesa all’interno di un pannello di tamponatura

La circolare del 22120 prescrive di considerare una biella compressa con sezione di lati pari allo spessore della muratura e al 10% della lunghezza della biella.

Sezione biella compressa da utilizzare nel calcolo:

  • Base della sezione = spessore della tamponatura;
  • Altezza della sezione = 0.10 * d (con d = lunghezza della biella)

Cosa fare in presenza di aperture nella tamponatura

La presenza di aperture nella tamponature fa sì che si riduca il suo contributo in termini di rigidezza e resistenza sul comportamento del sistema strutturale. Un documento tecnico emanato dal Servizio Sismico Nazionale in seguito al terremoto in Umbria e nelle Marche del 1997 ha reso possibile portare in conto anche il contributo delle tamponature con aperture. In tal caso vengono applicati dei coefficienti correttivi che riducono le caratteristiche meccaniche della biella compressa e la dimensione della sezione. Tali coefficienti dipendono:

  • dalle dimensioni dell’apertura;
  • dalla tipologia di rinforzo (se presente) che delimita l’apertura.

I rinforzi delle aperture vengono così classificati:

  • NR: apertura non rinforzata (quando non esistono elementi di c.a. o profili metallici su nessun lato dell’apertura)
  • SR: apertura semi-rinforzata (quando esiste almeno un’architrave di c.a. o metallico sul lato superiore dell’apertura)
  • RE: apertura rinforzata (quando almeno due lati opposti presentano rinforzi, in c.a., in profili metallici o con barre di armatura).
Apertura tamponature influenza strutture

Schema riportato nel documento del Servizio Sismico Nazionale per l’individuazione della tipologia di apertura.

L’influenza sulla rigidezza della struttura

La presenza delle tamponature, soprattutto nel caso in cui queste siano realizzate con mattoni pieni, come spesso avveniva in passato, contribuisce ad incrementare la rigidezza laterale della struttura. Di conseguenza il periodo di vibrazione della struttura diminuirà ed aumenterà l’azione sismica agente. Di pari passo però la presenza delle tamponature farà in modo che un’aliquota dell’azione orizzontale venga assorbita dai pannelli di tamponatura scaricando in parte il telaio in cemento armato.

Puoi vedere di seguito il modello tridimensionale di una struttura in cemento armato che è stato analizzato sia con che senza tamponature.

modello cemento armato tamponature

Confronto fra due modelli di calcolo: stessa struttura in cemento armato con e senza la modellazione delle tamponature

Come puoi vedere di seguito, nel caso di presenza di tamponature, si ha una riduzione delle sollecitazioni di taglio e momento all’interno dei pilastri. E’ stata considerata la presenza di una tamponatura realizzata con mattoni forati. La riduzione delle sollecitazioni sarebbe stata maggiore nel caso di tamponatura realizzata con mattoni pieni.

taglio pilastri modellazione tamponature

Confronto fra le sollecitazioni di taglio dei pilastri

In presenza di tamponature il periodo di vibrazione del modello analizzato diminuisce, passando da 0.412 s a 0.381 s perché  aumenta la rigidezza della struttura. Per la modellazione delle bielle compresse reagenti solo a compressione e non a trazione è stato utilizzato lo stesso escamotage valido per la modellazione dei tiranti reagenti solo a trazione delle strutture in acciaio, evitando in tal modo l’esecuzione di un’analisi non lineare (ricordi? te ne ho parlato in quest’articolo).

Un caso da evitare: aperture continue nella tamponatura

La presenza di aperture nelle tamponature può rivelarsi molto pericolosa in alcuni casi, in quanto in grado di modificare completamente la distribuzione delle sollecitazioni all’interno dei pilastri. Sono frequenti i casi in cui le tamponature del piano terra vengono realizzate non a tutta altezza per creare delle aperture continue. 

danni pilastro tozzo, tamponatura non a tutta altezza

Caso da evitare: tamponatura con apertura continua per tutta la lunghezza del pannello. Danni nel pilastro tozzo.

In questi casi guarda un po’ cosa succede al taglio sollecitante del pilastro modellando la presenza di queste tamponature con la classica biella compressa. L’esempio che ti riporto di seguito è stato modellato in Ca.Tel.2D, l’applicazione del blog per l’analisi di modelli strutturali piani. 

Modellazione della tamponatura con apertura continua: taglio sollecitante nel pilastro tozzo.

Dalle NTC2008 alle NTC2018: ecco cosa cambia

Come hai potuto vedere è riduttivo considerare a priori le tamponature come elementi non strutturali. Ci sono casi in cui la presenza delle tamponature è in grado di modificare significativamente la rigidezza  e la resistenza della struttura rispetto al caso in cui venga modellata la sola struttura in cemento armato. La Normativa Tecnica prescrive di portare in conto il contributo delle tamponature con delle limitazioni. Ecco di seguito le prescrizioni in merito.

Cosa prescrivono le nuove NTC2018

Nella definizione del modello, gli elementi non strutturali non appositamente progettati come collaboranti (quali tamponature e tramezzi) possono essere rappresentati unicamente in termini di massa; il loro contributo al comportamento del sistema strutturale in termini di rigidezza e resistenza sarà considerato solo qualora abbia effetti negativi ai fini della sicurezza.

NTC2018 – par 7.2.6

Cosa prescrivevano le vecchie NTC2008

Nella definizione del modello alcuni elementi strutturali, considerati “secondari”, e gli elementi non strutturali autoportanti (tamponature e tramezzi), possono essere rappresentati unicamente in termini di massa, considerando il loro contributo alla rigidezza e alla resistenza del sistema strutturale solo qualora essi possiedano rigidezza e resistenza tali da modificare significativamente il comportamento del modello.

NTC2008 – par 7.2.6

Come hai potuto vedere c’è stata una leggera variazione in merito alla considerazione delle tamponature. Per le NTC2018 il contributo delle tamponature in termini di rigidezza e resistenza va portato in conto solo se la presenza delle tamponature ha un effetto negativo sulla sicurezza della struttura.

Per le NTC2008 invece le tamponature andavano portate in conto solo se in grado di modificare significativamente il comportamento del modello strutturale, a prescindere se l’effetto sia un aumento o una riduzione della sicurezza.

Scarica il contenuto EXTRA: una raccolta di testi normativi

E’ giunto il momento della risorsa extra di quest’articolo. Potrai scaricare una raccolta di testi normativi che trattano in maniera specifica l’interazione fra telai in cemento armato e panelli di tamponatura. Inserisci la tua email nel campo qui sotto. Riceverai all’istante un link per eseguire il download.

  

Il tuo nome:* (es. Marco)

La tua email:*

Conclusioni

Portare in conto o meno la presenza delle tamponature è una scelta che spetta al progettista strutturale. Il consiglio è quello di modellare entrambi gli scenari per poter valutare se la presenza delle tamponature determina un miglioramento o un peggioramento sulla sicurezza del modello.

Per questa settimana è tutto. Mi auguro che quest’articolo sia stato utile per chiarire l’influenza delle tamponature sul tuo modello si calcolo e come tenerne conto. Se l’hai trovato utile puoi suggerirlo ai tuoi amici sul tuo social preferito o ai tuoi colleghi su Linkedin cliccando sui tasti di condivisione che trovi in fondo alla pagina.

Al prossimo post.

Marco.