Tamponature: come crearle nel tuo modello di calcolo (ai sensi delle NTC2018)

In quest’articolo voglio parlarti di come valutare l’influenza delle tamponature sul comportamento di una struttura in calcestruzzo armato e come considerare nel tuo software di calcolo il contributo statico dei pannelli di tamponatura.

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 quest’ipotesi trova davvero riscontro nella realtà?

Le tamponature in teoria non hanno funzione portante. I carichi accidentali e i carichi permanenti vengono assorbiti dai telai in calcestruzzo armato della struttura. In quest’articolo vedremo che questa ipotesi non è sempre vera, in particolar modo quando entrano in gioco le azioni orizzontali dovute all’azione sismica.

Nel corso dell’articolo vedremo come si sono evolute le prescrizioni normative nel passaggio dalle NTC2008 alle NTC2018 riguardo a questa tematica. Potrai inoltre scaricare il Focus Normativo PDF contenente gli estratti di Normative Tecniche molto utili per la corretta modellazione delle tamponature.

Condividerò inoltre i risultati di un caso studio eseguito su un modello FEM per analizzare l’influenza delle tamponature sulla risposta sismica globale di un edificio. Non perderti l’articolo di oggi, è davvero ricco di contenuti.

Tamponature a funzione resistente garantita [Circolare n. 22120/81]

Le strutture in calcestruzzo armato realizzate prima dell’entrata in vigore delle normative tecniche 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 nella progettazione delle strutture portanti 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 in calcestruzzo armato potrebbe essere necessario portare in conto l’influenza in termini di rigidezza e resistenza delle tamponature per valutare correttamente il comportamento dinamico dell’edificio.

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, definendo le cosiddette tamponature a “funzione resistente garantita“, ovvero i pannelli di tamponatura che rispettano i seguenti requisiti:

1. sono inserite in un telaio e contenute nel piano medio dello stesso;
2. la loro posizione nello schema distributivo è di per sé tale da escludere future manomissioni;
3. la funzione strutturale è espressamente dichiarata nel progetto ed evidenziata nella realizzazione;
4. le caratteristiche meccaniche dei materiali e gli spessori sono tali da rendere soddisfatte le
   verifiche di resistenza; in particolare sono da escludere le pareti in foglio, i mattoni a grandi fori (aperture maggiori del 40%);
5. sono assicurati i collegamenti alla struttura di cemento armato;
6. sono assenti aperture, a meno che la parete sia rivestita di doppia fodera armata e le aperture
   siano adeguatamente riquadrate;
7. hanno elevata resistenza all’azione sismica ortogonale al loro piano.

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Come modellare una tamponatura: metodo della biella equivalente [Circolare n. 22120/81]

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 nella risposta globale di una costruzione? La risposta consiste nell’utilizzo del metodo della biella equivalente che vedremo di seguito.

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 modello di calcolo per considerare il contributo della tamponatura alla risposta della struttura ai carichi agenti, sarà necessario creare delle aste diagonali incernierate ai nodi del telaio che contorna la tamponatura. Ti riporto delle immagini di esempio qui sotto.

La circolare 22120/81 prescrive di considerare una biella compressa con sezione di lati pari allo spessore della muratura e al 10% della lunghezza della biella.

Il metodo della biella equivalente può essere applicato se risultano rispettati i seguenti requisiti:

• 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

Tamponature con aperture: come portarle in conto nel calcolo (provvedimenti post-sisma Umbria e Marche anno 1997)

La Circolare 22120/81 prescriveva di considerare nell’analisi strutturale solo i pannelli di tamponatura privi di apertura o quelli con aperture rinforzate con intelaiature in cemento armato. Ma in realtà anche le tamponature con aperture non rinforzate influenzano la risposta della struttura alle azioni statiche e sismiche.

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.

La presenza di aperture nelle tamponature fa sì che si riduca il contributo del pannello murario, in termini di rigidezza e resistenza, nel comportamento del sistema strutturale. In tal caso vengono applicati dei coefficienti correttivi (denominati r_ac) che modificano le caratteristiche meccaniche di rigidezza e resistenza della biella equivalente. I coefficienti correttivi r_ac dipendono:

• dal rapporto percentuale fra superficie delle aperture e superficie del pannello;
• dal rapporto percentuale fra la larghezza dell’apertura e la larghezza del pannello;
• dalla presenza e tipologia di rinforzo che delimita l’apertura.

Le aperture nei pannelli di tamponatura vengono così classificate:

• 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.

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Caso studio su modello FEM: influenza delle tamponature sulla rigidezza laterale della struttura

Nel caso studio che ti propongo di seguito ho analizzato il modello FEM tridimensionale di una struttura in calcestruzzo armato. L’analisi numerica è stata eseguita nei due scenari seguenti:

• considerando il contributo statico delle tamponature mediante l’inserimento nel modello di calcolo di bielle equivalenti;
• trascurando il contributo statico delle tamponature.

Nell’immagine seguente puoi vedere le caratteristiche del modello FEM utilizzato nell’analisi.

Il modello FEM presenta le seguenti caratteristiche:

• pilastri di sezione 40×40;
• travi di sezione 30×50;
• carichi sui solai:
  • g_1k = 2.50 kN/m²
  • g_2k = 2.50 kN/m²
  • q_k = 2.00 kN/m²
  • peso delle tamponature per unità di volume pari a 8 kN/m³.

Nel calcolo statico sono stati considerati solo i pannelli di tamponatura efficaci, ovvero le tamponature che rispettano i requisiti elencati in precedenza (li trovi elencati tutti nel Focus Normativo PDF scaricabile in fondo alla pagina).

Si è ipotizzata una tamponatura a doppia fodera realizzata con laterizi forati e fori disposti orizzontalmente, con fodera interna di spessore 8 cm e fodera esterna di spessore 12 cm. Le tamponature efficaci considerate nel calcolo sono indicate nelle planimetrie seguenti.

Per tener conto delle aperture presenti nelle tamponature, sono stati applicati i coefficienti correttivi r_ac relativi al caso di apertura semi rinforzata (S.R.).

L’influenza statica delle tamponature è stata modellata mediante l’applicazione di bielle equivalenti al modello FEM. Per la determinazione della sezione delle bielle equivalenti è stata considerata solo la fodera esterna di spessore 12 cm, trascurando il contributo della fodera interna. Il modulo elastico utilizzato è E_m = 330 N/mm². La larghezza della sezione della biella equivalente è stata corretta mediante l’applicazione del coefficiente r_ac.

Per la corretta 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? Ho approfondito la tecnica di modellazione dei puntoni e tiranti in quest’articolo).

Modello FEM con tamponature: risultati dell’analisi numerica

Nell’immagine seguente puoi vedere le deformate modali dei primi tre modi di vibrare, i relativi periodi di vibrazione, la massa partecipante in direzione X e Y e la massa partecipante rotazionale.

Vengono di seguito riportati i taglianti sismici alla base in direzione X e Y e la distribuzione delle sollecitazioni di taglio nei pilastri per azione sismica in direzione X e Y.

Taglio sollecitante massimo nei pilastri:

• Taglio massimo T_x = 81.36 kN
• Taglio massimo T_y = 75.57 kN

Modello FEM senza tamponature: risultati dell’analisi numerica

L’analisi numerica è stata poi ripetuta per lo stesso modello FEM in assenza delle bielle equivalenti. Si riportano di seguito i risultati ottenuti dall’analisi modale e i taglianti sismici alla base in direzione X e Y.

Taglio sollecitante massimo nei pilastri:

• Taglio massimo T_x = 97.12 kN
• Taglio massimo T_y = 99.00 kN

Caso studio su modello FEM: conclusioni

La presenza della tamponatura nel modello FEM analizzato determina un aumento della rigidezza della struttura. All’aumentare della rigidezza laterale, diminuiscono i periodi di vibrazione dei modi di vibrare della struttura e di conseguenza varierà l’azione sismica agente, in aumento o diminuzione, a seconda della zona dello spettro di risposta in cui ricade il periodo di vibrazione.

Nel caso analizzato, per i periodi di vibrazione dei primi tre modi di vibrare si sono registrate le seguenti variazioni:

• il periodo T₁ passa da 0.4084 s a 0.3997 s, con una riduzione del 2.1 %;
• il periodo T₂ passa da 0.4044 s a 0.3938 s, con una riduzione del 2.6 %;
• il periodo T₃ passa da 0.3754 s a 0.3628 s, con una riduzione del 3.4 %.

La presenza delle tamponature fa in modo che un’aliquota dell’azione sismica venga assorbita dai pannelli di tamponatura, mediante le bielle equivalenti utilizzate nel modello FEM.

Parallelamente si riducono le sollecitazioni negli elementi strutturali del telaio in calcestruzzo armato. In particolar modo il taglio sollecitante massimo nei pilastri del primo ordine si riduce di circa il 16% per sisma X e di circa il 24% per sisma Y.

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 sensibilmente la distribuzione delle sollecitazioni all’interno dei pilastri.

Sono frequenti i casi di costruzioni esistenti in calcestruzzo armato in cui le tamponature del piano terra non sono state realizzate a tutta altezza per creare delle aperture continue orizzontali. 

Nell’immagine seguente puoi vedere i danni post-sisma che si sono verificati per pilastri affiancati da tamponature in presenza di un’apertura continua nella parte alta.

In questi casi puoi vedere cosa succede al taglio sollecitante nei pilastri modellando la presenza delle tamponature con il metodo della biella equivalente. L’esempio che ti riporto di seguito è stato modellato in Ca.Tel.2D, l’app Excel del blog per l’analisi di schemi statici piani di qualsiasi configurazione.

Il modello di esempio riproduce il caso di un telaio a due livelli in cui nel livello del piano terra la presenza dell‘apertura continua nelle tamponature è stata modellata mediante il metodo della biella equivalente. La biella compressa sarà connessa al pilastro in corrispondenza del bordo superiore della tamponatura, non si connetterà dunque nel nodo trave pilastro. Il telaio è stato caricato con due forze orizzontali nei nodi di sinistra per simulare l’effetto dell’azione sismica.

Come puoi vedere dal taglio sollecitante nei pilastri tozzi, si registra un incremento di sollecitazioni nel pilastro di sinistra (da 40.58 kN a 68.00 kN, corrispondente ad un incremento del 68 %) e in quello centrale (da 50.81 kN a 82.09 kN, corrispondente ad un incremento del 62 %), rispetto alla porzione sottostante dell’asta. Nel pilastro di destra il taglio sollecitante resta costante nell’asta e pari a 49.91 kN, in quanto la biella compressa è connessa al piede del pilastro.

Dalle NTC2008 alle NTC2018: ecco cosa cambia per la modellazione delle tamponature

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 vigente 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

Dall’estratto riportato si evince che nel caso in cui le tamponature non vengano ipotizzate collaboranti in fase di progetto, possono essere considerate solo in termini di massa ai fini della valutazione dell’azione sismica. Il loro contributo in termini di rigidezza e resistenza sarà considerato solo qualora abbia effetti negativi ai fini della resistenza.

Ma come fa un progettista strutturale ad avere la certezza che la presenza delle tamponature non abbia effetti negativi sulla resistenza?

L’unico modo rigoroso per poterlo accertare consiste nell’eseguire un’analisi di controllo in cui nel modello viene considerata la presenza delle tamponature adottando il metodo della biella equivalente come visto in precedenza.

I risultati in termini di coefficienti di sicurezza degli elementi strutturali ottenuti dall’analisi di controllo, confrontati con i risultati dell’analisi in assenza di tamponature, potranno darci la risposta.

Pertanto è bene creare un modello ausiliario di controllo in cui si modella la presenza delle tamponature.

Cosa prescrivevano le vecchie NTC2008

Nel passaggio dalle NTC2008 alle NTC2018 c’è stata una leggera variazione in merito al contributo statico delle tamponature. Ti riporto di seguito il relativo estratto delle 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

Per le NTC2008 le tamponature andavano portate in conto solo se in grado di modificare significativamente il comportamento del modello strutturale, a prescindere dall’effetto generato di aumento o riduzione della sicurezza. Per le NTC2018, invece, 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.

Scarica il Focus Normativo PDF sulla modellazione delle tamponature

E’ giunto il momento della risorsa extra di quest’articolo. Potrai scaricare il Focus Normativo PDF contenente gli estratti dei testi normativi citati nell’articolo che trattano in maniera specifica l’interazione fra telai in calcestruzzo armato e panelli di tamponatura.

Compila i campi qui sotto. Riceverai all’istante una mail contenente il link per eseguire il download.

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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 del livello di sicurezza della struttura.

Mi auguro che quest’articolo sia stato utile per chiarire l’influenza delle tamponature nel tuo modello si calcolo e come tenerne conto. Se ti è piaciuto puoi suggerirlo ai tuoi colleghi su Linkedin e ai tuoi amici su Facebook cliccando sui tasti di condivisione che trovi in fondo alla pagina.

Al prossimo post.

Marco

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Codice articolo: 278. Pubblicato il 9/4/2018. Ultimo aggiornamento: 19/3/2026.

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