Strutture in c.a.: Confronto dei risultati tra NTC2018 e NTC2008

Dallo scorso 22 marzo sono entrate in vigore le nuove norme tecniche per le costruzioni “revisionate” dal DM 17/01/2018. Come avevo anticipato nel precedente articolo adesso entriamo nel dettaglio analizzando le variazioni riscontrate nei risultati di calcolo. Analizziamo a tal proposito una semplice struttura intelaiata in c.a. a tre piani che abbiamo progettato utilizzando le NTC2008.

Le colonne sono in maggioranza 30×60 (con alcune 30×30 del portico) e le travi 30×50. Dal punto di vista delle sollecitazioni di calcolo non vi è in pratica alcuna differenza. Il confronto più interessante è però quello in termini di progettazione delle armature. Le problematiche che saltano all’occhio in una prima analisi sono:

  1. Mancata verifica della sezione allo spiccato delle fondazioni
  2. Mancata verifica della gerarchia delle resistenza per alcuni nodi
  3. Diversa armatura dei nodi trave-pilastro
  4. Miglior verifica per pilastri “corti
Zone della struttura interessate dalle problematiche.

FIgura 1: Zone della struttura interessate dalle problematiche.

Non temete: per le parti che non hanno superato le verifiche (in rosso) si trova comunque una soluzione ingegneristicamente applicabile ed accettabile. La figura è utile solo per localizzare le zone dove si potrebbero presentare i problemi. Il confronto verrà comunque fatto tra le due soluzioni (una per NTC2008 e una per NTC2018) che consentono la progettazione della struttura. Approfondiamo quindi i motivi principali delle differenze.

1. Mancata verifica della sezione allo spiccato delle fondazioni
Una delle principali novità delle NTC2018 è senz’altro la verifica di duttilità. Essa deve essere effettuata per le sezioni allo spiccato delle fondazioni. Consiste nel confrontare il rapporto tra curvatura ultima (Φu) e curvatura convenzionale di prima plasticizzazione (Φyd), con la domanda di duttilità (μΦ).

a) Esempio di diagramma momento-curvatura - b) Esempio di variabilità del fattore di duttilità con T1

Figura 2: a) Esempio di diagramma momento-curvatura – b) Esempio di variabilità del fattore di duttilità con T1

L’esito della verifica è influenzato da:

  • Sforzo normale Nsd (elevata compressione fa diminuire la duttilità)
  • quantità di armatura longitudinale (sezioni molto armate sono meno duttili)
  • armature trasversali (all’aumentare delle staffe aumenta il confinamento e di conseguenza la duttilità)
  • legature tra le armature longitudinali (più legature incrementano il confinamento)

Come già accennato, staffe e legature sono direttamente correlate al modello “confinato” del calcestruzzo. In effetti la maniera più efficace di “progettare” la duttilità è aumentare il confinamento della sezione. Nella figura successiva vediamo come staffe e legature abbiano l’effetto di aumentare sia la resistenza a compressione (fck) sia la deformazione ultima (εcu) del calcestruzzo, incrementando quindi anche la duttilità.

Calcestruzzo confinato: confronto tra modelli "senza staffe", "con staffe" e "con staffe e legature"

Figura 3: Calcestruzzo confinato: confronto tra modelli “senza staffe”, “con staffe” e “con staffe e legature”

A conti fatti, per il piede delle colonne principali, applicando le nuove NTC2018 si passa da un passo delle staffe di 13 cm a passi compresi tra 6 e 13 cm, con valore prevalente pari a 7 cm. Pertanto negli esecutivi che elaboreremo da qui in avanti sarà frequente che il passo delle staffe al piede risulterà più fitto rispetto a quello calcolato con le NTC2008.

Passo delle staffe per la zona critica allo spiccato della fondazione

Figura 4: Passo delle staffe per la zona critica allo spiccato della fondazione

2. Mancata verifica della gerarchia delle resistenza per alcuni nodi
Per la verifica di gerarchia delle resistenze (ora chiamata “Pressoflessione”) le nuove Norme Tecniche risultano più gravose. Il motivo è banale. Come riportato nella tabella 7.2.I del paragrafo 7.2.2 il coefficiente di sovraresistenza γrd passa da 1.10 a 1.30 per classe di duttilità “bassa”. Lo stesso valore è da utilizzare anche per la classe di duttilità “alta”.

Estratto della tabella 7.2.I del DM 17/01/2018

Figura 5: Estratto della tabella 7.2.I del DM 17/01/2018

Come ormai risaputo, la verifica della gerarchia si può migliorare in vario modo:

  • ridimensionando le sezioni (aumento del pilastro e/o diminuzione delle travi)
  • orientando diversamente le colonne (ruotando le sezioni verso il lato meno utilizzato)
  • aumentando le armature longitudinali delle colonne (in modo da aumentare il momento resistente delle colonne)

Quest’ultima opzione è da utilizzare come “ultima spiaggia”, in quanto aumentando le armature longitudinali diminuisce la duttilità, ed aumenta anche la domanda a taglio per l’elemento. Operando un semplice confronto tra le armature longitudinali necessarie per il superamento della verifica, per i pilastri interessati si passa da 20 cm² (8Ø18) delle NTC2008 a 25 cm² (10Ø18) delle NTC2018.

3. Diversa armatura dei nodi trave-pilastro
Nelle nuove Norme Tecniche, i nodi trave-pilastro hanno acquisito ancora più importanza. In pratica non vi è differenza di approccio nella progettazione delle armature tra le varie classi di duttilità, al punto che anche per le costruzioni “non dissipative” viene richiesta la progettazione dei nodi come per la CD”B”. Per la CD”A” la verifica risulta leggermente più gravosa in quanto il fattore γrd è pari a 1.20 (1.10 per CD”B”).
Nelle NTC2008 per la classe di duttilità “bassa” era solo prescritta una quantità di armatura minima, funzione delle dimensioni geometriche del nodo e delle resistenze dei materiali. Per le NTC2018 invece è da elaborare la verifica del nodo utilizzando le sollecitazioni trasmesse dalle travi e dal pilastro superiore.
In termini di confronto dei risultati, in questo caso si nota una marcata variabilità del passo delle staffe tra i vari nodi della struttura, con una prevalenza a valori più elevati (e comodi) per le NTC 2018 (da 8 cm si passa anche a 13 cm).

Confronto in termini di passo delle staffe nei nodi trave-pilastro

Figura 6: Confronto in termini di passo delle staffe nei nodi trave-pilastro

Questa modifica della norma è da vedere non come una diminuzione della sicurezza, ma come una razionalizzazione della disposizione delle armature all’interno del nodo, differenziando i nodi interni da quelli d’angolo in quanto equilibrati dalla presenza delle travi nei vari lati del nodo. Questa modifica va incontro anche alle difficoltà realizzative di un corretto nodo trave-pilastro.

4. Miglior verifica per pilastri “corti
Nelle nuove Norme Tecniche (§7.2.2) è presente un’importante precisazione:
“…La domanda di resistenza valutata con i criteri della progettazione in capacità può essere assunta non superiore alla domanda di resistenza valutata per il caso di comportamento strutturale non dissipativo…”

Detto in parole semplici, si può assumere come valore massimo della domanda quello derivante dall’analisi della struttura con fattore di comportamento q relativo a quello delle strutture non dissipative (q massimo pari a 1.5). Nel caso dei pilastri la domanda a taglio è funzione dei momenti resistenti e della lunghezza dell’elemento. Al tendere della lunghezza a zero il taglio va ad infinito (funzione iperbole).

Formule della domanda a taglio e confronto con valore limite strutture Non-Dissipative

Figura 7: Formule della domanda a taglio e confronto con valore limite strutture Non-Dissipative

Con questa nuova indicazione, la Norma pone un limite massimo al valore dell’azione tagliante di progetto (V ND in Figura 7), come se la struttura fosse non dissipativa ed oltre il quale non è realistico progettare la resistenza a taglio. Quindi a trarre beneficio da questa nuova definizione sono le colonne corte e le colonne con elevata armatura longitudinale. Nel caso in esame, per una colonna di altezza pari a 1 m le NTC2008 non consentivano di progettare l’elemento, anche se non sollecitato. Con le NTC2018 invece, per la sola verifica a taglio è possibile disporre staffe Ø8 ogni 13 cm.

Conclusioni

Con questo semplice esempio, possiamo già fare alcune considerazioni relativamente alle strutture in c.a. Innanzitutto, la norma non stravolge i concetti o l’impianto applicativo. Le differenze riguardano essenzialmente due considerazioni già ampiamente trattate e conosciute:

  1. Evitare le rotture fragili (es. taglio)
  2. I punti deboli sono i nodi travi-pilastro

Per la prima vale la regola “più staffe fanno sempre bene” , cioè è opportuno avere passi delle staffe ridotti o armature a più bracci. A ciò si può abbinare anche l’utilizzo di diametri più grossi, ad esempio come il Ø10 al posto del comune Ø8. Queste considerazioni ci fanno pensare agli errori di approccio commessi nello sviluppo edilizio del dopoguerra, nel quale è stata ampiamente diffusa (sino ai giorni nostri) l’abitudine costruttiva del classico Ø6 o Ø8 ogni 25 cm, magari aggiungendo in cantiere qualche barra longitudinale in più (alla faccia della duttilità).

Per la seconda, le nuove norme mettono sullo stesso piano i nodi di tutti i tipi di strutture (CD”B”, CD”A” e non dissipative), a testimonianza che i nodi devono essere progettati per non collassare mai, qualsiasi sia il livello di dissipazione della struttura. A tal proposito è bene sempre ricordare che nell’affrontare la vulnerabilità sismica di edifici esistenti abbiamo a che fare con nodi non armati, e quindi soggetti a  rottura fragile.

C’è anche una terza considerazione: è fondamentale durante un evento sismico che non venga mai meno l’apporto della sezione alla base della costruzione. La verifica della duttilità serve proprio a questo scopo, garantendo un adeguato confinamento del calcestruzzo.

Infine un dato: a parità di sezioni sono stati necessari solo 100 kg di acciaio in più nel caso delle NTC2018 rispetto alle NTC2008 (20 t contro 19.9 t). Come potete vedere la revisione delle norme non è una rivoluzione; è una serie di considerazioni utili ad “aggiustare il tiro” ed a rendere più razionale la progettazione. Tutti questi concetti erano già contenuti negli Eurocodici. Peccato aspettare 10 anni.

Bibliografia:

DM 17/1/2018 – Norme Tecniche per le Costruzioni

Software utilizzato:

FaTa-e versione 32 – Stacec

8 thoughts on “Strutture in c.a.: Confronto dei risultati tra NTC2018 e NTC2008

  1. Scusi il disturbo, potrebbe gentilmente spiegarmi come ricavare la domanda di resistenza valutata per il caso di comportamento strutturale non dissipativo e come applicarla magari con un esempio pratico ai pilastri tozzi e/o anche al confinamento dei nodi.
    Ringrazio anticipatamente e porgo cordiali saluti.
    Mauro Benzi

  2. Per ottenere il valore limite della domanda del taglio va fatta un elaborazione dell’intera struttura con fattore di comportamento per strutture non dissipative (qNd). Da questa elaborazione si estrapolano i valori del taglio sollecitante per i vari elementi.
    Per i nodi, analogamente, verranno utilizzati del modello con qNd tutti i valori utili alla verifica del nodo, come momenti delle travi, taglio delle colonne. In particolare, i momenti delle travi verranno utilizzati per calcolare le tensioni massime trasferite dalle barre al nodo. Il valore usato è il minimo tra Af x fyd e il valore agente calcolato con i momenti da calcolo con qND.
    Comprendo che nello spazio di un post il problema non è di facile lettura, e per questo appena possibile farò un articolo con un esempio pratico. Grazie.

  3. La ringrazio infinitamente per la risposta. Attendo l’esempio chiarificatore. Ma secondo lei se eseguo un’analisi non dissipativa con qNd e relativo calcolo e verifica, i valori di sollecitazione e armatura da inserire nelle verifiche di confinamento del nodo di cui §7.4.4.3 sono già quelle… e se così comunque quella del nodo trave-pilastro è una verifica molto gravosa ( anche in condizioni Nd) si ottengono passi delle staffe di confinamento del nodo di pochi cm difficilmente realizzabili in cantiere.
    Cordiali saluti e ancora complimenti per gli articoli interessantissimi.

    • La verifica è obbligatoria per SLC ed anche per SLV solo allo spiccato delle fondazioni. I alternativa si possono utilizzare le formule per il progetto dell’armatura minima trasversale per la duttilità [7.4.29] e [7.4.32]

  4. Nelle sue Conclusioni per il cross-reference sulle NTC si legge: “i punti deboli sono i nodi”.
    Sono totalmente d’accordo e mi sembra una questione fondamentale. A parte la mancanza di staffatura dei nodi che è riscontrabile in molti esistenti, mi pare che le NTC forniscono un percorso (nel loro sviluppo storico) che porta all’intervento sul dimensionamento dei pilastri in sede di progetto, ponendo condizioni di verifica che “difficilmente” possono venire rispettate integralmente se non si mette mano a un incremento delle sezioni dei pilastri, condizionanti in primo luogo i nodi.
    Nella tradizione progettuale si nota, anche a prima vista, una certa “tirchieria” nelle sezioni dei pilastri, forse per ragioni economiche o al più architettoniche, che alla luce delle nuove norme orientate a garantire la sicurezza antisismica appare del tutto stonata.
    Non le pare che il Normatore implicitamente richieda al progettista di prestare maggiore attenzione alle sezioni dei pilastri, tanto che non si possono passare le verifiche nemmeno armando con staffe che stanno “quasi a contatto” se non si adeguano opportunamente le sezioni: nel risultato di un passo staffe nei nodi di 2 cm, come talvolta capita, penso ci sia la volontà del Normatore che mostra la “stortura” a cui si può andare incontro (il raffittimento irragionevole delle staffe entro il nodo) se non si adottano le correzioni di una “best practice” che basa la sicurezza della costruzione sulla adeguatezza dei pilastri come condizione necessaria (ma non sufficiente) per la buona esecuzione dei nodi.
    (La sufficienza della condizione si raggiunge evidentemente “armando” efficacemente, come richiesto dallo stato dell’arte proposto dalle NTC).

    • Sono completamente d’accordo con lei. La norma indica dei principi e spesso per rispettarli è più conveniente andare alla radice. Nell’evidenziare l’aumento di sezione dei pilastri ha centrato in pieno la filosofia di progettazione delle strutture dissipative. Tutte le regole di progettazione delle NTC funzionano molto meglio con dimensioni delle colonne maggiori di quelle “consuete” (stabilite da una pratica costruttiva ormai desueta): gerarchia travi-pilastro, verifiche dei nodi, duttilità al piede, funzionamento globale, ecc.
      Il calcestruzzo è un materiale “composito”: se le fibre sono più delle matrice vuol dire che qualcosa non va…
      Inoltre, anche dal punto di vista realizzativo si trarrebbe giovamento dai maggiori spazi tra le armature.
      E pensare che nella costruzione di un edificio in c.a. il costo della struttura incide molto meno di altre cose.

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