Verifiche di elementi non strutturali

Le nuove norme tecniche, le NTC2018, pongono particolare attenzione al tema degli elementi non strutturali.

Le NTC2018 chiariscono i concetti espressi in precedenza dalle vecchie norme ed aggiungono nuove prescrizioni per analizzare questi elementi. Spesso sono trascurati ma a volte risultano importanti per la sicurezza degli utenti delle strutture tanto quanto gli elementi principali, come evidenziato dai sopralluoghi eseguiti dai tecnici a seguito dei più recenti eventi sismici.

Ribaltamento di elementi non strutturali (tamponamenti) a seguito del terremoto de L'Aquila del 2009

Ribaltamento di elementi non strutturali (tamponamenti) a seguito del terremoto de L’Aquila del 2009 (immagine CisEdil)

Il paragrafo 7.2.3 delle NTC2018

Il DM2018 fornisce una definizione rigorosa di elemento non strutturale:

Definizione di elemento non strutturale

§7.2.3 DM2018 – Definizione di elemento non strutturale

 

Sono quindi individuate due distinte tipologie di elementi non strutturali:

  1. Elementi con rigidezza, resistenza e massa tali da influenzare in maniera significativa la risposta strutturale
  2. Elementi che influenzano la risposta strutturale solo attraverso la massa , ma sono ugualmente significativi ai fini della sicurezza e/o dell’incolumità delle persone.

Possiamo ipotizzare che questa distinzione sarà ripresa anche dalla nuova circolare.

Tuttavia viene fatta anche una seconda distinzione in base al metodo costruttivo degli elementi non strutturali:

  1. Elementi non strutturali costruiti in cantiere
  2. Elementi non strutturali assemblati in cantiere

Qui la tipologia serve a definire univocamente le responsabilità. Nel primo caso sarà il progettista dell’opera a valutare la domanda e progettare la capacità degli elementi non strutturali. Nel secondo caso invece è compito del produttore fornire elementi e sistemi di collegamento di capacità adeguata. Se il tamponamento è prefabbricato spetta al direttore dei lavori controllare che l’assemblaggio sia corretto.

Metodologia di verifica degli elementi non strutturali

Le nuove norme riportano una tabella che riassume tutte le verifiche da eseguire sulle strutture, in base alla classe d’uso ed agli stati limite:

DM2018 - Tabella 7.3.III

DM2018 – Tabella 7.3.III

Per le strutture in classe d’uso I, gli edifici agricoli e le opere di importanza minore, le verifiche degli elementi non strutturali non sono richieste. I controlli sono necessari solo per le strutture di classe II o superiore.

La sigla STA, in corrispondenza della colonna riservata agli elementi non strutturali sta per verifiche di stabilità, la norma le definisce al §7.3.6.2:

§7.3.6.2 DM2018 - Definizione delle verifiche di stabilità

§7.3.6.2 DM2018 – Definizione delle verifiche di stabilità

 

Il calcolo della domanda sismica per gli elementi non strutturali può essere eseguito come suggerito al §7.2.3 delle nuove norme tecniche:

§7.2.3 DM2018 - Definizione della domanda per l'elemento non strutturale

§7.2.3 DM2018 – Definizione della domanda per l’elemento non strutturale

 

Tuttavia non è presente la tabella riguardante i fattori di struttura degli elementi non strutturali che la nuova norma ora chiama fattori di comportamento in accordo con gli Eurocodici. Di conseguenza sarà necessario attendere la nuova circolare.

Finché non avremo la nuova circolare si farà riferimento a documenti di comprovata validità, quelli che le NTC2018 elencano al capitolo 12:

Capitolo 12 DM2018 - Riferimenti tecnici

Capitolo 12 DM2018 – Riferimenti tecnici

 

In particolare si può fare riferimento all’Eurocodice 8. Al §4.3.5.2 l’Eurocodice 8 fornisce non solo la formula per il calcolo della domanda ma anche quella per calcolare il coefficiente sismico Sa, il parametro che le NTC2018 chiamano accelerazione massima adimensionalizzata:

§4.3.5.2 EC8 – Coefficiente sismico per gli elementi non strutturali

 

Inoltre l’Eurocodice 8 definisce anche quali sono i coefficienti di comportamento da adottare per gli elementi non strutturali:

§4.3.5.2 EC8 - Coefficienti di comportamento degli elementi non strutturali

§4.3.5.2 EC8 – Coefficienti di comportamento degli elementi non strutturali

PRO_SEC – Verifica espulsione tamponature

PRO_SAP è dotato di un modulo che automatizza le verifiche richieste dalle nomative per gli elementi non strutturali, si tratta del modulo Verifica espulsione tamponature:

PRO_SEC Verifica espulsione tamponature

PRO_SEC Verifica espulsione tamponature

 

Il modulo prevede due diverse modalità di verifica, la classica verifica a pressoflessione e per cinematismo oppure la verifica con meccanismo ad arco con degrado di resistenza.

Nel primo caso la capacità dei tamponamenti viene calcolata con la formula 7.8.2 del DM2018.

Nel secondo caso il calcolo è stato sviluppato in collaborazione con CisEdil ed utilizza dei dati sperimentali ottenuti nei laboratori dell’Università di Padova. La base teorica è piuttosto consolidata, la resistenza dell’elemento non strutturale viene calcolata considerando un comportamento ad arco della parete, come suggerito dall’Eurocodice 6 al paragrafo 6.3.2. Gli studi di CisEdil hanno permesso di correggere le formule riportate sull’Eurocodice con un coefficiente che considera il danneggiamento della tamponatura durante l’evento sismico. Per questo motivo si parla di “meccanismo ad arco con degrado di resistenza”.

Il modulo PRO_SEC Verifica espulsione tamponature è gratuito. È compreso anche nelle versioni dimostrative di PRO_SAP, scaricabili da questo link.

Analisi degli elementi non strutturali con PRO_SAP

Le verifiche del modulo Verifica espulsione tamponature sono indipendenti dal modello di calcolo. Però le nuove norme stabiliscono l’importanza di considerare gli elementi non strutturali anche nei modelli di calcolo.

Il caso più semplice è quello degli elementi non strutturali non collaboranti. Infatti se gli elementi non strutturali vengono progettati in questo modo è possibile modellarli solo come massa. È da considerare il loro contributo in termini di resistenza e rigidezza solo se ha effetti negativi ai fini della sicurezza.

§7.2.6 DM2018 - Elementi non strutturali non collaboranti

§7.2.6 DM2018 – Elementi non strutturali non collaboranti

 

Tuttavia anche nel caso in cui fosse possibile rappresentare gli elementi non strutturali solo come massa bisogna comunque fare molta attenzione alla loro disposizione.

Infatti, se la distribuzione dei tamponamenti è fortemente irregolare in pianta, bisogna raddoppiare l’eccentricità accidentale del baricentro delle masse per tenere conto degli effetti della disposizione irregolare

§7.2.3 DM2018 - Disposizione degli elementi non strutturali irregolare in pianta

§7.2.3 DM2018 – Disposizione degli elementi non strutturali irregolare in pianta

 

Inoltre, se la distribuzione degli elementi non strutturali è fortemente irregolare in altezza, il piano dove si verifica la riduzione di tamponamenti potrebbe andare in crisi prima degli altri piani della struttura. Le nuove norme tecniche suggeriscono di considerare questo aspetto incrementando la domanda sismica per gli elementi verticali nei livelli dove c’è la riduzione dei tamponamenti di un fattore pari ad 1.4

§7.2.3 DM2018 - Disposizione degli elementi non strutturali irregolare in altezza

§7.2.3 DM2018 – Disposizione degli elementi non strutturali irregolare in altezza

 

Anche la geometria dei tamponamenti è molto importante: se non si estendono per tutta l’altezza dei pilastri adiacenti la parte del pilastro priva di tamponamento potrebbe andare in crisi per taglio. L’esempio classico è quello delle finestre a nastro degli edifici industriali. Per evitare queste pericolose rotture fragili, nei pilastri in c.a. è necessario modificare il calcolo del taglio da gerarchia.

Il taglio da gerarchia si calcola con questa formula:

DM2018 - Taglio da gerarchia

Ma se i tamponamenti non si estendono per l’intera altezza del pilastro lp non sarà pari all’altezza del pilastro ma pari all’altezza del pilastro priva di tamponamento.

DM2018 - Tamponamenti che non si estendono per l'intera altezza del pilastro

§7.4.4.2.1 DM2018 – Tamponamenti che non si estendono per l’intera altezza del pilastro

 

Con PRO_SAP è possibile studiare nel dettaglio gli elementi non strutturali. Infatti il programma mette a disposizione del progettista l’elemento pannello che consente di modellare automaticamente i tamponamenti come elementi non collaboranti. I pannelli hanno una massa e possono essere utilizzati per applicare carichi alla struttura ma non hanno rigidezza. In base alla geometria ed al materiale di questo elemento il programma applica automaticamente alla struttura il carico dovuto al peso proprio dei tamponamenti.

Tramite l’elemento pannello, PRO_SAP automatizza tutte le verifiche dei tamponamenti. È possibile eseguire la classica verifica a pressoflessione oppure la verifica con il metodo CisEdil del meccanismo ad arco con degrado di resistenza. La scelta va fatta all’interno dei criteri di progetto degli elementi pannello.

PRO_SAP: criteri di progetto elementi non strutturali

PRO_SAP – Criteri di progetto degli elementi pannello

 

Inoltre consente anche di rispettare le prescrizioni della norma riguardanti i tamponamenti che non hanno altezza pari a quella del pilastro. Nei criteri di progetto per i pilastri in c.a. è possibile specificare lp qualora non coincida con l’intera altezza del pilastro:

PRO_SAP: criteri di progetto pilastri

PRO_SAP – Criteri di progetto dei pilastri in c.a.

 

ing.Alberto Marin

marin@2si.it

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