Progetto cerchiature

INTERVENTI LOCALI SU EDIFICI ESISTENTI: LE CERCHIATURE

³Nel precedente articolo abbiamo dato la definizione di intervento locale ed abbiamo descritto le caratteristiche e gli obiettivi di questo tipo di intervento.

In questo articolo ci concentreremo su un particolare tipo di intervento locale: l’apertura di un vano in una parete.

Inquadramento normativo

La circolare 7/2019 stabilisce che l’apertura di un vano in una parete accompagnata da opportuni rinforzi si può considerare un intervento locale a condizione che “si dimostri che l’insieme degli interventi non modifichi significativamente rigidezza, resistenza nei confronti delle azioni orizzontali e capacità di deformazione della struttura”.

Come progettare una cerchiatura

L’intervento di apertura di vani in una parete in muratura, o di modifica dei vani esistenti, prevede la valutazione della variazione di rigidezza e di resistenza tra ante operam e post operam. Se necessario, si dovranno prevedere interventi di rinforzo per ripristinare la rigidezza e/o la resistenza perdute con l’intervento. Il classico intervento di rinforzo è l’inserimento di un telaio metallico o in cemento armato all’interno dei vani.

Uno dei limiti del D.M.2018 e della circolare, come anche dei loro predecessori, è che prescrivono che rigidezza e resistenza non cambino in modo significativo a seguito dell’intervento, senza però definire quando una variazione sia significativa.

Un utile riferimento per colmare questa lacuna può essere il documento “Orientamenti interpretativi in merito a interventi locali o di riparazione in edifici esistenti” emesso dalla Regione Toscana nel 2012 che riguardo gli interventi sulle murature in elevazione riporta:

Regione Toscana orientamenti interpretativi interventi locali. Variazione rigidezza significativa.

Paragrafo 1.2 del documento “Orientamenti interpretativi in merito a interventi locali o di riparazione in edifici esistenti” della Regione Toscana.

In accordo con il parere del comitato tecnico-scientifico della Regione Toscana si può assumere che la variazione di rigidezza non è significativa se la rigidezza cala o aumenta meno del 15%.

Il calcolo della variazione di rigidezza e le verifiche sul telaio di rinforzo

La valutazione della variazione di rigidezza non è particolarmente complessa. Per calcolare la rigidezza ante operam e quella post operam si applicano le classiche formule di scienza delle costruzioni:

Calcolo delle rigidezze dei maschi murari di cui è composta la parete

Calcolo delle rigidezze dei maschi murari di cui è composta la parete

Se la variazione di rigidezza non è significativa l’intervento si può eseguire anche senza prevedere la cerchiatura. Ma attenzione alla variazione di resistenza: il D.M.2018 dice che l’intervento locale non deve comportare una riduzione dei livelli di sicurezza preesistenti. Questo significa che, se una riduzione non significativa di rigidezza può essere accettabile, una riduzione di resistenza non lo è mai. Tuttavia anche nel caso di variazione di resistenza potrebbe non essere necessario inserire una cerchiatura nel vano, ci sono altri modi di risolvere il problema. Per esempio, una soluzione potrebbe essere l’intonaco armato, anche se è certamente un intervento più costoso del telaio metallico.

Invece quando la variazione di rigidezza è significativa deve per forza essere previsto un intervento di rinforzo per ripristinare la situazione ante operam.

Quando si prevede di inserire un telaio metallico o in c.a. all’interno dei vani la rigidezza del telaio viene calcolata con il classico nEJ/H³ dove n può essere 3 o 12 a seconda del vincolo alla base del telaio che viene scelto. E bisogna moltiplicare la rigidezza per due, in quanto ci sono due montanti. Nel post operam la rigidezza dei due montanti del telaio, o dei telai nel caso di più aperture, viene sommata a quella dei maschi murari residui. In accordo con il documento della regione Toscana, la rigidezza dei maschi murari residui sommata a quella dei montanti dei telai non deve variare di più del 15% rispetto alla rigidezza ante operam.

Una volta dimensionato opportunamente il telaio per ripristinare la perdita di rigidezza e di resistenza si può procedere con le verifiche di resistenza dello stesso con i metodi descritti al capitolo 4 del D.M.2018.

Aspetti critici delle verifiche della variazione di rigidezza

Né il D.M. né la circolare forniscono particolari dettagli sul calcolo della rigidezza, lasciando al progettista l’onere di alcune scelte progettuali che hanno molta influenza sul risultato finale.

Un problema con cui ci si deve confrontare molto di frequente è la valutazione dell’altezza dei maschi murari. Consideriamo per esempio la situazione nell’immagine seguente:

Apertura vani in parete in muratura con cerchiatura

All’ante operam non ci sono aperture quindi nemmeno fasce di piano. In questo caso, senza dubbio, l’altezza del maschio murario coincide con l’altezza di interpiano. Nel post operam viene creata una porta perciò ci sarà una fascia di piano. Considerando la presenza della fascia di piano, l’altezza del maschio murario dovrebbe essere pari all’altezza dell’apertura adiacente. Ma questo vorrebbe dire considerare un’altezza diversa dei maschi murari rispetto all’ante operam. Il problema è che potrebbe risultare che inserendo l’apertura si ha un aumento di rigidezza della parete.

Bisogna anche tenere presente che non è detto che basti la presenza della fascia di piano per considerare l’altezza del maschio murario pari a quella delle aperture adiacenti. Pensiamo per esempio al caso della finestra: la muratura sotto l’apertura potrebbe non avere funzione portante ed in questo caso l’altezza del maschio murario non sarebbe coincidente con l’altezza della finestra ma andrebbe dalla base della parete fino all’estremo superiore dell’apertura, in pratica come se ci fosse una porta.

Poiché la normativa non si esprime, sono tutte valutazioni di competenza del progettista.

Aspetti critici del progetto e delle verifiche del telaio di rinforzo

Anche per le verifiche del telaio di rinforzo la norma non scende nei dettagli, di conseguenza anche in questo caso è il progettista che deve valutare come è più opportuno procedere per il caso che sta studiando.

In questo caso la domanda a cui rispondere è: quali sollecitazioni è necessario considerare per eseguire la progettazione del telaio?

Se si considerasse l’apertura di un solo vano nella parete si potrebbe pensare di progettare il telaio perché abbia una resistenza oppure una rigidezza pari a quella della muratura che viene rimossa. Ed il calcolo per determinare il profilo da utilizzare o la sezione dei montanti in c.a. sarebbe piuttosto semplice.

Purtroppo però questa via non è percorribile nel caso i vani da aprire o modificare siano più di uno. Infatti si calcola una variazione globale di resistenza o di rigidezza tra ante operam e post operam. In altre parole, date le due o più aperture, possiamo sapere che sulla parete oggetto di studio c’è stata una certa variazione di rigidezza o resistenza. Ma non è così immediato ripartire questa variazione di rigidezza globale della parete tra i due o più telai necessari per il ripristino della situazione ante operam.

Anche qui la normativa non è d’aiuto, è il progettista che deve decidere come determinare le sollecitazioni di progetto del telaio.

E bisogna anche fare attenzione a non sovradimensionare il telaio. Non si può avere un telaio troppo rigido altrimenti la rigidezza e la resistenza della parete aumenta troppo. Un telaio rigido va in crisi per spostamenti molto inferiori a quelli della muratura. L’ideale sarebbe avere un telaio che abbia una deformabilità confrontabile con quella della muratura. Può essere utile accettare una riduzione di rigidezza rispetto allo stato di fatto, purché si resti all’interno del 15% proposto dalla regione Toscana.

PRO_CAD progetto cerchiature

PRO_SAP dispone di un modulo che automatizza le verifiche degli interventi di apertura o di modifica dei vani in una parete esistente in muratura: il modulo PRO_CAD progetto cerchiature. Inoltre il modulo esegue le verifiche automatiche dei telai di rinforzo, sia in acciaio che in cemento armato.

PRO_CAD calcolo cerchiature

La finestra principale di PRO_CAD calcolo cerchiature

Il funzionamento del modulo è molto intuitivo. La maggior parte della finestra principale del programma è occupata dalla finestra grafica. Nella parte destra ci sono i comandi per la definizione della geometra della parete e delle aperture, sia ante operam che post operam, e delle caratteristiche dei materiali.

L’archivio dei materiali

Il programma ha in memoria la tabella C8.5.I della circolare 7/2019, così l’utente deve semplicemente richiamare il materiale di cui è composta la parete su cui si deve intervenire, non è richiesto l’inserimento manuale di dati riguardanti le caratteristiche meccaniche della muratura. È anche possibile applicare automaticamente al materiale i coefficienti correttivi della tabella C8.5.II della circolare. Dal momento che le tipologie di muratura previste dalla tabella C8.5.I sono piuttosto limitate il programma consente anche la definizione di un materiale da utente, funzionalità utile anche nel caso in cui siano state eseguite le prove in sito e si abbiano a disposizione informazioni più precise di quelle fornite dalla circolare.

L'archivio dei materiali di PRO_CAD calcolo cerchiature

L’archivio dei materiali di PRO_CAD calcolo cerchiature

I criteri di progetto

L’apertura di un vano in una parete esistente è un intervento apparentemente semplice. Tuttavia ci sono alcuni aspetti da valutare con particolare attenzione, come detto nei precedenti paragrafi relativi alle criticità.

Dal momento che la norma non obbliga ad utilizzare un certo metodo di verifica, e nemmeno dà suggerimenti, molte scelte spettano al progettista.

Per questo motivo il modulo PRO_CAD progetto cerchiature mette a disposizione un buon numero di criteri di progetto in modo che l’utente possa trovare la soluzione più adatta al caso che sta studiando.

I criteri di progetto di PRO_CAD calcolo cerchiature

I criteri di progetto di PRO_CAD calcolo cerchiature

La prima scelta da fare riguarda il calcolo dell’altezza dei maschi murari. Sono possibili tre opzioni diverse:

  • Fasce non rigide: maschi murari con altezza pari all’altezza di interpiano
  • Fasce rigide: maschi murari con altezza pari all’altezza delle aperture adiacenti
  • Fasce semirigide: il metodo proposto da Dolce, con il quale si costruisce anche il telaio equivalente per le analisi di pushover.

Come già detto in precedenza, nel caso di parete senza aperture allo stato di fatto, considerando le fasce rigide c’è il rischio di ottenere un aumento di rigidezza in seguito alla creazione delle aperture. Per questo motivo il programma consente al progettista di considerare la stessa altezza dei maschi murari sia allo stato di fatto che allo stato di progetto.

Una seconda scelta da fare riguarda lo schema statico dei maschi murari. Il programma consente di indicare se è presente un cordolo o meno in modo da considerare l’opportuno moltiplicatore di EJ/H³. Analogamente è possibile personalizzare anche lo schema statico del telaio di rinforzo considerando una cerniera od un incastro alla base. Questa scelta va fatta in funzione del materiale, della presenza di un elemento sotto l’apertura e, per l’acciaio, del tipo di piastra di base che verrà realizzata.

Nei criteri di progetto è possibile personalizzare anche il metodo per il calcolo dello spostamento ultimo. Sono disponibili due diversi metodi previsti in letteratura:

  • Coefficiente di duttilità: lo spostamento ultimo si ottiene moltiplicando lo spostamento elastico per un coefficiente µ detto coefficiente o fattore di duttilità. Il valore di questo parametro varia tra 1.5 e 2.0 in funzione del tipo di muratura ed è stato determinato sperimentalmente da Turnsek e Cacovic nel 1977. Il programma assume automaticamente il valore opportuno in funzione del tipo di materiale selezionato dall’utente.
  • Derivante dalle NTC. Lo spostamento ultimo per rottura a pressoflessione è assunto dal §7.8.2.2.1 del D.M.2018, mentre quello a taglio dal §7.8.2.2.2.

Il programma consente comunque di indicare un valore da utente.

Le ultime scelte da fare nei criteri di progetto sono quelle relative al progetto del telaio.

Come detto in precedenza, anche per le verifiche del telaio la norma e la circolare non danno particolari prescrizioni o suggerimenti quindi è il progettista che deve valutare come è più opportuno procedere.

PRO_CAD progetto cerchiature non progetta il telaio perché abbia la rigidezza o la resistenza della muratura che viene rimossa. Come detto in precedenza è un metodo che funziona solamente se si considera una sola apertura, non ha validità generale. Per questo motivo sono stati pensate due diverse strategie per determinare le sollecitazioni agenti sul telaio:

  • Forza in sommità al telaio. Il telaio è verificato per resistere alle sollecitazioni dovute ad una forza applicata in sommità pari al momento ultimo dell’elemento verticale diviso la sua altezza. Nel caso di colonna in acciaio il momento ultimo si calcola con le formule del capitolo 4 del D.M.2018, Mu = Wpl*fyk/gammaM0 per profili in classe 1 o 2 o Wel*fyk/gammaM0 per profili in classe 3. Allo scopo di non sovradimensionare il telaio non si considera mai una forza maggiore del taglio ultimo dei maschi murari.
  • Spostamento in sommità. Il telaio è verificato per resistere alle sollecitazioni che si ottengono applicando in sommità lo spostamento elastico. Tuttavia non si considera uno spostamento maggiore dello spostamento ultimo della muratura. Considerare uno spostamento maggiore dello spostamento ultimo della muratura vorrebbe dire sovradimensionare il telaio.

Con entrambi i metodi si considerano applicati sull’architrave i carichi permanenti e variabili dati dalla muratura e dai solai sopra la parete oggetto dell’intervento.

Le verifiche

Tutte le verifiche sono automatizzate. Il programma valuta prima la variazione di rigidezza. Se questa è compresa nel limite del più o meno 15% rispetto allo stato di fatto PRO_CAD calcolo cerchiature procede anche con le verifiche del telaio di rinforzo. Infatti non avrebbe senso verificare il telaio se la variazione di rigidezza fosse eccessiva.

Nelle verifiche vengono automaticamente trascurati gli elementi che non hanno i requisiti richiesti dal D.M. 2018 per poter essere considerati elementi portanti. Per questo motivo è molto importante fare attenzione a dove si posiziona l’apertura ed alle dimensioni che avrà: è necessario che al post operam ci sia comunque un numero sufficiente di elementi in muratura portanti. Se la maggior parte della muratura viene sostituita da un telaio metallico o in c.a. non si tratta di intervento locale.

Una volta eseguite le verifiche si apre automaticamente la finestra con la relazione di calcolo che riporta riferimenti normativi, metodo di calcolo e risultati delle verifiche:

La relazione di calcolo di PRO_CAD calcolo cerchiature

La relazione di calcolo di PRO_CAD calcolo cerchiature

Nodi acciaio nelle cerchiature

È possibile salvare la relazione in formato .rtf per poterla rielaborare o stampare.

⚠️ La nuova versione di PRO_CAD calcolo cerchiature ha una importante novità.

Nel caso sia stato utilizzato un telaio metallico, all’interno della finestra della relazione di calcolo, è possibile utilizzare il comando “esportare nodi acciaio” per generare e verificare in automatico i nodi del telaio con il modulo PRO_CAD nodi acciaio.

Riassumendo:

⇒ L’apertura di vani in pareti in muratura esistenti:

  • Può essere considerata intervento locale se la rigidezza non cambia in modo significativo
  • La circolare non esplicita quando la variazione di rigidezza diventa significativa, ma si può fare riferimento al parere della Regione Toscana

⇒ È un intervento solo in apparenza semplice, in realtà bisogna fare attenzione:

  • Nella scelta del metodo per il calcolo dell’altezza dei maschi murari
  • Nella scelta delle sollecitazioni di progetto degli elementi metallici

PRO_CAD disegno cerchiature:

  • Ha un interfaccia semplice ed intuitiva
  • Ha in memoria i materiali previsti dalla circolare 7/2019
  • Ha un ampio archivio di criteri di progetto per consentire all’utente la massima libertà nel progetto dell’intervento
  • Esegue automaticamente le verifiche dell’intervento e degli elementi di rinforzo
  • Scrive automaticamente la relazione di calcolo
  • Genera automaticamente i disegni esecutivi dell’intervento
  • Esporta i dati per le verifiche dei collegamenti degli elementi metallici con PRO_CAD nodi acciaio

Ing. Alberto Marin (marin@2si.it)

interventi locali

Interventi locali su edifici esistenti: le novità che potrebbero esserti sfuggite

interventi localiMolti degli interventi che si eseguono sugli edifici esistenti, in particolar modo su quelli in muratura, ricadono nella categoria degli “interventi locali”.  In questo articolo vedremo come la normativa definisce questo tipo di interventi e quali sono i principali interventi locali.

Moduli PRO_SAP

Moduli PRO_SAP

Inquadramento normativo

Il D.M. 2018 definisce le categorie di intervento che si possono eseguire sugli edifici esistenti al §8.4. La circolare 7/2019 fa qualche puntualizzazione sulla definizione al §C8.4.

Secondo la norma gli interventi locali sono “interventi che interessino singoli elementi strutturali e che, comunque, non riducano le condizioni di sicurezza preesistenti”.

Nello specifico un intervento locale dovrebbe avere uno o anche più di uno dei seguenti obiettivi:

  • Ripristinare, rispetto alla configurazione precedente al danno, le caratteristiche iniziali di elementi o parti danneggiate
  • Migliorare le caratteristiche di resistenza e/o duttilità di elementi o parti, anche non danneggiati
  • Impedire meccanismi di collasso locale
  • Modificare un elemento o una porzione limitata della struttura

PRO_VLIM fibrorinforzi sul cemento armato

Cosa è cambiato rispetto al passato per gli interventi locali

Il vecchio D.M.2008 parlava degli interventi locali al §8.4 ed al §8.4.3. Inoltre c’erano alcune precisazioni nel §C8.4.3 della circolare del 617/2009 del C.S.LL.PP.

Rispetto al passato la nuova normativa non ha apportato modifiche sostanziali alla definizione di intervento locale o alle finalità di questa categoria di interventi. Però ci sono alcune differenze significative.

Per prima cosa il vecchio D.M. prevedeva che l’intervento locale fosse sempre migliorativo rispetto alle condizioni di sicurezza preesistenti. Come detto sopra invece, la nuova norma stabilisce che l’intervento non deve ridurre le condizioni di sicurezza preesistenti. Questo facilita la vita al progettista.

Inoltre nella nuova normativa, D.M. e circolare, è stato cambiato l’ordine di presentazione degli interventi: la trattazione degli interventi sugli edifici esistenti comincia proprio dagli interventi locali.

Non si tratta di un aspetto puramente formale, come riportato dalla circolare 7/2019 questo è stato fatto per suggerire al progettista una certa logica nell’approccio agli interventi sugli edifici esistenti.

Infatti la circolare auspica che il progettista consideri per prima cosa gli interventi locali. Sono sicuramente meno invasivi e più economici di un intervento di miglioramento o di adeguamento che in genere riguardano parti estese della struttura. Inoltre, pur non alterando in maniera sostanziale il comportamento della struttura, gli interventi locali consentono in molti casi di ottenere un significativo aumento della sicurezza della struttura.

In quest’ottica di dare maggiore importanza agli interventi locali, nella nuova normativa sono stati ampliati i paragrafi dove vengono descritti gli obiettivi da conseguire e le procedure per ottenerli.

PRO_CINEM calcolo cinematismi locali nella muratura

Come progettare un intervento locale

Le modalità di progettazione di un intervento locale sono descritte sempre dal D.M.2018 al §8.4.1 e dalla circolare 7/2019 al §C8.4.1

La circolare dice esplicitamente che “per questa categoria di intervento non è richiesta la valutazione della sicurezza globale dell’opera”.

Quindi, se si considera un intervento locale è possibile limitarsi a studiare la parte di struttura o gli elementi strutturali interessati dall’intervento. La valutazione della sicurezza è necessaria solo per le parti strutturali su cui si va ad intervenire.

Però, anche se vengono studiati singoli elementi strutturali o porzioni limitate della struttura, il D.M.2018 chiede che venga quantificato l’incremento della sicurezza qualora l’intervento abbia come fine il miglioramento della resistenza o della duttilità di un elemento strutturale oppure l’impedimento di meccanismi di collasso locale. Un’altra cosa che non era prevista dalle vecchie norme.

Avendo studiato solo alcune parti della struttura, la norma concede che la relazione illustrativa sia relativa solamente alle parti di struttura oggetto di intervento. Tuttavia richiede che, qualora sia necessario, il progettista dimostri che “l’intervento non ha modificato in senso negativo il comportamento degli altri elementi della costruzione e di tutta la costruzione nel suo insieme”.

PRO_SAFE rinforzi capannoni industriali

Un aspetto degli interventi locali a cui fare attenzione

Un’osservazione importante da fare è che se le verifiche globali non tornano, non torneranno nemmeno in seguito all’intervento locale. Con questo tipo di interventi si va ad agire solamente su determinati elementi strutturali e, per definizione, non cambia il comportamento globale della struttura. In pratica, questo vuol dire che con l’intervento locale non si può dimostrare un aumento della sicurezza in termini di PGA. Ma aumentare la PGA non è lo scopo di questo tipo di interventi, come ricorda anche la norma al §8.4.1.

I moduli PRO_CAD per il progetto degli interventi locali

Dal momento che la circolare non richiede la valutazione della sicurezza globale dell’opera, in molti casi per questo tipo di interventi non è necessario fare un modello con PRO_SAP.

Infatti PRO_SAP ha diversi moduli che permettono lo studio di interventi locali, come:

  • PRO_CAD calcolo cerchiature per l’apertura di vani in pareti in muratura
  • PRO_CAD solai e tetti in legno per la sostituzione o il rinforzo di coperture o solai
  • PRO_CINEm per lo studio degli interventi volti ad eliminare meccanismi di collasso locale
  • PRO_SAFE per gli interventi locali su edifici industriali
  • PRO_VLIM per il rinforzo di sezioni in c.a. o c.a.p. con FRP

Calcolo solai e tetti in legno con connettori

Riassumendo:

⇒ Gli interventi locali:

  • Interessano porzioni limitate della struttura
  • Non modificano in modo sostanziale il comportamento
  • Non riducono la sicurezza preesistente

⇒ Le novità del D.M.2018 e della circolare 7/2019:

  • La norma suggerisce al progettista di cambiare approccio: dare la precedenza agli interventi locali più economici, meno invasivi ma comunque in grado di aumentare notevolmente la sicurezza della struttura
  • È necessaria una valutazione locale della variazione di sicurezza degli elementi strutturali oggetto di intervento

⇒ Si possono conseguire i seguenti obiettivi:

  • Ripristinare parti strutturali danneggiate
  • Aumentare la resistenza di elementi strutturali carenti (anche non danneggiati)
  • Impedire meccanismi locali

⇒ In PRO_SAP:

  • Generalmente non occorre fare un modello globale della struttura
  • Si possono usare i tanti moduli per le verifiche delle cerchiature, dei solai in legno, dei cinematismi, degli interventi su edifici industriali, ecc…

Ing. Alberto Marin (marin@2si.it)

Verifiche Geotecniche con NTC 2018 e Circolare 2019: le 5 novità principali

 

Con l’entrata in vigore della NTC 2018 si riscontrano alcuni cambiamenti significativi; vediamo quali sono le principali novità sulle verifiche geotecniche rispetto alla precedente normativa.

1)   Categorie di sottosuolo: spariscono S1 e S2

La prima differenza si riscontra nel capitolo 3; in particolare, per le categorie di sottosuolo, sono state eliminale le categorie S1 e S2

Categorie di Sottosuolo che permettono l'utilizzo dell'approccio semplificato

NTC 2018 – Tab. 3.2.II

specificando che nel caso di sottosuolo non appartenente alle categorie presenti in Tab. 3.2.II è necessario predisporre di specifiche analisi di risposta sismica locale per la definizione delle azioni sismiche. Inoltre, non è più consentita la classificazione del sottosuolo in base ai valori di NSPT (per terreni a grana grossa) e Cu (per terreni a grana fine), ma viene lasciata al progettista la possibilità di utilizzare correlazioni empiriche per la valutazione della velocità delle onde di taglio Vs.

In PRO_SAP è possibile specificare la categoria di sottosuolo dal contesto di Assegnazione carichi al passo 2 dei casi di carico sismici

Passo 2-Casi di carico: sismica

PRO_SAP – Finestra Categorie di sottosuolo Ss

mentre in PRO_MST la categoria di sottosuolo viene specificata al passo 2 della finestra Parametri sismici

Parametri sismici (DM 17/1/2018) - Passo 2

PRO_MST – Finestra Categorie di sottosuolo Ss

 

 

 

2)    Verifiche SLV: cambiano i coefficienti parziali

Il cambiamento maggiore riguarda l’utilizzo dei coefficienti parziali; con l’NTC 2018 le verifiche agli stati limiti ultimi in presenza di sisma vengono condotte ponendo pari ad 1 sia i coefficienti parziali sulle azioni che i coefficienti parziali sui parametri geotecnici

C7.11.1 Requisiti nei confronti degli stati limite

Circ. 2019 – C7.11.1

 

3)   Fondazioni superficiali: l’Approccio 2 e il valore di γR

Nel capitolo 6 della NTC 2018, si dà indicazione della tipologia di approccio da seguire in base al tipo di opera geotecnica ed in base al tipo di verifica.

Nel caso di fondazioni superficiali, fondazioni su pali, muri di sostegno, la verifica a stabilità globale deve essere eseguita con riferimento all’ Approccio 1 Combinazione 2 (A2+M2+R2), mentre tutte le altre verifiche devono essere eseguite secondo l’ Approccio 2 (A1+M1+R3).

In PRO_SAP l’ Approccio 2 viene proposto di default quando si generano le combinazioni quindi il progettista non deve specificare nulla se desidera le verifiche di portanza e scorrimento. Nel caso si imposti l’ Approccio 1, con l’utilizzo della NTC 2018,  il programma genera un avviso nel quale viene specificato che per le verifiche geotecniche è previsto il solo utilizzo dell’Approccio 2; dunque, pur definendo l’Approccio 1 in PRO_SAP, nel Modulo geotecnico sarà comunque impostato di default l’Approccio 2 come previsto dalla normativa tecnica 2018

Per le fondazioni superficiali, nel caso si consideri l’azione inerziale nel calcolo del carico limite, è possibile fare riferimento ad un coefficiente parziale R3 ridotto passando da un valore di γR=2.3 ad un valore di γR=1.8

Stato Limite Ultimo (SLV) per carico limite

NTC 2018 – PAR. 7.11.5.3.1 – Fondazioni superficiali

mentre, nel caso di verifica a scorrimento, viene posto un valore di percentuale limite di resistenza passiva considerabile (non superiore al 50%) e, in aggiunta, viene introdotto l’utilizzo di un coefficiente di resistenza passiva

Coefficienti parziali gR per le verifiche degli stati limite (SLV) per fondazioni superficiali con azioni sismiche

NTC 2018 – Tab. 7.11.II

In PRO_SAP è possibile definire la fondazione superficiale dall’ archivio delle fondazioni

Archivio delle Fondazioni

PRO_SAP – Archivio Fondazioni

oppure utilizzando elementi D2 (per travi di fondazione) ed elementi D3 (per le platee) assegnando la proprietà di fondazione

Nel modulo geotecnico tutti i coefficienti sono già impostati secondo la normativa corrente.

Impostazioni fondazioni superficiali - Approccio 2

Modulo Geotecnico – Impostazioni fondazioni superficiali

Le verifiche geotecniche obbligatorie previste dalla normativa per le fondazioni superficiali sono quindi:

  • Collasso per carico limite dell’insieme fondazione-terreno;
  • Collasso per scorrimento sul piano di posa;
  • Stabilità globale

4)   Fondazioni profonde: l’Approccio 2

Le verifiche geotecniche previste dalla normativa sono:

  • Collasso per carico limite assiale;
  • Collasso per carico limite trasversale;
  • Collasso per carico limite di sfilamento nei riguardi dei carichi assiali di trazione
  • Stabilità globale

In PRO_SAP la definizione delle fondazioni profonde avviene tramite l’archivio delle fondazioni. Una volta definita la tipologia di fondazione profonda, i dati vengono passati in automatico al Modulo geotecnico dove verranno eseguite le verifiche di tipo geotecnico.

Nel modulo geotecnico tutti i coefficienti sono già impostati secondo la normativa corrente.

Impostazioni fondazioni su pali

Modulo Geotecnico – Impostazioni fondazioni profonde

5)   Muri di sostegno e paratie: il coefficiente βm e i diversi approcci

Come già detto, nel caso di fondazioni superficiali, fondazioni su pali, muri di sostegno, la verifica a stabilità globale deve essere eseguita con riferimento all’ Approccio 1 Combinazione 2 (A2+M2+R2), mentre tutte le altre verifiche devono essere eseguite secondo l’ Approccio 2 (A1+M1+R3).

Per i muri di sostegno, la verifica a ribaltamento non deve essere più condotta con riferimento allo stato limite di equilibrio ma, anche essa deve seguire l’ Approccio 2 (A1+M1+R3). Ciò è confermato anche all’ interno della nuova Circolare 2019

Approccio 2

Circ. 2019 – C6.5.3.1.1 – Muri di sostegno

Per le paratie, la verifica di stabilità globale deve essere effettuata considerando l’ Approccio 1 Combinazione 2 (A2+M2+R2), mentre le rimanenti verifiche devono essere effettuate secondo l’ Approccio 1 considerando le due tipologie di combinazione:

  • Combinazione 1: A1+M1+R1
  • Combinazione 2: A2+M2+R1

Nella nuova Circolare 2019 si entra più nel dettaglio circa l’utilizzo della Combinazione 1 e della Combinazione 2; la combinazione 1 si utilizza nel caso di stati limite ultimi di tipo strutturale, mentre si segue la combinazione 2  nel caso di stati limiti ultimi di tipo geotecnici (in particolare, si potrebbe pensare al calcolo della profondità di infissione della paratia) [C6.5.3.1.2 – Paratie].

Altra differenza riguarda  il coefficiente di riduzione dell’accelerazione massima attesa al suolo βm dei muri di sostegno; esso può assumere due valori diversi: si pone βm=0.38 per SLV e βm= 0.47 per SLD, a differenza di quanto era riportato nella tabella 7.11.II della NTC 2008. Inoltre, per la verifica a ribaltamento bisogna considerare un valore di βm incrementato del 50% rispetto a quello utilizzato per la verifica a scorrimento.

Parametri sismici (DM 17/1/2018) - Passo 2

PRO_MST- Coeff. di riduzione dell’accelerazione massima attesa al suolo βm

Le verifiche geotecniche obbligatorie previste dalla normativa per i muri di sostegno sono quindi:

  • Scorrimento sul piano di posa;
  • Collasso per carico limite del complesso fondazione-terreno;
  • Ribaltamento;
  • Stabilità globale.

6)   RIASSUMENDO

  • Per fondazioni superficiali, fondazioni su pali, muri di sostegno:
    • A2+M2+R2 verifiche di stabilità globale
    • A1+M1+R3 Tutte le altre verifiche (carico limite, ribaltamento, scorrimento)
  • Per le verifiche agli SLV i coeff. parziali A (azioni) e M (parametri geotecnici) assumono valore unitario (g=1).
  • Per fondazioni superficiali il coeff. gR=1.8 in presenza di effetti inerziali.
  • Per i muri di sostegno
    • βm<1 per muri liberi di traslare o di ruotare intorno al piede in presenza di sisma,
    • βm=1 per muri con traslazione impedita

Ing. Monica Mazza

mazza@2si.it

Strutture deformabili torsionalmente: cosa cambia con la circolare 2019?

Approccio normativo

Le strutture dotate di bassa resistenza e rigidezza torsionale sono definite deformabili torsionalmente, questo significa che la marcata eccentricità tra il baricentro della massa e quello della rigidezza può provocare amplificazioni significative degli effetti legati alle azioni sismiche.

Per queste strutture il comportamento duttile è fortemente penalizzato, per tenere conto di questo aspetto la normativa impone una sensibile riduzione del fattore di comportamento q che si traduce nel conseguente incremento dell’azione sismica di progetto.

Pertanto diventa fondamentale essere in grado di determinare se la struttura possa essere classificata come deformabile torsionalmente o meno, ed eventualmente intervenire modificando la geometria o la disposizione degli elementi strutturali principali.

La progettazione con le NTC 2018 risulta influenzata dalla modifica del criterio per stabilire se la struttura è deformabile torsionalmente rispetto al metodo proposto dalle precedenti NTC08.

Questa condizione viene controllata mediante il rapporto r2/ls2, il cui valore limite deve essere pari almeno ad 1 per evitare che il comportamento sia deformabile torsionalmente (rispetto alla precedente normativa per cui era sufficiente che r/ls > 0.8).

Il calcolo dei fattori r2 ed ls2 è rimasto sostanzialmente invariato, tuttavia facendo qualche confronto ci si rende immediatamente conto di come sia molto più difficile rispettare questa prescrizione, con la conseguenza che diverse strutture che non risultavano deformabili torsionalmente ora potrebbero risultare classificate con questo tipo di comportamento.

Metodo per verificare se una struttura è deformabile torsionalmente o meno. Confronto tra NTC08 e NTC18

Strutture deformabili torsionalmente – Confronto NTC18 / NTC08

La circolare applicativa del 21 Gennaio 2019 modifica parzialmente questo aspetto introducendo un metodo alternativo per la determinazione del comportamento torsionale della struttura, attraverso il rapporto tra i periodi dei modi di vibrare T e Tθ:

Metodo alternativo proposto dalla circolare 21 Gennaio 2019 per verificare se una struttura è deformabile torsionalmente o meno.

Strutture deformabili torsionalmente – Metodo alternativo circolare 21 Gennaio 2019

Attraverso alcuni casi prova è facile verificare come questo metodo alternativo consenta nelle situazioni cosiddette “border line”, ovvero quando il rapporto r2/ls2 è di poco inferiore all’unità, di poter considerare la struttura non deformabile torsionalmente, mentre in casi più estremi i due metodi forniscono risultati concordanti.

Esempi applicativi con PRO_SAP

Vediamo l’applicazione di questi due metodi alternativi proposti dalla normativa attraverso il software di calcolo PRO_SAP.

Esempio 1

Il primo caso di studio è una struttura deformabile torsionalmente con un nucleo ascensore inserito in posizione eccentrica rispetto al baricentro delle masse, come si può osservare sia il rapporto r2/ls2 che T/Tθ indicano un comportamento fortemente torsionale:

Struttura a telaio deformabile torsionalmente con un nucleo ascensore inserito in posizione eccentrica

Esempio 1 – Struttura irregolare

Analizzando il rapporto r2/ls2 = 0.17 < 1, per cui la struttura è fortemente deformabile torsionalmente:

Esempio 1 – Baricentro masse e rigidezze

Il valore indicato è un anteprima che viene viene mostrato prima di lanciare le analisi e viene calcolato sulla base della somma delle rigidezze degli elementi verticali (si veda di seguito uno stralcio estratto dalla documentazione di affidabilità di PRO_SAP)

Determinazione del baricentro delle masse e delle rigidezze. Estratto del manuale di affidabilità di PRO_SAP

Determinazione del baricentro delle masse e delle rigidezze

Al passo 4 dei casi di carico sismici è disponibile il rapporto tra i periodi T/Tθ ottenuto un analisi modale preventiva prima di lanciare le analisi della struttura.

Esempio 1 – Periodi T1

Gli stessi valori sono confermati anche al termine delle analisi in cui vengono mostrati in modo dettagliato anche con le relative % di massa attivata nelle varie direzioni:

Esempio 1 – Analisi dinamiche

TX / Tθ = T2 / T1 = 0.43/0.81 = 0.53

Si può vedere come entrambi I metodi, cioè sia quello della normativa basato sulla valutazione del raggio torsionale, sia quello della circolare basato sulla determinazione dei periodi porpri definiscano la struttura come deformabile torsionalmente (e quindi con un fattore di comportamento q più piccolo e azioni sismiche maggiori).

Esempio 2

Il secondo caso studio è stato ottenuto dal primo inserendo una parete sismica nella posizione opposta al vano ascensore, in modo da riequilibrare la posizione del baricentro delle rigidezze.

Anche in questo caso i due metodi forniscono risultati concordanti, ma vedremo come i risultati ottenuti con il secondo metodo siano molto meno marcati rispetto al caso precedente, mentre il rapporto r2/ls2 indichi che la struttura sia abbondantemente non deformabile torsionalmente.

Struttura a telaio regolare.

Esempio 2 – Struttura regolare

Esempio 2 – Baricentro masse e rigidezze

Esempio 2 – Periodi T1

Esempio 2 – Analisi dinamiche

TX / Tθ =  T1/ T2 = 0.44/0.41 = 1.07

Si può vedere come entrambi I metodi, cioè sia quello della normativa basato sulla valutazione del raggio torsionale, sia quello della circolare basato sulla determinazione dei periodi porpri definiscano la struttura come NON deformabile torsionalmente (e quindi con un fattore di comportamento q più grande e azioni sismiche minori).

 r2/ls2Deform. Torsionalmente (metodo normativa)TX / TθDeform. Torsionalmente (metodo circolare)
Esempio 10.17SI (<1)0.53SI (<1)
Esempio 22.28NO (>1)1.07N0 (>1)

In conclusione:

  • Le NTC18 modificano la formulazione per valutare se la struttura è deformabile torsionalmente o meno, penalizzando di fatto il comportamento strutturale rispetto alla precedente normativa
  • La circolare introduce una formulazione alternativa basata sul rapporto tra il periodo traslazionale ed il periodo torsionale
  • Il metodo fornito dalla normativa è in generale più conservativo rispetto a quello previsto dalla circolare.
  • il limite del metodo indicato dalla normativa è quello di essere applicabile ai singoli livelli della struttura, inoltre si presta bene per edifici con piante di forma regolare, in quanto è fortemente condizionato dalle dimensioni in pianta dell’impalcato
  • Il metodo della circolare è applicabile in modo univoco e dipende dalle proprietà intrinseche della struttura.

Ing. Mirco Basaglia

basaglia@2si.it

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Circolare applicativa NTC18: azioni da neve. Errori, analogie e novità rispetto alla precedente normativa.

Valore di riferimento del carico neve al suolo

La circolare applicativa del 21 Gennaio 2019 introduce alcune novità per quanto riguarda il calcolo delle azioni della neve sulle coperture.

Come vedremo nel presente articolo le novità non sono sostanziali, si tratta principalmente di integrazioni rispetto a quanto riportato nelle NTC18

In primo luogo viene specificato come calcolare l’azione qsk per fasi di costruzione o transitorie di durata inferiore a 3 mesi e tra 3 mesi ed 1 anno, aspetto che le NTC18 hanno introdotto al paragrafo 3.4.2, senza chiarire espressamente la formulazione da adottare, rimandando di fatto alla circolare applicativa o ad altre normative di comprovata validità:

La circolare fornisce una formulazione che consente di stimare un diverso valore di riferimento del carico neve al suolo in funzione del relativo tempo di ritorno considerato:

Oltre alla formulazione viene riportato un grafico con l’andamento del coefficiente αR, espresso come il rapporto tra il carico della neve al suolo riferito ad un tempo di ritorno di n anni (qsn) ed il carico della neve al suolo caratteristico riferito ad un tempo di ritorno di 50 anni (qsk). Il grafico fa riferimento ad un coefficiente di variazione v costante pari a 0.6

Attraverso un rapido riscontro manuale ci si accorge immediatamente che la formulazione proposta dalla circolare è sbagliata ed i valori di αR ottenuti non coincidono con il relativo grafico esplicativo. Per ottenere gli stessi valori bisogna sostituire il segno negativo al denominatore con quello positivo (si veda esempio applicativo 1).

Di seguito si riporta la ricostruzione in scala logaritmica dell’andamento dei coefficienti αR applicando la formulazione con il segno modificato per tempi di ritorno compresi tra 5 e 100 anni calcolati con intervallo regolare di 5 anni, come si può osservare l’andamento è perfettamente coincidente con il grafico proposto dalla circolare applicativa:

Coefficiente di forma delle coperture

Per quanto riguarda il calcolo dei coefficienti di forma delle coperture, la principale novità riguarda le coperture piane con grandi luci. Viene indicato come tenere conto del fatto che la riduzione del manto di neve operata dal vento, risulta via via meno efficace al crescere delle dimensioni in pianta dell’edificio.

Per coperture estese, la circolare raccomanda di tenere conto di questo aspetto attraverso un incremento del coefficiente μ1 (che per coperture piane assume un valore di partenza pari a 0.8)

La circolare introduce come parametro per valutare la luce della copertura la dimensione equivalente in pianta LC che dipende dal rapporto tra le dimensioni della copertura. Il valore di μ1 da utilizzare è ottenuto come prodotto tra 0.8 ed il coefficiente amplificativo Ce,F

In particolare:

Si può osservare come questa amplificazione sia richiesta solo nel caso di coperture piane di dimensioni inusuali (oltre 50 m per direzione). Nel caso di coperture ordinarie si rientra sempre nel caso LC < 50 m per le quali non è previsto nessun adeguamento del coefficiente μ1

Esempi applicativi con PRO_SAP

Si riportano di seguito due applicazioni con il modulo di PRO_SAP dedicato al calcolo delle azioni sulla costruzione, con il quale è già possibile effettuare il calcolo come previsto dalla nuova circolare:

  • Copertura monofalda, angolo inclinazione 20°, TR = 30 anni (ad esempio per fase costruttiva con durata inferiore ad un anno)

  • Copertura monofalda, piana con dimensioni 50 x 100 m, TR = 50 anni

Riassumendo:

  • Non sono state introdotte sostanziali novità rispetto a quanto riportato nelle NTC18
  • Specifica su come calcolare il valore del carico neve al suolo per fasi di costruzione o transitorie
  • Correzione del coefficiente di forma per coperture piane con grandi luci

 

Clicca qui per scaricare in anteprima la versione beta di PRO_SAP con le principali novità della nuova circolare.

 

Ing. Mirco Basaglia

basaglia@2si.it

Nodi CA e circolare NTC 2019: chiarimenti, controversie e applicazione PRO_SAP

Ora che finalmente la circolare è stata pubblicata possiamo fare un aggiornamento del nostro articolo sulle verifiche dei nodi integrandolo con le nuove prescrizioni della circolare.

Il paragrafo della circolare che parla della verifica dei nodi è il C7.4.4.3

Chiarimenti

In questo paragrafo vengono fatte alcune puntualizzazioni riguardo la verifica dei nodi. La circolare infatti descrive la logica che è dietro le formule per il calcolo della domanda e quelle per il calcolo delle staffe.

La circolare del 21 gennaio 2019 ci ricorda che il taglio nel nodo è decisamente maggiore rispetto a quello che si ha nel pilastro e che dipende dai quantitativi di armatura delle travi, per questo motivo non si può ottenere direttamente dall’analisi della struttura, come è evidente anche dalle formule per il calcolo della domanda, la 7.4.6 e la 7.4.7 del D.M. 2018.

E specifica che il calcolo del passo delle staffe con la formula 7.4.10 garantisce che le tensioni nel nodo non superino la resistenza a trazione del calcestruzzo, mentre le due alternative, la 7.4.11 e la 7.4.12, ammettono la fessurazione del nodo affidando la capacità alle armature orizzontali. Viene anche chiarito che il progettista è libero di considerare uno qualsiasi dei due approcci.

Oltre a questi chiarimenti Soprattutto, per quanto riguarda la verifica dei nodi, la nuova circolare porta delle novità interessanti riguardo la verifica lato calcestruzzo, il progetto delle staffe nelle strutture non dissipative, ed il progetto delle staffe nelle strutture in bassa duttilità.

Le verifiche lato calcestruzzo del nodo

Per quanto riguarda la verifica lato calcestruzzo è possibile considerare l’effetto del confinamento correggendo opportunamente il coefficiente alfaj:

§7.4.4.3.1 circolare 2019 confinamento calcestruzzo del nodo

Circolare 2019 – §C7.4.4.3.1 Confinamento del calcestruzzo del nodo

Potrebbe essere una soluzione in più per far tornare le verifiche incrementando la capacità del nodo.

Il progetto delle staffe nel nodo

Per quanto riguarda il progetto delle staffe nel nodo la circolare propone queste novità:

§7.4.4.3.1 circolare 2019 - Progetto delle staffe nel nodo

Circolare 2019 – §C7.4.4.3.1 Progetto delle staffe nel nodo

Quindi, progettando una struttura non dissipativa, secondo la circolare non si è tenuti ad eseguire la gravosa verifica del nodo.

Ci sono dei vantaggi anche per le strutture in bassa duttilità, perché sono da verificare solo i nodi non interamente confinati, esattamente come si fa per gli edifici esistenti. Il vantaggio è evidente perché si omettono le verifiche proprio negli elementi maggiormente sollecitati dato che la domanda nei nodi interni, ed i nodi confinati sono tutti interni, è data dalla somma dei contributi delle armature superiori ed inferiori della trave, in accordo con la formula 7.4.6 del D.M.2018.

Controversie

Però bisogna fare attenzione ad un fatto: una circolare non è cogente, è un documento interpretativo ed applicativo delle norme tecniche. Ce lo ricorda la stessa circolare nel suo capitolo introduttivo:

Circolare 2019 - §1.2

Circolare 2019 – §1.2

Essendo un documento interpretativo ed applicativo non può modificare le NTC, fornire indicazioni in contrasto con il D.M. oppure introdurre nuovi obblighi non espressamente previsti dalla norma.

Purtroppo, per quanto riguarda le indicazioni sulla verifica dei nodi delle strutture in c.a., la circolare contravviene al suo ruolo.

Infatti il D.M.2018, al §7.4.1 indica che le verifiche dei nodi per le strutture non dissipative sono da eseguire, e si fanno applicando le stesse regole previste per le strutture in bassa duttilità:

D.M. 2018 - §7.4.1

D.M. 2018 – §7.4.1

Anche per quanto riguarda le strutture in bassa duttilità la circolare contraddice il D.M.2018: il §7.4.4.3.1, che avevamo citato anche nel nostro primo articolo sulla verifica dei nodi, dice esplicitamente che “in ogni nodo la capacità a taglio deve essere superiore od uguale alla corrispondente domanda”, non ammettendo eccezioni:

§7.4.4.3.1. D.M. 2018

D.M. 2018 – §7.4.4.3.1.

Applicazione a PRO_SAP

Dato che la norma non è chiara PRO_SAP lascia al progettista la possibilità di scegliere.

Nelle normative del cemento armato (a cui è possibile accedere da preferenze -> normative -> cemento armato -> avanzate) gli sviluppatori hanno aggiunto l’opzione “circolare 21 01 19”:

PRO_SAP - Finestra normative avanzate del cemento armato

PRO_SAP – Finestra normative avanzate del cemento armato

PRO_SAP - Finestra normative avanzate del cemento armato (dettaglio dell'opzione per la verifica secondo la nuova circolare)

PRO_SAP – Dettaglio della dinestra normative avanzate

In questo modo se il progettista decide di seguire le indicazioni della circolare può attivare l’opzione ed omettere le verifiche dei nodi per le strutture non dissipative e quelle dei nodi confinati per le strutture in bassa duttilità.

Altrimenti, lasciando l’opzione spenta, le verifiche saranno eseguite in accordo alle NTC, quindi applicando la formula 7.4.8 per le verifiche di tutti i nodi di strutture di qualsiasi classe di duttilità e progettando il passo delle staffe con le formule 7.4.10 o le alternative 7.4.11 e 7.4.12 di cui si è già discusso tanto.

Riassumendo:

⇒ Secondo la circolare:

  • per le strutture non dissipative la verifica dei nodi non è necessaria
  • per le strutture in bassa duttilità le verifiche del nodo sono da eseguire solo per i nodi non completamente confinati
  • per le strutture in alta duttilità la circolare non cambia nulla rispetto a quanto riportato nel D.M.2018
  • per la verifica del nodo lato calcestruzzo è possibile considerare il confinamento del calcestruzzo.

⇒ Questo porta evidentemente dei vantaggi nelle verifiche, ma attenzione:

  • Sia per le strutture non dissipative che per la bassa duttilità la circolare contraddice il D.M.2018

⇒ Quindi:

  • Poiché la norma non è chiara PRO_SAP lascia al progettista la possibilità di scegliere se applicare la circolare o meno.

Ing. Alberto Marin (marin@2si.it)