Le  Norme Tecniche per le Costruzioni 2018, pongono particolare attenzione al tema degli elementi non strutturali che se non progettati correttamente possono generare collassi e ridurre la sicurezza delle strutture.

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.

2S.I. è attenta al tema della verifica degli elementi non strutturali ed ha implementato due metodologie per la verifica automatica di espulsione dei tamponamenti.

1. è possibile verificare un singolo elemento non strutturale senza fare il modello PRO_SAP utilizzando il modulo PRO_SEC
2. è possibile modellare in PRO_SAP elementi pannello, a questi assegnare materiale e spessore ed ottenere le verifiche automatiche

Se si verifica una tamponatura singola con PRO_SEC, oppure si inserisce un elemento pannello in un telaio con PRO_SAP sono poi disponibili due metodologie di verifica:

• una basata  sulla classica verifica a pressoflessione e per cinematismo
• una verifica con meccanismo ad arco con degrado di resistenza sviluppata grazie a Fornaci Laterizi Danesi. In questo link una descrizione dettagliata del metodo: http://www.cisedil.it/tamponatura/strutture-antisismiche-tamponature.aspx

Vediamo intanto cosa dice la normativa, poi in dettaglio delle applicazioni pratiche.

Il paragrafo 7.2.3 delle NTC2018

Le NTC 2018 forniscono una definizione rigorosa 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:

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:

 

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

 

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:

 

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:

 

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

PRO_SEC – Verifica espulsione tamponature

PRO_SAP è dotato di un modulo che automatizza le verifiche richieste dalle normative per gli elementi non strutturali, si tratta del modulo 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 il risultato di un progetto di ricerca svolto da Università degli Studi di Padova e CisEdil (ora confluita in Fornaci Laterizi Danesi). 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 hanno permesso di migliorare 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.

 

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

 

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

 

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:

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.

 

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 Fornaci Laterizi Danesi del meccanismo ad arco con degrado di resistenza. La scelta va fatta all’interno dei 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:

Riassumendo:

• Una delle verifiche previste dalle Norme Tecniche per le Costruzioni riguarda gli elementi non strutturali.
• È possibile eseguire la verifica del singolo elemento di tamponatura con il programma PRO_SEC.
• In alternativa è possibile inserire gli elementi pannello direttamente in PRO_SAP, le verifiche verranno fatte automaticamente e inserite nella relazione di calcolo.
• Per entrambe le metodologie di modellazione è possibile verificare i meccanismi di pressoflessione e cinematismi con cernere plastiche, oppure è possibile considerare la tamponatura antiespulsione ed il meccanismo ad arco con degrado di resistenza.

 

ing.Alberto Marin

marin@2si.it

Il 20 febbraio 2018 sono state pubblicate in Gazzetta Ufficiale (Serie Generale n. 42) le NTC2018:
DECRETO 17 gennaio 2018 Aggiornamento delle «Norme tecniche per le costruzioni»

Le norme tecniche 2018 entreranno in vigore 30 giorni dopo la pubblicazione,  il prossimo 22 marzo 2018.

Si attende la circolare applicativa per gli approfondimenti, specialmente riguardo la verifica degli edifici esistenti.

http://www.gazzettaufficiale.it/atto/serie_generale/caricaDettaglioAtto/originario?atto.dataPubblicazioneGazzetta=2018-02-20&atto.codiceRedazionale=18A00716&elenco30giorni=false

Stiamo completando le verifiche dei  parametri implementati secondo le bozze, a breve ci sarà il rilascio della nuova versione di PRO_SAP.

 

Ing. Gennj Venturini

venturini@2si.it