La progettazione dell’elemento strutturale PARETE in ca - NTC 2018

Mariafortuna SpinaMariafortuna Spina28 Marzo 201922min42824
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Come progettare le pareti in c.a. dopo l’entrata in vigore della nuova normativa tecnica?

Direttive e approfondimenti per la progettazione degli elementi strutturali

Si definisce Parete un Elemento Strutturale di supporto per altri elementi che abbia una sezione trasversale rettangolare o ad essa assimilabile, anche per tratti, caratterizzata in ciascun tratto da un rapporto tra dimensione massima lw  e dimensione minima bw in pianta lw  ⁄ bw > 4 .

Le pareti possono avere essere classificate in base:

SEZIONE ORIZZONTALE

  • parete semplice composta da un segmento rettangolare (pareti semplici possono avere appendici con l⁄ bw ≠ 4);
  • parete composta composta da più segmenti rettangolari.

RAPPORTO DIMENSIONALE

  • parete snella se il rapporto h⁄ lw > 2;
  • parete tozza se il rapporto h⁄ lw ≤ 2.

Una struttura può, inoltre, essere considerata a pareti accoppiate se è verificata la condizione che il momento totale alla base, prodotto dalle azioni orizzontali, è equilibrato, per almeno il 20%, dalla coppia prodotta dagli sforzi verticali indotti nella parete dall’azione sismica.

pareti

Un ulteriore sottogruppo degli elementi parete è costituito dalle pareti estese debolmente armate, ovvero quelle estese lungo buona parte del perimetro della pianta strutturale e dotate di idonei provvedimenti per garantire la continuità strutturale così da produrre un efficace comportamento scatolare. In tale ipotesi il periodo fondamentale della struttura in esame, in condizioni non fessurate e calcolato nell’ipotesi di assenza di rotazioni alla base, non DEVE essere superiore a Tc .

NB.: le pareti composte da più segmenti rettangolari collegati o che si intersecano (sezioni a L, T, U o simili) sono da considerarsi unità intere.

Verifiche

Le prestazioni richieste all’elemento strutturale parete sono di garantire per ogni verifica normativa che: Capacità ≥ Domanda

In particolare, la sezione di verifica è così individuata:

PARETE SEMPLICE

rettangolo di base avente dimensione maggiore lw e dimensione minore bw

parete PARETE COMPOSTA

la parte di sezione costituita dalle anime parallele alla direzione dell’azione sismica esaminata ed assumendo che la larghezza efficace della flangia su ciascun lato dell’anima considerata si estenda, dalla faccia dell’anima, del valore minimo tra:

  • lf – larghezza reale della flangia;
  • 25%hw – altezza totale della parete al di sopra del livello considerato;
  • d – metà della distanza tra anime adiacenti.

Verifiche di Resistenza (RES)

Presso-Flessione

Le NTC 2018 chiariscono, innanzitutto, che SOLO per pareti snelle sia in CD “A” che in CD “B”, la DOMANDA FLESSIONALE si ottiene per traslazione verso l’alto dell’inviluppo del diagramma dei momenti derivante dall’analisi e assunto, in via semplificata, come lineare.

In analogia con quanto già indicato nelle NTC 2008, in accordo con l’inclinazione degli elementi compressi nel meccanismo resistente a taglio, la traslazione viene assunta pari ad hcr, altezza della zona inelastica dissipativa di base.


Dove:

  • lw, hw assumono i significati precedenti;
  • hs è l’altezza libera di piano.

diagramma momenti

La NTC 2018 ripropone i limiti individuati nella NTC 2008 relativamente alla domanda a compressione assiale indicando che:

  • per tutte le pareti la domanda in forza normale di compressione non deve eccedere rispettivamente il 35% in CD “A” e il 40% in CD “B” della capacità massima a compressione della sezione di solo calcestruzzo
  • Per le pareti estese debolmente armate occorre limitare le tensioni di compressione nel calcestruzzo per prevenire l’instabilità fuori dal piano, secondo quanto indicato nel capitolo 4 per i pilastri singoli.

In particolare, la nuova normativa tecnica specifica che SOLO per le PARETI DEBOLMENTE ARMATE è valida la seguente limitazione:

PARETI DEBOLMENTE ARMATE se il fattore di comportamento q è superiore a 2, si deve tener conto della domanda in forza assiale dinamica aggiuntiva che si genera nelle pareti per effetto dell’apertura e chiusura di fessure orizzontali e del sollevamento dal suolo. In assenza di più accurate analisi essa può essere assunta pari al ±50% della domanda in forza assiale dovuta ai carichi gravitazionali relativi alla combinazione sismica di progetto.

Per il calcolo della resistenza flessionale, invece, si rimanda interamente alle modalità di calcolo esplicitate per i pilastri.

Taglio

Per prevenire la possibile rottura a taglio della PARETI DISSIPATIVE (ovvero strutture a pareti o miste in cui la capacità dissipativa è affidata alla parete stessa) a seguito della formazione della cerniera plastica alla base, la modalità di calcolo della domanda a taglio in CD “A” NTC 2008 è stata estesa dalla NTC 2018 con il seguente paragrafo:

Per le pareti si deve tener conto del possibile incremento delle forze di taglio a seguito della formazione della cerniera plastica alla base della parete. A tal fine, la domanda di taglio di progetto deve essere incrementata del fattore di incremento:

fattore incremento

per pareti snelle

fattore

per pareti tozze

Dove:

  • q Fattore di comportamento;
  • γrd Fattore di sovraresistenza;
  • MEd, MRd Momenti flettenti di progetto di domanda e di capacità;
  • TPeriodo fondamentale della struttura nella direzione dell’azione sismica.

Per le pareti debolmente armate, invece, affinché lo snervamento a flessione preceda la rottura a taglio, il taglio derivante dall’analisi viene amplificato a ogni piano del fattore (q+1) ⁄ 2

parete snella struttura mista Nelle pareti snelle delle strutture miste viene riproposta la metodologia per tenere in conto degli effetti dei modi di vibrare superiori nella domanda a taglio. Tale metodologia consiste in un incremento del diagramma di taglio nella parete.

Alla luce della nuova normativa tecnica TUTTE le pareti progettate in CD “A” o in CD “B” vanno verificate a:

calcolo dell’armatura possibile rottura taglio-compressione cls dell’anima

La determinazione della resistenza viene condotta in accordo con la definizione della resistenza a taglio-compressione della sezione in c.a., assumendo un braccio delle forze interne pari a 0,8 lw e un’inclinazione delle diagonali compresse pari a 45°.

Nelle zone dissipative tale resistenza va ridotto del 60%.

possibile rottura taglio-trazione delle armature dell’anima

Il calcolo dell’armatura d’anima deve tener conto del rapporto di taglio 

In particolare:

  • αs≥ 2 la resistenza viene calcolata in accordo con la definizione della resistenza a taglio-trazione della sezione in c.a., assumendo un braccio delle forze interne pari a 0,8 lw e un’inclinazione delle diagonali compresse pari a 45°.
  • αs < 2        VEd ≤ VRd,c + 0.75ρh fyd,h bw αs lw
    ρh fyd,hb≤ ρv fyd,v bw z + minNEd  con:

    • ρh ,  ρv rapporti tra l’area della sezione dell’armatura orizzontale e verticale d’anima e l’area della relativa sezione di calcestruzzo
    • fyd,h,  fyd,v valori di progetto della resistenza delle armature orizzontali e verticali
    • NEd  forza assiale di progetto (positiva se di compressione);
    • VRd,c resistenza a taglio degli elementi non armati da assumersi nulla nelle zone dissipative quando NEd è di trazione.
possibile rottura per scorrimento nelle zone dissipative

Sui possibili piani di scorrimento (per esempio le riprese di getto o i giunti costruttivi) posti all’interno delle zone dissipative deve risultare:

VEd ≤ VRd,s

Con VRd,s = Vdd + V id + Vfd

In particolare:

 

·

I simboli utilizzati nelle formule precedenti assumono i seguenti significati:

  • μf  coefficiente d’attrito calcestruzzo-calcestruzzo sotto azioni cicliche (può essere assunto pari a 0.60)
  • ∑ Asj somma delle aree delle barre verticali intersecanti il piano contenente la potenziale superficie di scorrimento
  • ξ altezza della parte compressa della sezione normalizzata all’altezza della sezione
  • ∑ Asi l’area di ciascuna armatura inclinata che attraversa il piano detto formando con esso un angolo ϕi.

Per le pareti tozze deve risultare

Verifiche di Duttilità (DUT)

La vera innovazione della NTC 2018 è l’esplicitazione delle verifiche di DUTTILITA’, in modo che il progettista possa scegliere di eseguirle direttamente e quindi applicare i dettagli costruttivi del CAP 4 o di riferirsi ai dettagli costruttivi del CAP 7 (superando in modo implicito le verifiche di duttilità). Resta l’obbligo di esecuzione delle verifiche di duttilità alla base degli elementi strutturali primari (zone dissipative) e, quindi, alla base delle pareti sismo-resistenti sia per le strutture a pareti che per le strutture miste.

Entrando nel dettaglio:

il valore di q in queste espressioni va ridotto del fattore MEd ⁄ MRd

dove

  • MEd momento flettente di progetto alla base della parete fornito dall’analisi nella situazione sismica di progetto
  • MRd resistenza flessionale di progetto.

NB.: nel caso in cui nella progettazione si ricorra alla ridistribuzione degli effetti tra le pareti, il fattore  MEd ⁄ MRd può assumere valori maggiori dell’unità, comportando un conseguente aumento della domanda di duttilità nelle pareti progettate con momento resistente inferiore al momento sollecitante ottenuto dall’analisi.

Per gli ELEMENTI di BORDO (regioni di estremità della sezione trasversale) è consentito tener in conto, nel calcolo della capacità, l’effetto del confinamento.

elementi bordo

Le dimensioni degli elementi di bordo sono le seguenti:

  • Larghezza b0 = bw – 2copriferro;
  • Lunghezza lc pari alla lunghezza delle zone in cui la deformazione supera quella ultima del cls non confinato.
  • xu si ricava dalla condizione di equilibrio della sezione nella combinazione di progetto sismica facendo riferimento, per la valutazione della deformazione ultima del calcestruzzo, alla quantità di armatura di confinamento effettivamente presente.

Per le zone dissipative (ovvero per la sezione di base della parete oggetto di verifica) è comunque consentita una verifica semplificata che consiste nell’applicazione di dettagli costruttivi aggiuntivi a soddisfare le seguenti disuguaglianze:

dove:

  • rapporto geometrico di progetto dell’armatura verticale al di fuori degli elementi di bordo
  • μϕ domanda in duttilità di curvatura allo SLC
  • νd forza assiale adimensionalizzata di progetto relativa alla combinazione sismica SLV
  • εsy,d deformazione di snervamento dell’acciaio
  • hc profondità della sezione trasversale lorda
  • h0 profondità del nucleo confinato
  • bc larghezza minima della sezione trasversale lorda
  • b0 larghezza del nucleo confinato corrispondente a
  • α coefficiente di efficacia del confinamento, uguale a α = αn αs, con:

dove:

  • n numero totale di barre longitudinali contenute lateralmente da staffe o legature
  • b1 distanza tra barre consecutive contenute
  • s passo delle staffe.

Come Blumatica recepisce gli aggiornamenti normativi?

Blumatica affianca i progettisti nel recepimento di una normativa i cui oneri computazionali obbligano all’utilizzo di software di supporto alle varie fasi progettuali. Nasce quindi l’idea progettuale di Blumatica Bim StructurIT, un prodotto NON “adeguato” alla nuova normativa ma progettato per essere conforme alle NTC 2018.

Blumatica BIM StructurIT è, quindi, in grado di allinearsi alle più complesse richieste della NTC 2018 per tutte le tipologie di verifiche, con particolare attenzione alle innovazioni in termini di richiesta in duttilità degli elementi strutturali.

Questo software sarà disponibile a breve. Se sei interessato a ricevere la versione di prova al momento rilascio, compila questo form.





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Mariafortuna Spina

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R&S Area Strutture


  • Avatar
    Donato Di Biase

    6 Aprile 2019 at 7:35 pm

    Le norme 2018 non prevedono piu’, rispetto a quelle del 2008, il confinamento delle pareti alle due estremità del 20% della lunghezza ed un’aggiunta di armatura mi pare 0,01 della superficie confinata?

    Commenta

  • Avatar
    alessandro

    8 Aprile 2019 at 1:56 pm

    buonasera, vorrei conoscere le caratteristiche del software, in particolare se è possibile inserire aste in acciaio , verificarle e se è previsto o in programma un collegamento con altri software specifici come ad esempio IDEASTATICA per la verifica dei collegamenti
    grazie cordiali saluti

    Commenta

    • Avatar
      Ufficio Stampa Blumatica

      11 Aprile 2019 at 9:08 am

      Blumatica BIM StructurIT è un software di calcolo strutturale per il progetto e verifica di strutture sismo-resistenti composto da vari moduli in fase di sviluppo. Il primo modulo, in uscita a breve, riguarda le strutture in c.a. in ipotesi di analisi Dinamica lineare (analisi modale), a seguire strutture in acciaio, legno e Muratura nonché implementazione di analisi statica non lineare (pushover).
      Al modulo base si possono, inoltre, associare plugin che consentono di soddisfare tutte le esigenze progettuali. Tra questi si sta sviluppando ELEMENTI SECONDARI che consentirà di progettare elementi di materiali diverso rispetto al materiale principale, nell’ipotesi in cui questi ultimi siano secondari dal punto di vista sismico.
      EX- Struttura portante in c.a. e pensilina in acciaio: Blumatica BIMStructurIT + ELEMENTI SECONDARI.
      Per quanto riguarda la comunicazione con software esterni, non esistono file di interscambio poiché Blumatica BIM StructurIT è ideato per essere completamente autonomo, ad esempio, la progettazione dei nodi per le strutture in acciaio è completamente integrata all’interno del software stesso.

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