Metodi per il progetto in gerarchia della resistenza flessionale dei nodi trave-pilastro di strutture a telaio in c.a.

Argomento: Gerarchia a flessione dei nodi trave-pilastro
Autore: Andrea Bidoli
Contatto: supporto@csi-italia.eu

Introduzione

Tutte le principali normative, nazionali ed internazionali, relative al dimensionamento sismico di strutture in c.a. fanno riferimento ad un approccio di progettazione in forza (Force Based Design, FBD) finalizzato a garantire all’edificio il raggiungimento di un prefissato grado di capacità dissipativa. In termini pratici, tale procedura si traduce nel dimensionamento della struttura per un livello di forza opportunamente ridotto rispetto a quello elastico ideale, per mezzo di un coefficiente di comportamento, comunemente noto come fattore di struttura (“q”). La parte di azione sismica eccedente sarà infatti dissipata, sotto forma di energia isteretica, attraverso la formazione di un meccanismo plastico stabile, dotato di adeguata duttilità. Le norme guidano il progettista nel raggiungimento di questo obiettivo, fissando una serie di regole e prescrizioni che definiscono il cosiddetto flusso di progettazione in gerarchia delle resistenze (Capacity Design). Tali indicazioni sono mirate alla creazione di un sistema strutturale in cui il danno sia concentrato in specifici elementi dotati di opportuni dettagli costruttivi, prevenendo la formazione di meccanismi fragili e/o poco dissipativi che potrebbero seriamente compromettere il livello di sicurezza dell’opera. Il presente elaborato approfondirà, nello specifico, il tema della progettazione della resistenza flessionale dei nodi trave-pilastro nelle strutture a telaio in c.a., confrontando i metodi previsti dalle diverse normative internazionali e proponendo un criterio di verifica generale, applicabile a configurazioni nodali generiche.

Il ruolo dei nodi trave-pilastro nelle strutture a telaio in c.a.

Le zone nodali, all’intersezione fra travi e pilastri di strutture a telaio, rappresentano uno dei dettagli più delicati per la sicurezza complessiva dell’opera. Un sistema strutturale di questo tipo è infatti concepito per dissipare gran parte dell’energia sismica in ingresso attraverso un meccanismo di danneggiamento globale, derivante dalla formazione di cerniere plastiche flessionali alla base delle colonne ed alle estremità delle travi (si veda la Figura 1). Affinché tale ipotesi possa verificarsi è indispensabile che le seguenti condizioni siano soddisfatte:

• le regioni interessate dalla formazione delle cerniere plastiche devono essere dotate di adeguata duttilità e capacità dissipativa, garantite attraverso specifici dettagli costruttivi;
• tutti gli elementi devono possedere un’intrinseca sovra-resistenza rispetto ai meccanismi fragili e/o scarsamente dissipativi di rottura a taglio;
• i pannelli nodali devono essere in grado di trasferire le azioni taglianti cicliche, indotte dalla plasticizzazione delle travi, senza subire eccessive deformazioni o sfilamento delle barre;
• le sezioni dei pilastri in elevazione in corrispondenza dell’attacco delle zone nodali devono essere opportunamente sovra-resistenti rispetto a quelle delle travi incidenti.

Le ultime due condizioni sono spesso le più critiche a causa dell’elevata entità delle sollecitazioni che si concentrano alle interfacce della zona nodale (si veda Figura 2). Il trasferimento delle azioni taglianti in condizioni cicliche viene normalmente garantito proporzionando opportunamente la dimensione del pannello nodale, in modo da assicurare l’ancoraggio alle barre che lo attraversano e riducendo il rischio di fessurazioni eccessive attraverso un adeguato confinamento (eventualmente per mezzo di specifica armatura trasversale). Il rispetto della quarta condizione è invece necessario a scongiurare la formazione di potenziali meccanismi locali, poco duttili e scarsamente dissipativi, che possono derivare della prematura plasticizzazione di tutte le colonne di un dato livello e compromettere di conseguenza la sicurezza della struttura (si veda la Figura 3).
Con riferimento a quest’ultimo aspetto, nei prossimi paragrafi verranno introdotti e confrontati i metodi proposti da alcune delle principali normative internazionali con riferimento alla progettazione flessionale dei nodi trave/pilastro.

Figura 1: meccanismo di danneggiamento globale e comportamento isteretico stabile delle componenti dissipative

Figura 2: rappresentazione del regime tensionale nei nodi trave pilastro a seguito della formazione del meccanismo dissipativo

Figura 3: meccanismo locale a scarsa capacità dissipativa