Strutture in c.a. – Verifica dei nodi trave-pilastro

A partire dal 22 marzo scorso, sono entrate in vigore le nuove norme tecniche, NTC2018, una revisione delle NTC2008 contenuta nel DM 17/01/2018.

Per le costruzioni in c.a. sono state inserite alcune novità, basate principalmente sugli eurocodici, tra le quali l’obbligatorietà della verifica dei nodi trave-pilastro per tutte le strutture, indipendentemente dalla loro classe di duttilità.

Indice

Infatti, mentre nelle NTC2008 la verifica di resistenza dei nodi era una esclusiva per le costruzioni progettate in classe di duttilità “A”, adesso queste devono essere sempre svolte, sia per la classe di duttilità “B”, sia per le strutture non dissipative, come indicato nel paragrafo §7.4.1

Questa obbligatorietà dimostra una maggior importanza dei nodi strutturali, ritenuti da sempre i punti deboli delle costruzioni in c.a., ma, mentre da un lato incentra l’attenzione del progettista su questo elemento strutturale, dall’altro comporta una serie di problematiche che sfociano spesso in verifiche non soddisfatte o nodi armati a taglio a tal punto da essere irrealizzabili.

NTC2018 vs NTC2008

Già le NTC2008, per le CD”B” imponevano un infittimento di staffe nei nodi, sempre oggetto di contestazione nei cantieri, adesso la situazione è solamente peggiorata. L’unica differenza tra una progettazione in classe di duttilità “A” e “B” o non dissipativa, si trova nel fattore γRd, che passa, ad esempio per cls gettato in opera, da 1,20 a 1,10.

Quindi mentre nella precedente normativa, per le CD”B” era prevista una armatura minima ottenuta in funzione della geometria del nodo e delle caratteristiche meccaniche dei materiali, con le NTC2018 si deve procedere ad una vera e propria verifica a taglio, attraverso un meccanismo a traliccio, che per fessurazione diagonale comporta un meccanismo di taglio-compressione e di taglio-trazione.

Definizione del nodo

verifica del nodo trave pilastro NTC2018 - ingegnerone.com

 Prima di tutto è importante definire cosa si intende per nodo trave-pilastro, e per questo al §7.4.4.3, la norma definisce nodo la zona del pilastro che si sovrappone alle travi in esso concorrenti, per poi specificare cosa si intende per nodo interamente confinato, in cui su tutte e quattro le facce si innesta una trave, avente larghezza almeno pari a 3/4 della larghezza del pilastro, e per ogni coppia di facce le sezioni delle due travi si ricoprono per almeno 3/4 dell’altezza.

Ovviamente per i nodi in cui non sono rispettate queste condizione la definizione è di nodo non interamente confinato.

Verifica del nodo

La verifica del nodo ha lo scopo di evitare la sua rottura anticipata rispetto alle zone delle travi e dei pilastri in esso concorrenti.

verifica del nodo in c.a. - ingegnerone.com

Il valore del taglio sollecitante nel nodo Vjbd, è quello ottenuto “tenendo conto delle sollecitazioni più gravose che, per effetto dell’azione sismica, si possono verificare negli elementi che vi confluiscono”. In alternativa le NTC2018 riportano al §7.4.4.3.1 una formulazione diversa per i nodi interni o nodi esterni.

Come detto in precedenza la verifica da eseguire è doppia:

  • verificare che la compressione del puntone diagonale risulti inferiore alla resistenza a compressione del cls (taglio-compressione), verifica relativa alla formula 7.4.8;
  • verificare opzionalmente un tra le seguenti verifiche:
    • la trazione diagonale del cls sia inferiore alla resistenza a trazione confinando il nodo  (taglio-trazione), verifica relativa alla formula 7.4.10;
    • la resistenza a trazione del nodo affidata integralmente alle staffe orizzontali (taglio-trazione), verifica relativa alla formula 7.4.11 e 7.4.12.

Avendo eseguito alcune prove di calcolo manuale delle suddette formule, è possibile affermare che oltre alla verifica di compressione diagonale, conviene eseguire la seconda tipologia di verifiche affidando la resistenza del nodo alle sole staffe, in quanto spesso meno gravosa.

Verifica di compressione diagonale

Verifica secondo la formula 7.4.8.

verifica-nodo-1 - ingegnerone.com

I fattori che influenzano tale verifica sono un coefficiente η, calcolato in funzione di αj che assume un valore di 0.6 o 0.48 a seconda che il nodo sia interno o esterno, la resistenza a compressione di progetto, la distanza tra le giaciture più esterne delle armature del pilastro e la larghezza effettiva del nodo ottenuta in funzione della larghezza del pilastro e della trave. Infine sotto la radice troviamo un altro fattore, corrispondente alla forza assiale di compressione al di sopra del nodo normalizzata sulla resistenza della sola area di cls.

Come definito al §7.4.4.2.1 per CD”A” e CD”B” tale fattore vd deve essere inferiore rispettivamente a 0.55 o 0.65. Essendo però contenuto in un radicando, il valore di vd non può mai superare il valore di η.

Verifica di trazione diagonale

Questa verifica può essere eseguita con uno dei due metodi descritti in precedenza.
Verifica secondo la formula 7.4.10.

verifica-nodo-2 - ingegnerone.com

I fattori che influenzano questa formula sono principalmente legati alla resistenza a trazione del cls, al valore del taglio sollecitante nel nodo e le dimensioni geometriche del nodo. Un aspetto importante da notare è che il fattore vd in questo caso si trova al denominatore, pertanto una compressione del nodo per effetto del pilastro soprastante permette una minor armatura a taglio. Ovviamente questo evidenzia un problema per i nodi dell’ultimo piano, privi di pilastri superiori.

Come detto prima la seconda verifica della trazione è più semplice da eseguire, specialmente se ci vogliamo imbattere o cimentare in prove “manuali” di calcolo.

Verifica secondo la formula 7.4.11 e 7.4.12.

verifica-nodo-3 - ingegnerone.com

I fattori che stavolta influenzano la formula sono oltre al solito vd, l’area delle armature longitudinali delle travi. I valori dello snervamento delle barre, essendo generalmente uguali tra staffe e armature longitudinali, possono essere eliminate, rendendo tale formula molto più semplice.

Anche in questo caso, una buona compressione dovuta al pilastro superiore al nodo comporta la necessità di una armatura a taglio inferiore, generando problemi per i nodi dell’ultimo piano.

Riscontro da esempi

Facendo alcune prove di calcolo si può affermare che la verifica a compressione non comporta generalmente grosse problematiche, e la verifica risulta soddisfatta nella maggior parte dei casi.

Per quanto riguarda la verifica a trazione, l’area delle staffe nel nodo raggiunge valori notevoli. e spesso non si riesce a capire come si possa fisicamente inserire tutte quelle staffe nel nodo.

A titolo di esempio, prendiamo il caso di due nodi all’ultimo piano di un fabbricato, di cui uno interno ed uno esterno. I pilastri hanno sezione 30×30 e le travi che confluiscono nel nodo abbiano sezione 30xh40 e siano poco armati, 2+2 Ø16. Tutte le armature longitudinali e trasversali sono del tipo B450C.

Nel caso di:

  • nodo esterno l’area delle staffe deve essere maggiore di 1.1 volte area delle barre inferiori, quindi ≥ 442 mm2;
  • nodo interno l’area delle staffe è praticamente doppia, ≥ 884 mm2.

Ipotizzando staffe Ø8 a due braccia, l’area di una staffa è pari a circa 102 mm2, quindi avrei rispettivamente 5 e 9 staffe in un nodo di altezza pari a circa 32 cm (distanza tra i ferri longitudinali delle travi).

Quindi per i due nodi avrei rispettivamente una staffa ogni 6 e 3 cm.

Ovviamente la cosa si complica per travi a basso spessore, riducendo quindi l’altezza geometrica del nodo, e con armature longitudinali ben più numerose.

Conclusioni

Con questa piccola disamina si intende evidenziare alcune problematiche apparentemente “numeriche” che però porteranno a modificare le strutture in c.a., variando le dimensioni “classiche” di travi e pilastri verso elementi meno “sottili”, e sicuramente incentrando l’attenzione sulle armature trasversali.

Ovviamente si dovrà iniziare ad usare diametri di staffe maggiori, magari Ø10, e magari a 4 braccia, all’interno del nodo, ottenendo cosi, oltre a verifiche soddisfatte, un allontanamento da possibili rotture di tipo fragile.

Intanto dobbiamo trovare il modo di farlo capire in cantiere e farlo mettere in pratica.

 

Strutture in c.a. – Verifica dei nodi trave-pilastro ultima modifica: 2018-04-20T14:41:06+00:00 da admining