PARETI
Negli edifici in cemento armato, molto spesso il ruolo di trasferire
le azioni sismiche è affidato alle pareti di taglio.
Il maggior vantaggio dell'inserimento di pareti è il significativo
aumento della rigidezza laterale dell'edificio, a cui consegue:
una riduzione degli effetti del secondo ordine e quindi un
aumento della sicurezza nei confronti del collasso;
le pareti, inoltre, anche in fase di estesa fessurazione,
mantengono gran parte della capacità portante dei carichi
verticali, cosa che non sempre accade per i pilastri.
PARETI
La maggior rigidezza del sistema strutturale
rende minima l'influenza negativa che i pannelli di
tamponamento possono avere sul comportamento globale
dell'edificio,
protegge gli elementi secondari dal danneggiamento, il che
comporta un notevole vantaggio economico in termini di costi
di riparazione,
e tende a minimizzare gli effetti psicologici sulle persone.
Un ulteriore vantaggio è che il comportamento degli edifici con
pareti è generalmente più affidabile di quello di edifici composti
di soli telai; questo grazie al fatto che le cerniere si formano nelle
travi e non nelle pareti, in particolare se queste sono state
progettate secondo le regole del capacity design.
Comportamento per carichi monotoni
Pareti progettate secondo le moderne normative presentano un
comportamento notevolmente duttile a fronte di carichi monotoni:
in prove di laboratorio, si è potuta rilevare una duttilità, espressa
in termini di spostamento in sommità, dell'ordine di 10.
In tali prove si è anche evidenziato che, all'inversione del carico,
le pareti subiscono il collasso per instabilizzazione fuori del piano,
per carichi notevolmente inferiori ai valori massimi raggiunti nel
verso precedente. Infatti, poiché le pareti a sezione rettangolare
presentano uno spessore piuttosto piccolo, la loro rigidezza fuori
del piano, dopo l'espulsione del copriferro, è notevolmente ridotta.
Per questo motivo, può essere vantaggioso adottare pareti con
sezione di forma composta.
In merito alla resistenza a flessione, si è verificato che questa non
è granché influenzata dalla quantità di armatura d'anima; peraltro,
una armatura più fitta comporta una maggiore duttilità.
La resistenza a flessione per carichi monotoni è circa uguale (o di
poco superiore) alla resistenza massima per carichi ciclici e la
curva monotona approssimativamente costituisce l'inviluppo dei
diagrammi ciclici.
Anche se l’ipotesi di conservazione delle sezioni piane non è
rigorosamente valida, in particolare per le pareti meno snelle che
si comportano più come elementi piani che come travi, ai fini
della progettazione la resistenza flessionale di una parete può
essere determinata come per i pilastri.
Anche la duttilità in curvatura, mf, può essere stimata secondo il
metodo generale; occorre tener conto del corretto legame sc-ec per
le diverse parti della sezione della parete, poiché il grado di
confinamento è diverso alle estremità, che sono staffate, rispetto
all’anima. Comunque, tale stima della duttilità risulta alquanto
grossolana, poiché il comportamento è notevolmente influenzato
dalla presenza del taglio.
Infine, per la valutazione della duttilità in termini di spostamento,
md, il problema della stima della lunghezza equivalente della
cerniera plastica è ancora più complesso che non per gli elementi
lineari. Utili indicazioni, ricavate da prove sperimentali, possono
essere reperite nelle opere in bibliografia.
Comportamento per carichi ciclici
Il fattore che maggiormente contribuisce a definire il
comportamento ciclico di una parete è il rapporto di snellezza:
altezza/lunghezza, hw/lw.
Pareti molto snelle, hw/lw2, se correttamente progettate e
realizzate, sono caratterizzate da comportamento duttile e da
modalità di crisi tipo flessione, simile a quello delle travi.
All’opposto, nelle pareti poco snelle o tozze il fattore
maggiormente caratterizzante è il taglio, specialmente la
possibilità di crisi per scorrimento da taglio.
Pareti snelle
Come per le travi, la duttilità delle pareti soggette ad azioni
cicliche decresce al crescere delle tensioni dovute al taglio.
Comunque la rottura non può essere classificata come fragile, dato
che lo schiacciamento avviene solo dopo che si sono verificate
notevoli deformazioni sia per flessione che per taglio.
Relativamente alla possibilità di instabilizzazione fuori piano delle
pareti a sezione sottile, si osserva che, nelle sollecitazioni cicliche
ampiamente in campo plastico, all'inversione del carico le lesioni
circa orizzontali apertesi all’estremità della parete possono non
richiudersi. In questa situazione di parziale contatto, anche un
piccolo momento flettente fuori piano può provocare una notevole
eccentricità dello sforzo assiale con la possibilità di sbandamento
fuori del piano, particolarmente nelle sezioni sottili di forma
semplice.
Occorre notare che alla base delle pareti molto snelle si
sviluppano momenti flettenti molto grandi, che possono portare al
sollevamento delle fondazioni e la conseguente rotazione intorno
ad un punto prossimo al lembo compresso, questo in particolare
quando il sistema delle fondazioni non presenta un’elevata
rigidezza.
La rotazione della base della parete ha un effetto favorevole nei
riguardi della flessione, perché il momento flettente risulta
inferiore rispetto alla situazione di incastro perfetto, ma non nei
riguardi del taglio, perciò aumenta il rischio di crisi per taglio.
Inoltre, nei sistemi composti pareti-telai, la rotazione indotta dalle
pareti può aumentare la richiesta di duttilità nelle travi dei telai.
Pareti tozze
Negli edifici bassi, comunemente si trovano pareti di taglio di
altezza anche inferiore alla lunghezza. Queste conferiscono alla
struttura una notevole rigidezza, da cui deriva un basso periodo
proprio.
Per questo motivo, tali strutture durante l'evento sismico si
trovano a compiere un numero di cicli maggiore e quindi, se le
deformazioni in campo plastico sono elevate, il degrado
cumulativo risulta maggiore.
Per questo motivo e per il fatto che nelle pareti tozze di solito si
verifica la crisi per taglio, il fattore di struttura assunto in caso di
presenza di pareti tozze è più basso che non per analoghi edifici
con pareti snelle.
Possibili modalità di crisi di una parete tozza:
1. Quando non è presente una sufficiente armatura orizzontale,
la crisi avviene per trazione diagonale, con la formazione di
una lesione diagonale.
Questa modalità di crisi può essere evitata se la griglia di
armatura, orizzontale e verticale, è in grado di assorbire un taglio
maggiore di quello corrispondente alla resistenza flessionale
effettiva (in accordo con la gerarchia delle resistenze).
2. Occorre notare che, mentre nelle pareti snelle per il taglio è
necessaria solo l'armatura orizzontale, nelle pareti tozze è
necessaria anche quella verticale, affinché si possa sviluppare
il meccanismo a traliccio. Infatti, l'equilibrio dei puntoni
inclinati di calcestruzzo che non attraversano gli elementi di
contorno, in cui sono presenti armature verticali, non è
possibile se non in presenza di armature disposte in modo da
fornire le reazioni verticali e/o compressione assiale.
3. Quando l'armatura a taglio è sufficiente, la crisi può avvenire
per compressione diagonale, cioè per schiacciamento dei
puntoni compressi nell'anima della parete.
4.
La resistenza a compressione dei puntoni è notevolmente
ridotta in caso di sollecitazione ciclica, poiché le lesioni
inclinate si formano nelle due direzioni; la crisi per
compressione diagonale può essere evitata limitando
opportunamente le tensioni tangenziali medie dovute al taglio.
5. Una modalità di crisi frequente
nelle pareti tozze è per
scorrimento, che si verifica
quando ad alti livelli di taglio
sono associati bassi livelli di
compressione assiale.
Questa modalità, simile a quella che si verifica
nelle travi soggette ad alti livelli di taglio ciclico,
è caratterizzata da eccessivi spostamenti lungo
una lesione orizzontale originata dalla flessione,
che causano una drastica riduzione di rigidezza e
di capacità dissipativa.
Gli effetti negativi dello scorrimento per taglio
possono essere limitati disponendo delle barre
inclinate incrociate attraverso le potenziali
lesioni da flessione.
Pareti con aperture
Nelle pareti in cemento armato di solito sono presenti delle
aperture: porte, finestre, vani per il passaggio di condutture. Se le
aperture sono di dimensioni piccole rispetto a quelle della parete e
non sono disposte lungo file regolari, allora il comportamento
della parete non si discosta da quello dell'analoga senza aperture.
Quando, invece, le dimensioni delle aperture non sono irrilevanti
rispetto a quelle della parete e la loro disposizione è regolare
lungo l'altezza, allora si parla di un sistema di pareti accoppiate, il
cui comportamento è intermedio fra quello di una parete piena e
quello di un telaio.
Il momento flettente totale alla base due pareti accoppiate è dato
dalla somma dei momenti flettenti agenti alla base di ciascuna
parete singola e del prodotto, l·T (T=C, sforzi assiali nelle pareti),
la cui grandezza dipende dalla distanza l fra i baricentri e dal
livello di sforzo assiale sostenuto dalle pareti singole.
D'altra parte, maggiore è la
resistenza delle travi di accoppiamento, maggiore è il taglio che
queste possono trasmettere e che
genera lo sforzo assiale nelle pareti.
In definitiva, con travi di accoppiamento di elevata resistenza risulta
elevata la quota di momento
ribaltante assorbito come sforzo
normale e ridotto il momento
flettente nelle singole pareti.
Le pareti accoppiate, se ben progettate anche nei dettagli,
presentano una notevole duttilità e capacità di dissipare energia
nella formazione di cerniere plastiche nelle travi di accoppiamento
e nella sezione di base delle pareti.
Relativamente ai telai, nelle pareti accoppiate i rapporti di
resistenza e rigidezza flessionale delle travi di accoppiamento e
degli elementi verticali sono molto più bassi; questo assicura che
le plasticizzazioni si verificheranno nelle travi mentre le pareti
rimarranno in campo elastico.
Ciò è vantaggioso anche dal punto di vista dei costi di riparazione,
essendo le travi di accoppiamento (sottofinestra) facilmente
riparabili, senza che le funzioni dell'edificio siano compromesse.
Ovviamente, i vantaggi delle pareti accoppiate sussistono fintanto
che le travi di accoppiamento hanno comportamento duttile.
Queste travi, di solito, sono caratterizzate da bassa snellezza ed il
loro comportamento è simile a quello dei pilastri tozzi e delle travi
soggette ad elevati valori di taglio; per tali elementi è stato
evidenziato il rischio di rottura fragile per scorrimento da taglio, e
la conseguente necessità di disporre armature diagonali.
Progettazione delle pareti
Verifiche a presso-flessione
Il progetto delle pareti per presso-flessione può essere condotto in
maniera analoga a quello dei pilastri, per i momenti flettenti
derivanti dalle regole di gerarchia delle resistenze e per lo sforzo
assiale corrispondente.
Nel calcolo della resistenza a presso-flessione occorre considerare
tutte le armature longitudinali: infatti, trascurare le armature
nell'anima della sezione potrebbe semplificare i calcoli ed essere
conservativo per le verifiche a presso-flessione, ma risulterebbe non
cautelativo per la valutazione del taglio di progetto secondo la
gerarchia delle resistenze.
Verifiche a taglio
Per le strutture in CD”B”, le verifiche si conducono nel modo
indicato per i pilastri e devono considerare anche la possibile rottura
per scorrimento.
Per le strutture in CD”A”, nelle verifiche si deve considerare la
possibile rottura a taglio compressione del calcestruzzo dell’anima,
la rottura a taglio trazione delle armature dell’anima, la rottura per
scorrimento nelle zone critiche.
Verifica delle travi di accoppiamento dei sistemi a pareti accoppiate
Nei casi in cui la snellezza delle travi di accoppiamento è
sufficientemente alta da garantire che la crisi avvenga per flessione,
oppure il valore del taglio è piuttosto basso, ciò che esclude la
possibilità di crisi per fessurazione diagonale, le verifiche si
conducono come per le travi in generale.
In caso contrario, occorre che lo sforzo di taglio sia assorbito da due
fasci di armatura diagonale, racchiusi da staffe o spirali di
contenimento, ed opportunamente ancorati
