Edifici a telaio in cemento armato: con tamponamenti o senza?

Interferenza dei tamponamenti con le strutture in c.a., un problema severo e spesso sottovalutato

Le tipologie strutturali più utilizzate per la realizzazione di edifici in c.a. sia ai giorni nostri che nel recente passato sono quelle che la norma NTC18 classifica come strutture in c.a. a telaio, a pareti e miste telaio-pareti. Buona parte degli edifici a più piani fuori terra realizzati negli ultimi cento anni sono stati progettati secondo queste tipologie.

A differenza dagli edifici realizzati in muratura o in legno, gli edifici in c.a. delle tipologie sopra indicate lasciano al progettista architettonico maggiore libertà ma presentano il problema di realizzare l’involucro del fabbricato con elementi di tamponamento, tradizionalmente realizzati in laterizio, ai quali in sede di progettazione non vengono solitamente affidate funzioni strutturali.

In Italia il problema della interferenza dei tamponamenti con le strutture in c.a. è stato storicamente sottovalutato perché è stato storicamente sottovalutato il problema della resistenza sismica degli edifici. L'obbligatorietà della analisi sismica in Italia è stata imposta per gradi interessando l‘intero territorio solo a partire dal 2008.

Ne consegue che gran parte degli edifici esistenti è stato progettato con riferimento alle sole azioni verticali. Anche oggi, pur nel rispetto della normativa sismica buona parte degli edifici in c.a. delle tipologie sopra descritte sono progettati senza coinvolgere nella modellazione la presenza dei tamponamenti nonostante gli eventi sismici ne abbiano dimostrato la responsabilità nel provocare dissesti strutturali.

Le norme nazionali

La normativa tecnica vigente (NTC18 e relativa Circolare applicativa) affronta il problema dei tamponamenti (indicati come elementi costruttivi non strutturali) in diversi punti.

NTC18: il paragrafo 7.2.3

NTC18 e Circolare al §7.2.3 “CRITERI DI PROGETTAZIONE DI ELEMENTI STRUTTURALI “SECONDARI” ED ELEMENTI COSTRUTTIVI NON STRUTTURALI” classificano gli elementi costruttivi non strutturali in due gruppi:

1. Elementi con rigidezza, resistenza e massa tali influenzare in maniera significativa la risposta strutturale;
2. Elementi che influenzano la risposta strutturale solo attraverso la loro massa, ma sono ugualmente significativi ai fini della sicurezza e/o dell’incolumità delle persone.

“Ai fini, anche, della determinazione della domanda sismica, per il primo gruppo di elementi non strutturali si potrà introdurre, in relazione al tipo di verifica e di analisi da effettuarsi, nel modello strutturale globale, oltre alla massa degli elementi, che viene sempre considerata, anche la loro rigidezza descrivendone le condizioni di vincolo alla struttura.”

“Per il secondo gruppo di elementi non strutturali, ottenuta la risposta in accelerazione della struttura a ciascun piano, la si può assimilare ad una forzante esterna da applicare all’elemento non strutturale, così ricavando la domanda sismica su di esso.”

In sostanza la norma prevede per il primo gruppo la possibilità di inserire i tamponamenti nel modello senza però indicare nel dettaglio le modalità di questo inserimento.

Per quanto attiene alle responsabilità di progettisti e direttori dei lavori viene precisato:

Quando l’elemento non strutturale è costruito in cantiere, è compito del progettista della struttura individuare la domanda e progettarne la capacità in accordo a formulazioni di comprovata validità ed è compito del direttore dei lavori verificarne la corretta esecuzione; quando invece l’elemento non strutturale è assemblato in cantiere, è compito del progettista della struttura individuare la domanda, è compito del fornitore e/o dell’installatore fornire elementi e sistemi di collegamento di capacità adeguata ed è compito del direttore dei lavori verificarne il corretto assemblaggio.

Non è chiaro se la responsabilità del progettista si limita all’individuare la domanda e progettare la capacità solo per quanto riguarda il meccanismo di espulsione delle tamponature per effetto della forzante esterna o se debba comprendere anche domanda e capacità di tamponamenti nel caso di sollecitazioni nel proprio piano derivanti dalla partecipazione alla resistenza sismica.

NTC18: il paragrafo 7.2.6

Il paragrafo 7.2.6 “CRITERI DI MODELLAZIONE DELLA STRUTTURA E DELL’AZIONE SISMICA” riporta: “Nella definizione del modello, gli elementi non strutturali non appositamente progettati come collaboranti (quali tamponature e tramezzi) possono essere rappresentati unicamente in termini di massa; il loro contributo al comportamento del sistema strutturale in termini di rigidezza e resistenza sarà considerato solo qualora abbia effetti negativi ai fini della sicurezza.”

Gli effetti negativi cui la norma si riferisce nel suggerire la presa in conto dei tamponamenti nella modellazione possono essere riassunti in due casi:

1. Formazione di piano debole in caso di tamponature distribuite in modo irregolare in altezza. In questo caso la alternativa alla modellazione delle tamponature è data da §7.2.3: “Se la distribuzione degli elementi non strutturali è fortemente irregolare in altezza, deve essere considerata la possibilità di forti concentrazioni di danno ai livelli caratterizzati da significative riduzioni degli elementi non strutturali rispetto ai livelli adiacenti. Questo requisito s’intende soddisfatto qualora si incrementi di un fattore 1,4 la domanda sismica sugli elementi verticali (pilastri e pareti) dei livelli con significativa riduzione degli elementi non strutturali.”
2. Spostamento del centro delle rigidezze a causa di tamponature distribuite irregolarmente in pianta con incremento degli effetti torsionali. In questo caso la alternativa alla modellazione delle tamponature è data da §7.2.3: “Se la distribuzione degli elementi non strutturali è fortemente irregolare in pianta, gli effetti di tale irregolarità debbono essere valutati e tenuti in conto. Questo requisito si intende soddisfatto qualora si incrementi di un fattore 2 l’eccentricità accidentale di cui al § 7.2.6.”

Spetta al progettista la valutazione circa la irregolare distribuzione dei tamponamenti e la necessità della applicazione degli incrementi dell’azione sismica sopra descritti. In caso di presa in conto delle tamponature nella modellazione gli incrementi sopra citati non si rendono necessari.

NTC18: il paragrafo 7.3.6.2

NTC18 e Circolare al 7.3.6.2 “Elementi non strutturali (NS) VERIFICHE DI STABILITÀ” riportano: “Il controllo del danno negli elementi non strutturali si effettua, in maniera indiretta, intervenendo sulla rigidezza degli elementi strutturali al fine di contenere gli spostamenti di interpiano, come indicato al §7.3.6.1. Devono essere eseguite invece verifiche dirette in termini di stabilità. La prestazione, consistente nell’evitare la possibile espulsione delle tamponature sotto l’azione della Fa, si può ritenere conseguita con l’inserimento di leggere reti da intonaco sui due lati della muratura, collegate tra loro e alle strutture circostanti a distanza non superiore a 500 mm sia in direzione orizzontale sia in direzione verticale, ovvero con l’inserimento di elementi di armatura orizzontale nei letti di malta, a distanza non superiore a 500 mm. La domanda sismica Fa si determina secondo le indicazioni del §7.2.3 della norma e del §C7.2.3.”

Riassumendo, la norma richiede l’esplicita verifica dei tamponamenti per le azioni fuori piano mentre per le azioni nel piano si cautela circa il controllo del danneggiamento limitando gli spostamenti di interpiano. Nulla prevede espressamente circa la verifica dello stato di sollecitazione nel proprio piano che le tamponature possono subire e/o produrre sui telai adiacenti quando esse sono rigidamente collegate alla struttura ed interferiscono con la deformabilità della stessa.

NTC18: il paragrafo 8.3

Il paragrafo 8.3 recita: “La valutazione della sicurezza e la progettazione degli interventi sulle costruzioni esistenti potranno essere eseguite con riferimento ai soli SLU, salvo che per le costruzioni in classe d’uso IV, per le quali sono richieste anche le verifiche agli SLE specificate al § 7.3.6; in quest’ultimo caso potranno essere adottati livelli prestazionali ridotti.”

Secondo NTC18 Tab.7.3.III la verifica di rigidezza è una verifica in esercizio (SLE) e come tale è richiesta per gli edifici esistenti solo nel caso di classe di uso 4 (CU IV). Le verifiche nel piano dei tamponamenti in edifici esistenti risultano non richieste per le CU I, II e III cioè per la stragrande maggioranza degli edifici. Buonsenso richiede di eseguirle comunque trattandosi di verifiche di resistenza mascherate da verifiche di deformabilità.

Normative nazionali precedenti

Il problema della interazione tra telai e pannelli murari di tamponatura trova indicazioni nella Circ.M.LL.PP. del 10/04/1997 n.65 “Istruzioni per l'applicazione delle Norme tecniche per le costruzioni in zone sismiche di cui al decreto ministeriale 16.01.1996” ed in particolare nell’ALLEGATO 2 “INTERAZIONE FRA TELAI E PANNELLI MURARI DI TAMPONATURA - Modello di calcolo”.

L’allegato 2 si articola in 5 capitoli:

1. Campo di validità del procedimento esposto;
2. Valutazione della deformabilità laterale;
3. Meccanismi di rottura dei pannelli murari;
4. Verifica della tamponatura;
5. Verifiche delle strutture di contenimento in cemento armato.

Le indicazioni fornite dall’allegato 2 hanno consentito al programma Sismicad di proporre sin dal 1997 ai propri utilizzatori un ambiente di modellazione e verifica di strutture in c.a. comprensivo, a richiesta del progettista, anche della problematica della interazione tra telai e pannelli murari.

L’approccio attuale con Sismicad

La parete in muratura è uno degli elementi strutturali disponibili in Sismicad. Tra le varie proprietà da assegnare alla parete in muratura al momento dell’inserimento troviamo la proprietà Comportamento che viene utilizzata in sede di modellazione e presenta tre possibilità:

• Portante: implica la considerazione della muratura come elemento strutturale principale. In caso di analisi lineare la modellazione può essere gestita con gusci di dimensione minima prefissata o con aste a discrezione del progettista. In caso di analisi pushover il programma utilizza una modellazione a fibre;
• Tamponamento: all’elemento non vengono affidate funzioni strutturali. Il peso proprio della parete viene assegnato ad una struttura portante sottostante in assenza della quale il programma segnala una differenza tra carichi disegnati e carichi presenti nel modello. L’ingombro della parete viene inoltre utilizzato dal programma in sede di valutazione della azione del vento prendendo in conto una diminuzione della superficie investita in caso di forature dichiarate senza serramento;
• Puntoni X: produce in modellazione due puntoni non reagenti a trazione disposti a croce di sant’Andrea e connessi con il telaio mentre il peso proprio è attribuito alla struttura portante sottostante.

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