Norme tecniche per le costruzioni: la duttilità

Le nuove “Norme tecniche per le costruzioni” del 14 gennaio 2008 basano la propria trattazione su nuove metodologie progettuali che si differenziano in maniera sostanziale rispetto alla precedente normativa sismica del 1996.
Il concetto fondamentale su cui si basa la progettazione di una struttura in zona sismica deriva dalla considerazione che essa, per potere resistere a terremoti di elevate intensità, deve tenere in conto le risorse dei materiali costituenti l’opera oltre il limite elastico.

Al fine di contenere le dimensioni e quindi i costi dei fabbricati è di fondamentale importanza cercare di spingere le risorse dei materiali ai limiti ultimi possibili.
Per realizzare un progetto strutturale che soddisfi questa esigenza la normativa sismica introduce un concetto importante: la duttilità strutturale.

Le NTC si pongono l’obiettivo di realizzare strutture resistenti ai sismi previsti ed edifici che siano in grado di possedere sufficiente capacità di deformazione plastica: la struttura deve dissipare l’energia sismica attraverso la formazione di meccanismi che si fondano sulla duttilità delle sezioni, in particolare delle travi.
La duttilità sostanzialmente è una proprietà fisica dei materiali e indica la capacità di un corpo o di un materiale di deformarsi sotto carico prima di arrivare a rottura, ovvero la capacità di sopportare deformazioni plastiche.

I materiali che maggiormente godono di questa proprietà sono i metalli e ciò si può confermare analizzando campioni di acciaio sottoposti a prove cicliche di carico: le variazioni di resistenza, di capacità deformativa e di rigidezza sono di piccola entità.
Per quanto riguarda il calcestruzzo invece le prove riportano risultati ben peggiori, tanto che, per migliorare le condizioni dei provini è necessario confinare le sezioni. Il “confinamento” del calcestruzzo riveste un’importanza cruciale, poiché permette al calcestruzzo di limitare il degrado delle proprietà meccaniche. Le NTC prevedono infatti nuove regole sulla posa di staffe e spille per travi, pilastri e setti.

La duttilità strutturale si esplica a due livelli, ovvero attraverso la duttilità strutturale locale, ovvero riferita al singolo elemento, e quella globale, ovvero riferita all’intero complesso, tanto che la valutazione dei parametri di duttilità va fatta in termini di deformazione se riferiti al materiale, in termini di curvatura se riferiti alla sezione o all’elemento ed in termini di spostamento se riferiti all’intera struttura. In linea di principio si dovrebbe controllare che per le sezioni la rotazione calcolata al limite del collasso sia inferiore alla rotazione plastica ammissibile.
A livello globale invece si deve cercare di produrre la formazione di cerniere plastiche nelle travi e non nei pilastri o nei nodi in generale per impedire collassi localizzati.
Presupposto fondamentale è che la crisi in travi, pilastri e pareti snelle avvenga per flessione piuttosto che per taglio dal momento che le rotture a taglio di elementi sono fragili, mentre quelle a flessione sono duttili.

La rottura di un nodo trave-pilastro presenta il duplice inconveniente di essere fragile ed indurre una rapida labilizzazione delle strutture intelaiate, determinando la formazione di cerniere nelle travi e nei pilastri che convergono in quel nodo. È dunque regola unanimemente condivisa quella per cui bisogna favorire la formazione di cerniere plastiche nelle travi piuttosto che nei pilastri, evitando la rottura dei nodi. S’individua, così, una vera e propria “gerarchia delle resistenze” il rispetto della quale permette di conseguire plasticizzazioni in qualche modo controllate. Il meccanismo ideale di plasticizzazione di una struttura intelaiata, prevede la formazione di cerniere plastiche alle estremità delle travi ed, eventualmente, alla base dei pilastri del piano terra così da formare una meccanismo duttile con un solo grado di labilità, dal quale siano esclusi gli elementi e i meccanismi di rottura fragile.

È necessario però precisare che, a parità di tipologia strutturale, costruzioni con elevati livelli di duttilità non necessariamente implicano costruzioni con pari elevate capacità dissipative  in quanto queste ultime risultano fortemente condizionate anche da altri fattori come i dettagli costruttivi con cui sono realizzati i singoli elementi strutturali, la posizione e il numero delle eventuali cerniere plastiche che si possono formare, l’entità di deformazione plastica richiesta a ciascuna cerniera.

Articolo dell’Ing. Stefano Valentini


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