Staffe pilastro in cemento armato: funzione e passo

Staffe pilastro in cemento armato: funzione e passo

Prima di addentrarci nell’argomento staffe pilastro in cemento armato è bene effettuare una panoramica sui pilastri in quanto elementi verticali che servono a sorreggere gli elementi orizzontali quali travi e solai.

Essi sono soggetti principalmente a sforzi di compressione e di pressoflessione. Raramente sono soggetti a trazione ed anzi, proprio perché il calcestruzzo non ha resistenza a trazione, elementi sottoposti a questa sollecitazione, vengono quasi sempre evitati.

Gli elementi in c.a. sottoposti a trazione vengono chiamati tiranti e se non possono essere evitati, considerata la scarsa resistenza a trazione del calcestruzzo, comportano la fessurazione di quest’ultimo.

Il carico in questi casi viene affidato solo all’armatura metallica e il calcestruzzo ha il solo scopo di avvolgere le armature per mantenerle fisse e proteggerle dall’ambiente esterno, pertanto vanno tenute sotto controllo le fessure che non devono superare determinate ampiezze in relazione all’ambiente di esercizio ed in particolare alla sua aggressività chimica.

I pilastri hanno forme variabili, tuttavia, le forme ricorrenti sono quadrate, rettangolari o circolari. I ferri di armatura dei pilastri sono costituiti da barre longitudinali e da staffe che costituiscono l’armatura trasversale. Una classica gabbia di armatura è mostrata in figura 1.

Fig.1_ Gabbia armatura pilastro – Prontuario operativo di calcolo delle strutture ©Maggioli Editore

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Pilastro in cemento armato: l’armatura

I ferri longitudinali servono per assorbire le forze assiali che generano compressione; siccome il calcestruzzo ha buona resistenza a compressione, le armature servono a rinforzare il pilastro ed a conferire duttilità.

Infatti il calcestruzzo è un materiale fragile, ossia tende a collassare senza eccessive deformazioni, mentre il ferro prima di rompersi subisce elevate deformazioni e quindi avverte della sofferenza strutturale. Per tali motivi è da preferire una rottura duttile e l’acciaio conferisce questa proprietà al cemento armato.

Inoltre, siccome i pilastri spesso sono soggetti a pressoflessione, le armature servono per assorbire eventuali azioni di trazione. Le staffe pilastro in cemento armato servono essenzialmente a tenere fisse le armature longitudinali, inoltre, siccome le barre sono molto snelle, in quanto hanno piccolo diametro rispetto alla lunghezza, queste sotto le azioni di compressione tenderebbero a inflettersi per carico di punta.

La figura 2 mostra la sezione di un pilastro in cui si possono notare la staffa ed i ferri longitudinali. Inoltre si nota lo spillo, che viene utilizzato per tenere fisse le armature longitudinali.

La figura 2 centrale mostra le staffe con il loro passo l0 che rappresenta anche la lunghezza di libera inflessione delle armature longitudinali, che possono essere immaginate incernierate alle staffe.

A destra della figura 2 si nota che se il passo l0 delle staffe è elevato, i farri longitudinali possono inflettersi per carico di punta ed essere espulsi dal nucleo di calcestruzzo. Pertanto sono importanti per un corretto funzionamento dei ferri longitudinali.

Fig.2_ Staffe e spille – Prontuario operativo di calcolo delle strutture ©Maggioli Editore

Le staffe pilastro in cemento armato, inoltre, generano anche un benefico effetto di confinamento del calcestruzzo, incrementandone la resistenza a compressione. Per quanto detto, il passo delle staffe, oltre ai limiti imposti dalla legge, spesso vengono posizionate per esperienza e comunque il passo non dovrebbe mai superare i 20-25 cm.

Le staffe vanno posizionate anche all’interno dei nodi travi-pilastro e in prossimità dei nodi le staffe vanno infittite. Generalmente, in prossimità dei nodi si hanno staffe ogni 5/8 massimo 10 cm. Spesso, a vantaggio di sicurezza, si utilizza un passo unico lungo l’intero pilastro.

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Le staffe e la prescrizione normativa

Una volta nota l’armatura longitudinale, essa va integrata con l’armatura trasversale, ossia con le staffe. Queste ultime hanno una triplice funzione:

  1. mantengono ferme le armature longitudinali durante la fase di getto e vibratura;
  2. riducono la lunghezza di libera inflessione delle armature longitudinali e quindi evitano il loro svergolamento per compressione. Infatti, la lunghezza di libera inflessione delle armature longitudinali può essere considerata pari al passo delle
    staffe;
  3. esercitano una efficace azione di confinamento per il calcestruzzo.

Quando l’elemento è sottoposto a compressione, esso tende ad aumentare di sezione e quindi le staffe vengono sollecitate a trazione e per reazione esercitano una compressione sul calcestruzzo, impedendo la dilatazione laterale.

Ciò comporta due effetti benefici che sono stati verificati sperimentalmente:

a) aumenta la resistenza a compressione dell’elemento compresso;
b) aumenta la duttilità dell’elemento, ossia accresce la deformazione di collasso dopo la fase elastica.

Con riferimento al punto 3, sono da ritenersi migliori le staffe circolari rispetto a quelle quadrate o rettangolari, questo è il motivo per cui spesso si usano elementi circolari con staffe a spirale.

La disposizione delle staffe in genere segue criteri pratici, come indicato precedentemente. La sezione del tondino con cui realizzare le staffe e il passo, con cui vengono disposte lungo l’asse longitudinale dell’elemento, non sono il risultato di un calcolo, ma sono definiti da prescrizioni di normativa che di seguito vengono elencate.

A volte, quando le dimensioni della sezione sono grandi o quando i ferri longitudinali sono tanti, come mostrato in figura 9.7, alle staffe vanno aggiunti degli spilli. Il passo delle staffe deve essere non superiore a 12 volte il diametro delle barre longitudinali. Nel caso di barre con diverso diametro, può assumersi come riferimento il diametro minore. Tuttavia al passo si pone un limite superiore che è di 25 cm. Il diametro delle staffe deve essere pari a ¼ del diametro maggiore delle barre longitudinali e comunque mai inferiore a 6 mm.

L’EC2 (Eurocodice 2), indica di ridurre il massimo passo del fattore 0,6 in prossimità dei nodi trave pilastro, in prossimità delle zone di giunzione e laddove le armature longitudinali cambiano direzione. Utilizzando diametri da 12 mm avremmo un passo massimo di circa 14 cm e con diametri da 16 mm arriveremmo a circa 20 cm. Se riduciamo del fattore 0,6 arriviamo rispettivamente a 8 mm e circa 12 mm.

Poiché le staffe conferiscono duttilità sia alla compressione che alla pressoflessione, spesso vengono distribuite ad occhio utilizzando ad esempio un passo standard di 10 cm quando l’armatura longitudinale è realizzata con ferri del diametro maggiore di 16 mm. In tal modo si ha un passo costante con notevole semplificazione per le maestranze di cantiere e sicuramente si rispetta la norma. Nel caso di armatura longitudinale con barre inferiori a 16 mm, può usarsi un passo standard di 8 mm.

Fig.3_ Tipiche staffature – Prontuario operativo di calcolo delle strutture ©Maggioli Editore

Il testo è estratto dal volume “Prontuario operativo di calcolo delle strutture” di Santino Ferretti, edito da Maggioli Editore.

I contenuti a cura della redazione di www.ingegneri.cc sono elaborati e visionati da Simona Conte, Giulia Gnola, Daniel Scardina, Gloria Alberti. Gli approfondimenti tecnici si rivolgono ad un pubblico di professionisti che intende restare aggiornato sulle novità di settore.