La verifica sismica delle tamponature

Come fare la verifica delle tamponature con gli spettri di piano, secondo le nuove regole (NTC 2018 e Circolare esplicativa 2019): ecco un esempio pratico

Le NTC 2018 (dm 17/01/2018) ha aggiornato le verifiche sismiche richieste per gli elementi secondari non strutturali.

Questi ultimi comprendono “quelli con rigidezza, resistenza e massa tali da influenzare in maniera significativa la risposta strutturale e quelli che, pur non influenzando la risposta strutturale, sono ugualmente significativi ai fini della sicurezza e/o dell’incolumità delle persone” (cfr. § 7.2.3 D.M. 2018).

Si evince, quindi, che gli elementi costruttivi non strutturali, tra i quali ricadono indubbiamente le tamponature di piano, possono essere classificati in due gruppi:

• elementi che influenzano il comportamento globale della struttura (es. struttura a telaio in c.a., a pareti, mista, etc.), specialmente a causa della loro rigidezza (soprattutto laterale), massa e resistenza;
• elementi che non influenzano la risposta strutturale, ma che comunque devono essere portati in conto nell’analisi della struttura con la loro massa, ai fini della corretta determinazione dei carichi gravitazionali e sismici.

Fig. 1 - Modellazione di un telaio piano con tamponature: (a) telaio in c.a. con tamponature; (b)modello con il solo telaio nudo, per tamponature che non influenzano la risposta strutturale.

Nel caso di modellazione di telaio in c.a. con tamponature (caso (a)), il modello strutturale non potrà non tenere conto della modellazione stessa delle tamponature mediante, ad esempio, un modello agli elementi finiti con elementi beam (ad es. per la modellazione di travi e pilastri) e shell (ad es. per la modellazione di setti, pareti, e le stesse tamponature).
Una valida alternativa potrebbe essere quella di modellare il telaio con l’aggiunta di pendoli o controventi, reagenti solo a compressione, come descritto nell’Allegato 2 della Circolare 10/4/1997, n. 65 del Ministero dei Lavori Pubblici (esplicativa del precedente D.M. 1996). 

Nel caso di modellazione di telaio in c.a. senza tamponature, invece, la tamponatura stessa può essere ritenuta di rigidezza trascurabile rispetto alla struttura portante; a causa dello spessore non eccessivo, della presenza di aperture e dell’utilizzo di elementi forati o comunque molto meno rigidi delle strutture portanti. In questa seconda ipotesi, l’effetto della tamponatura sull’analisi della struttura “nuda” viene normalmente tenuto in conto con la massa ed il peso (che tipicamente scarica sulle travi perimetrali o direttamente caricate dalla muratura, o per il tramite di un’aliquota di “incidenza tramezzi”, calcolata come carico equivalente uniformemente distribuito sui solai, come indicato al § 3.1.3 del D.M. 2018). 

È da osservare che, tra i due modelli suddetti, ovvero quelli di tamponature influenzanti o meno il sistema strutturale globale, certamente è più diffuso, se non addirittura consigliabile, il secondo. Il motivo è che nel caso si confidi, al momento della progettazione dell’opera, nel contributo degli elementi non strutturali, eventuali modifiche successive (come, ad esempio, una semplice redistribuzione degli ambienti, o l’apertura di un vano in una tamponatura) dovrebbero comportare anche una nuova verifica dell’intera opera. Un’ulteriore considerazione è che, in generale, non è facile o ingegneristicamente accettabile confidare in un modello con le tamponature in quanto spesso questi elementi possono essere alloggiamento di vani come finestre o porte, nonché impianti e canalizzazioni che ne modificano il comportamento in modo difficilmente prevedibile.

Il D.M. 2018 consente di tenere conto, in modo semplificato, della presenza degli elementi non strutturali nella progettazione sismica delle strutture:

• nel caso di una distribuzione irregolare in pianta degli elementi non strutturali occorre raddoppiare l’eccentricità accidentale del centro di massa (per ciascun impalcato e per ciascuna direzione, come definito al § 7.2.6 del D.M. 2018); passando, quindi, da 0,05 a 0,1 volte la dimensione dell’edificio in direzione perpendicolare alla direzione sismica;
• nel caso di una distribuzione irregolare in altezza degli elementi non strutturali, ad esempio a seguito di una significativa riduzione ad un piano delle tamponature, occorre amplificare di un fattore 1,4 gli effetti sismici sugli elementi verticali in quel piano.

Fig. 2 - Spostamento del centro di massa teorico per effetto delle eccentricità accidentali: a) caso di edificio con distribuzione in pianta regolare delle tamponature; b) caso di edificio con distribuzione in pianta non regolare delle tamponature.

Le verifiche degli elementi non strutturali richieste dal D.M. 2018 sono illustrate nella seguente Tabella 7.3.III, in funzione della classe d’uso dell’edificio (per come definita al § 2.4.2), e dello stato limite considerato. Si evince che, per gli elementi non strutturali (indicati con “NS”), sono richieste delle verifiche di stabilità (indicate con “STA”), per le sole classi d’uso dalla 2 alla 4 (sono, quindi, escluse le sole opere con presenza solo occasionale di persone e gli edifici agricoli), e per il solo Stato Limite di Salvaguardia della Vita (SLV).

Il controllo del danno (allo Stato Limite di Danno, SLD, o, qualora richiesto, allo Stato Limite di Operatività, SLO) sugli elementi non strutturali, come chiarito dalla Circolare esplicativa 2019 del D.M. 2018 al § C7.3.6.2, non è oggetto di una specifica verifica, in quanto è già assicurato dal soddisfacimento delle verifiche di rigidezza di contenimento degli spostamenti relativi di piano, come previste al § 7.3.6.1 per gli elementi strutturali. Un ulteriore grado di sicurezza, nei rispetti del possibile danneggiamento delle tamponature, è implicitamente garantito del soddisfacimento dei minimi rapporti tra altezza e luce di travi e solai, ovvero, del soddisfacimento delle verifiche di deformabilità (in modo semplificato in funzione della snellezza o con calcolo esplicito delle frecce).

Qualora sia necessario eseguire le verifiche di stabilità, il § 7.3.6.2 del D.M. 2018 prescrive di verificare che l’elemento non strutturale non venga “espulso”, sotto l’azione sismica equivalente (detta F_a). La Circolare esplicativa 2019 del D.M. 2018, al § C7.3.6.2, consente di ritenere soddisfatta la suddetta verifica utilizzando:

• delle “leggere reti da intonaco” su ciascuna faccia della muratura, collegandole tra loro (in senso, quindi, trasversale), ed alle strutture circostanti (telaio o pareti o impalcati), con distanza in direzione orizzontale e verticale ≤ 500 mm;
• delle armature orizzontali nei letti di malta a distanza non superiore a 500 mm.

È da osservare che, nel caso si provveda a rispettare il requisito precedente con la predisposizione di reti da intonaco, oppure con armature nei letti di malta, verrebbe necessariamente creata una connessione tra le tamponature e le strutture sismo-resistenti (telai, pareti, etc.). Se le tamponature, quindi, hanno dimensioni e spessori importanti rispetto al resto delle strutture portanti, il tecnico dovrebbe valutare la necessità di modelli aggiuntivi comprensivi delle tamponature stesse. 

Nei casi in cui non si provveda ad adottare i precedenti magisteri o qualora si voglia effettuare una verifica “analitica” contro la possibile espulsione dei pannelli, è possibile procedere come segue. 

Verifica ai sensi del D.M. 2018 e della Circolare esplicativa

Il D.M. 2018 impone, al § 7.3.6.2, che gli elementi non strutturali, tra i quali le tamponature, siano progettati impiegando opportuni accorgimenti idonei ad evitare la loro espulsione sotto l’azione della forza sismica orizzontale seguente, valutata per gli Stati Limite e la classe d’uso considerati (cfr. § 7.2.3 D.M. 2018):

F_a = (S_a∙W_a)/q_a
dove:

• F_a è la forza sismica orizzontale distribuita o agente nel centro di massa dell’elemento non strutturale nella direzione più sfavorevole, risultante delle forze distribuite proporzionali alla massa;
• S_a è l’accelerazione massima, adimensionalizzata rispetto a quella di gravità, che l’elemento non strutturale subisce durante il sisma e corrisponde allo stato limite in esame (v. § 3.2.1 D.M. 2018);
• W_a è il peso dell'elemento;
• q_a è il fattore di comportamento dell’elemento.

In assenza di specifiche determinazioni, per q_a si possono assumere i valori riportati nella Tabella C7.2.I della Circolare esplicativa del D.M. 2018.

[...] continua la lettura dell'articolo integrale nel PDF