Criteri di progettazione di ancoraggi e sovrapposizioni nel nuovo Model Code 2020

Sia il prossimo Eurocodice 2 sia il nuovo fib Model Code 2020 introducono significative modifiche per la progettazione di ancoraggi e sovrapposizioni delle barre nervate rispetto alle normative vigenti (NTC2018 ed EN1992:2004). L’articolo intende presentare le nuove regole di progettazione per ancoraggi e sovrapposizioni di armature nervate introdotte nel MC2020 con una discussione sui risultati delle ricerche che hanno condotto alla formulazione di una nuova espressione per la valutazione della resistenza degli ancoraggi. Nel lavoro verranno presentati i principali fattori che influenzano la resistenza degli ancoraggi mediante un confronto con le regole progettuali della bozza del nuovo Eurocodice 2, evidenziando l’effetto dei nuovi criteri progettazione sul calcolo delle lunghezze di ancoraggio e sovrapposizione rispetto alle normative vigenti.

Le formulazioni presenti nel vigente Eurocodice 2 (EN1992:2004), a cui si richiamano anche le Norme Tecniche delle Costruzioni del 2018, sono sostanzialmente quelle proposte nel 1978 dal CEB-FIP Model Code con alcune modeste e poco significative differenze nei valori di alcuni coefficienti.

Le attuali regole di progettazione degli ancoraggi e delle sovrapposizioni sono state sviluppate e calibrate per materiali con caratteristiche meccaniche inferiori rispetto a quelle dei materiali impiegati oggi nel settore delle costruzioni in calcestruzzo armato. Per esempio, negli anni ’80 la resistenza caratteristica delle arma- ture impiegate in Europa era attorno a 400 MPa, mentre ora è mediamente pari a 500 MPa.

Analogamente, le attuali normative consentono l’impiego di calce- struzzi anche ad alta resistenza, fino a 90 MPa, mentre prima raramente si superavano i 40-50 MPa. Alcune regole progettuali del vigente Eurocodice 2 sembrano, inoltre, in contrasto con i risultati di recenti studi (fib, 2014; Cairns 2015) che mostrano una differenza di comportamento tra gli ancoraggi e le sovrapposizioni significativamente inferiore rispetto a quella prevista dalle attuali normative.

Lo scopo del presente lavoro è pertanto quello di illustrare la ragioni che hanno portato alla revisione delle regole di progettazione delle lunghezze di ancoraggio e di sovrapposizione delle armature nel nuovo fib Model Code 2020 (già approvato e in fase di pubblicazione) e nel prossimo Eurocodice 2 (PrEN1992:2023, con pubblicazione entro il 2026). Nel presente lavoro si intende, inoltre, mettere in luce l’effetto delle revisioni delle regole di progettazione sul calcolo della lunghezza di ancoraggio e sovrapposizione attraverso un confronto tra la vigente normativa (EN1992:2004) e le nuove regole.

Aspetti generali sul comportamento di ancoraggi e sovrapposizioni

La solidarietà̀ fra armature metalliche e calcestruzzo viene garantita attraverso l’opportuno ancoraggio delle barre alle loro estremità̀, governato dal fenomeno dell’aderenza che si instaura lungo l’ancoraggio stesso e che assicura, in ogni sezione, la trasmissione degli sforzi di interfaccia tra i due materiali.

Nella letteratura tecnica e scientifica delle strutture in calcestruzzo armato, il termine “aderenza” indica l’azione meccanica di trasferimento dell’azione assiale dalle armature al calcestruzzo, garantito dall’ingranamento delle nervature delle barre nel calcestruzzo.

Gli “ancoraggi”, per esempio, trasferiscono la forza dalla barra al calcestruzzo che si annulla all’estremità delle travi, mentre “le sovrapposizioni” garantiscono la continuità della forza nell’armatura, trasferendo l’azione assiale da una barra a quella adiacente coinvolgendo il calcestruzzo circostante (Tepfers, 1973; fib, 2000). Il fenomeno dell’aderenza è sempre stato convenzionalmente modellato mediante sforzi tangenziali costanti (fb) lungo la superfi- cie laterale della barra a contatto con il calcestruzzo. Di fatto, lo sforzo di aderenza (fb) rappresenta il rap- porto tra la variazione dell’azione assiale nella barra e la superficie laterale a contatto con il calcestruzzo:

𝑓_𝑏= Δσ𝑠 𝐴𝑠
       𝜋𝜙 𝑙𝘣

avendo indicato Δ𝜎𝑠 la variazione di sforzo nell’armatura lungo la lunghezza di ancoraggio lb e As la se- zione nominale della barra di diametro Φ.
La valutazione della necessaria lunghezza di un ancoraggio attraverso la stima degli sforzi di aderenza è l’approccio che è stato, fino ad aggi, adottato nella pratica progettuale. Tuttavia, il comportamento dell’aderenza è un fenomeno molto più complesso di quanto rappresentato dalla semplicità dell’equazione (1) anche solo per il fatto che gli sforzi di aderenza non sono costanti lungo l’ancoraggio.

Inoltre, nelle attuali armature ad aderenza migliorata il trasferimento dell’azione è garantita soprattutto dall’interazione meccanica tra le nervature delle barre e i denti di calcestruzzo che si formano tra le nervature, generando elevate spinte radiali che possono provocare fessurazioni nel copriferro (Fig. 1); di fatto, la capacità degli ancoraggi può essere governata dalla resistenza di “splitting” del copriferro se non vengono adeguatamente confinati, o da armature trasversali e/o da una pressione trasversale (Cairns 1995a; Gambarova 1997; Giuriani 1998).

Vi possono essere, quindi, due possibili modalità di collasso degli ancoraggi (Fig. 1): 1) il collasso per sfilamento (“pull-out failure”) con il tranciamento dei denti di calcestruzzo tra le nervature, oppure 2) il col- lasso per “splitting” con la formazione di fessure longitudinali da spacco nel copriferro generate dalle spinte radiali delle nervature a causa di un confina- mento non efficiente. In genere, il collasso per “splitting” si manifesta quando il confinamento trasversale è inefficace, come, per esempio, quando la dimensione del copriferro è inferiore a 2.5-3.0 volte il dia- metro della barra in assenza di armature trasversali.

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