Giunti sismici a martellamento: normativa e verifica

La progettazione del giunto sismico è determinante per prevenire il martellamento tra edifici adiacenti soggetti ad azione sismica. Le differenze di massa, rigidezza e periodo proprio generano spostamenti relativi che possono portare a collisioni locali o globali. Le NTC 2018 richiedono una verifica allo SLV basata sulla somma degli spostamenti massimi. L’articolo illustra criteri di calcolo, gestione del fattore di comportamento e modalità operative in ambiente FEM, con focus sulla verifica automatizzata tramite Sismicad e sull’eventuale impiego di shock transmitter.

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Il giunto strutturale rappresenta uno degli elementi fondamentali nella progettazione di edifici in zona sismica. La corretta progettazione di questo spazio vuoto tra costruzioni adiacenti è l'unico presidio efficace per scongiurare il fenomeno del martellamento, una delle cause frequenti di danneggiamento locale e globale delle strutture durante un terremoto.

Il fenomeno del martellamento: cause e dinamica

Il martellamento strutturale si verifica quando due costruzioni contigue, separate da una distanza insufficiente, collidono tra loro a seguito dell'oscillazione indotta da un'azione sismica o, in casi particolari, dal vento.

La causa fisica risiede nella differente risposta dinamica degli edifici. Anche se sottoposte alla stessa accelerazione al suolo, due strutture adiacenti risponderanno in modo diverso in funzione della propria massa, rigidezza e altezza.

Queste differenze portano le strutture a oscillare con periodi di vibrazione diversi, creando situazioni di "controfase": mentre un edificio si sposta in una direzione, quello adiacente si sposta in quella opposta, riducendo istantaneamente la distanza reciproca fino all'impatto.

 

I fattori che influenzano maggiormente questo comportamento includono:

• L'altezza dell'edificio: determina il periodo di vibrazione principale.
• La tecnologia costruttiva: edifici in muratura e in cemento armato hanno rigidezze molto diverse e, quindi, periodi propri distanti tra loro.
• La tipologia strutturale: anche a parità di materiale (es. calcestruzzo armato), una struttura a telaio è molto più deformabile di una struttura a pareti (setti), generando risposte sismiche differenti.

Quadro normativo e dimensionamento del giunto sismico

La normativa tecnica (NTC 2018, par. 7.2.1) impone che la distanza tra costruzioni contigue sia tale da impedire l'impatto sotto l'effetto dell'azione sismica di progetto.

Il giunto deve essere previsto in caso di nuove costruzioni adiacenti, nuove costruzioni in aderenza a esistenti o per strutture industriali vicine a elementi alti come torri o ciminiere.

La distanza di rispetto deve essere maggiore o uguale alla somma degli spostamenti orizzontali massimi di ciascuna costruzione, calcolati allo Stato limite di Salvaguardia della Vita (SLV).

Tali spostamenti vanno determinati considerando anche l'eventuale comportamento inelastico della struttura; si utilizza infatti lo spostamento d_E ottenuto moltiplicando lo spostamento elastico d_Ee per il fattore di duttilità μ_d.

La norma stabilisce inoltre una distanza minima inderogabile, calcolata come:

D_min = (h/100)  ∙ (2a_g/g) ∙S

Dove h è la quota dei punti che si fronteggiano (dallo spiccato di fondazione), a_g/g è l'accelerazione di picco suolo e S il coefficiente di amplificazione topografica e stratigrafica.

Qualora non si possano eseguire calcoli specifici, lo spostamento massimo può essere stimato in 1/100 della sua altezza nel punto di contatto.

La larghezza del giunto sarà data dalla somma dello spostamento calcolato per la nuova struttura (da analisi FEM) e quello stimato per l'esistente, oppure dalla somma dei due spostamenti semplificati.

La verifica del giunto Sismicad

Il software Sismicad offre uno strumento dedicato per automatizzare il controllo del martellamento, sotto la voce di verifica Giunto sismico.

La verifica si basa sul controllo dello spazio tra gli impalcati di due edifici (o porzioni di edificio) modellati nella stessa commessa. Il software analizza se esiste pericolo di collisione tra le travi di bordo che si affacciano sul giunto. Il calcolatore assume che le travi si spostino rigidamente nel piano dell'impalcato, indipendente dall’impostazione di piano che può essere rigido o meno.

  

Nel caso in cui il bordo dell'impalcato non presenti travi, come per solette piene o bordi liberi, si suggerisce di inserire comunque delle travi fittizie sul perimetro del giunto, assegnando un materiale con modulo elastico molto basso e peso specifico nullo.

Questo accorgimento permette al software di riconoscere geometricamente il bordo da verificare senza alterare la rigidezza e la massa del modello FEM. 

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Gestione del Fattore di comportamento

Un aspetto cruciale nella verifica riguarda il calcolo degli spostamenti reali. Se l'analisi sismica viene condotta utilizzando un Fattore di comportamento q>1 (comportamento dissipativo), gli spostamenti ottenuti dall'analisi elastica lineare sono ridotti e non corrispondono a quelli fisici attesi allo SLV.

La norma prevede che tali spostamenti siano amplificati dal fattore di duttilità μ_d, che dipende dal periodo proprio T1 della struttura.

Poiché due edifici adiacenti hanno T1 differenti, avranno anche fattori μ_d diversi. Sismicad consiglia una procedura operativa specifica per evitare errori che prevede due possibilità.

1. Analisi separate. Analizzare i due corpi di fabbrica in commesse distinte per individuare i rispettivi periodi T1.
   
2. Commessa di verifica dedicata. Creare una copia della commessa contenente entrambi i corpi specificamente per la verifica del giunto.

In questa commessa, si consiglia di impostare la Classe di duttilità come Non dissipativa e imporre il Fattore di comportamento q pari all’unità. Il valore di T1 dovrà essere imposto manualmente pari a quelli determinati nelle modellazioni precedenti allo scopo di determinare lo spostamento più sfavorevole.

In questo modo, l'analisi fornirà direttamente gli spostamenti reali (elastici non ridotti), eliminando la dipendenza dal fattore μd e semplificando la somma degli spostamenti assoluti per il controllo della distanza.

Output della verifica

Eseguita la procedura, Sismicad restituisce:

• La verifica della larghezza minima del giunto rispetto ai limiti normativi.
• Il controllo puntuale di collisione tra i bordi delle travi affacciate.
• La distanza massima calcolata tra i bordi sia agli stati limite ultimi (SLV) che di esercizio (SLD/SLO).

Quest'ultimo dato è particolarmente utile al progettista per dimensionare correttamente i manufatti coprigiunto, che devono essere in grado di assorbire le dilatazioni sismiche senza rompersi o staccarsi.

Shock transmitter

In alcuni casi può essere utile inserire nei giunti degli appositi dispositivi per evitare il martellamento, chiamati Shock transmitter.

Questi dispositivi non sono da confondere con i dissipatori sismici viscoelastici o a instabilità impedita, destinati a dissipare gli spostamenti indotti dal sisma.

Il loro scopo è di consentire spostamenti lenti, come le dilatazioni termiche e fluage, ma impedire quelli impulsivi, come quelli sismici.

Si tratta, nella maggior parte dei casi, di cilindri di modeste dimensioni con pistoni collegati a un circuito idraulico, posti in opera a collegamento delle due sponde del giunto. In questo modo le azioni sismiche si possono ridistribuire evitando al contempo il fenomeno del martellamento a condizione di trovare una modellazione adatta al dispositivo tecnologico che si intende utilizzare.

La verifica a martellamento non è un semplice adempimento burocratico, ma una tutela fondamentale per la sicurezza strutturale. L'utilizzo di strumenti software avanzati come Sismicad permette di automatizzare il controllo geometrico complesso degli spostamenti relativi, a patto che il progettista abbia conoscenza di fenomeno e normativa, gestendo coerentemente i fattori di amplificazione degli spostamenti in regime sismico.

 

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FAQ

In quali casi è obbligatoria la verifica del martellamento?
La verifica è richiesta in presenza di costruzioni nuove o esistenti, con corpi di fabbrica contigui che si “fronteggiano” tra loro. Le NTC 2018 (par. 7.2.1) impongono che la distanza sia tale da impedire l’impatto allo SLV.

Come si determina la larghezza minima del giunto?
La distanza deve essere almeno pari alla somma degli spostamenti orizzontali massimi delle due strutture allo SLV, includendo gli effetti inelastici. In assenza di analisi specifica, la norma consente una stima semplificata pari a 1/100 dell’altezza nel punto considerato.

Qual è il ruolo del fattore di comportamento q nella verifica?
Se l’analisi è condotta con q>1, gli spostamenti elastici risultano ridotti. Per la verifica del giunto occorre risalire agli spostamenti reali, amplificando quelli elastici con il fattore di duttilità μd oppure impostando un’analisi non dissipativa con q=1 in una commessa dedicata.

Come si gestisce la verifica in ambiente FEM con Sismicad?
Sismicad consente un controllo automatico del giunto analizzando la distanza tra travi di bordo degli impalcati. In alcune situazioni può essere necessario definire elementi fittizi a rigidezza trascurabile per consentire il riconoscimento geometrico senza alterare il modello.

Quali aspetti di comfort e durabilità sono coinvolti?
Oltre alla sicurezza strutturale, la corretta dimensione del giunto incide sulla funzionalità dei coprigiunto, che devono assorbire le deformazioni sismiche senza rotture o distacchi. Il controllo agli stati limite di esercizio (SLD/SLO) supporta la scelta di dispositivi adeguati.

Quando possono essere utilizzati dispositivi come gli shock transmitter?
Gli shock transmitter collegano le due sponde del giunto consentendo spostamenti lenti, come quelli termici, e contrastando quelli impulsivi di origine sismica. Normalmente non sono dissipatori sismici tradizionali e richiedono una modellazione coerente con il comportamento del dispositivo.