Ipotesi di impalcato infinitamente rigido per le costruzioni in cemento armato

Confronto tra i riferimenti normativi attuali e uno studio numerico per valutare la fondatezza di alcune prescrizioni

L’ipotesi di impalcato infinitamente rigido nel piano rappresenta uno dei passaggi più delicati nella modellazione sismica degli edifici, in particolare quando si affronta il tema della valutazione della sicurezza degli edifici esistenti. La relazione presentata da Carmenzo Miozzi affronta in modo sistematico questo tema, mettendo a confronto i riferimenti normativi attualmente disponibili e i risultati di uno studio numerico volto a verificare la reale fondatezza di alcune prescrizioni consolidate nella pratica progettuale. Il lavoro è stato sviluppato con Franco Braga, Giuseppe Rossi e Massimo Sessa.

Dal punto di vista normativo, i riferimenti principali sono sostanzialmente due. Il primo è rappresentato dall’Eurocodice 8, ripreso anche dalla Circolare 7 del 2019, che fornisce una definizione di carattere teorico dell’ipotesi di impalcato infinitamente rigido. Secondo tale impostazione, gli orizzontamenti possono essere considerati rigidi nel loro piano se, modellandone la deformabilità, le variazioni di spostamento di tutti i punti appartenenti allo stesso impalcato non differiscono, rispetto al modello rigido, di oltre il 10%. Il criterio è quindi basato sulla compatibilità cinematica degli spostamenti e richiede, per sua natura, il confronto tra due modelli di calcolo distinti.

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Il secondo riferimento normativo è invece più noto e diffuso nella pratica professionale italiana. In assenza di irregolarità significative nella distribuzione delle rigidezze è ritenuto sufficiente disporre di una soletta armata di spessore pari ad almeno 40 mm affinché l’impalcato possa essere considerato rigido nel piano. Proprio questa indicazione, apparentemente semplice e prescrittiva, solleva una questione fondamentale quando ci si confronta con edifici esistenti: è realmente necessario che le solette abbiano sempre uno spessore e un’armatura almeno pari a questi valori per giustificare l’ipotesi di rigidezza infinita?

Per rispondere a questa domanda è stato sviluppato uno studio basato su un modello semplificato di edificio a pianta rettangolare, analizzato al variare delle dimensioni geometriche, del numero di piani e dell’azione sismica di riferimento, espressa in termini di PGA. Sono state considerate due configurazioni strutturali di base. La prima è priva di nucleo irrigidente, mentre la seconda prevede la presenza di un nucleo fortemente eccentrico, configurazione che si è rivelata, come atteso, decisamente più gravosa in termini di sollecitazioni e spostamenti indotti nel solaio.

Il modello assume un interasse dei pilastri pari a 5,5 m, interpiani di 3,30 m e una soletta non armata di spessore pari a 4 cm, realizzata in calcestruzzo di classe C20/25. Tra le ipotesi semplificative adottate vi è la concentrazione del peso dell’intero edificio al livello del solaio, pari a 10 kN/m², e la presenza di travi perimetrali armate, elemento che si rivela fondamentale per il comportamento globale dell’impalcato. La valutazione delle tensioni nella soletta è stata condotta attraverso un semplice bilancio delle forze nella direzione dell’azione sismica, assumendo il taglio come differenza tra la forza sismica agente e i contributi resistenti forniti dai pilastri dei piani adiacenti. La tensione di taglio è stata quindi mediata sull’intera superficie del solaio.

I risultati sono stati espressi mediante il parametro R, definito come il rapporto tra la tensione di taglio media calcolata e la resistenza a trazione del calcestruzzo. Nella configurazione priva di nucleo irrigidente, analizzata inizialmente su una maglia di 4×8 pilastri, le sollecitazioni risultano decisamente contenute, raggiungendo al massimo valori pari a circa il 45% della resistenza a trazione del materiale. Il quadro cambia in modo significativo nel caso della configurazione con nucleo irrigidente eccentrico, per la quale il parametro R raggiunge valori dell’ordine del 300%, evidenziando come la presenza del nucleo comporti un marcato incremento delle sollecitazioni nella soletta.

Un’analisi più dettagliata della distribuzione delle sollecitazioni lungo l’altezza dell’edificio, sempre con riferimento alla configurazione più severa e per una PGA pari a 0,15, mostra come i valori massimi si concentrino all’ultimo impalcato, dove risultano circa doppi rispetto a quelli del piano immediatamente inferiore. Nei livelli più bassi, invece, le sollecitazioni rimangono generalmente prossime o inferiori alla resistenza a trazione del calcestruzzo. Considerando il segno delle tensioni, emerge inoltre che negli ultimi due livelli la sollecitazione ha la stessa direzione dell’azione sismica, fenomeno riconducibile all’effetto di “trattenimento” esercitato dal nucleo irrigidente sul resto della struttura. Tale comportamento risulta molto meno marcato nel caso dell’edificio privo di nucleo.

Lo studio è stato esteso a diverse configurazioni in pianta, variando il numero di pilastri e le dimensioni complessive dell’edificio, da soluzioni più compatte fino a strutture molto estese. I risultati confermano che l’aumento delle dimensioni in pianta, del numero di piani e della PGA comporta un incremento delle sollecitazioni nella soletta, con differenze sempre significative tra il primo e l’ultimo impalcato. Anche in questo caso, l’ultimo livello risulta sistematicamente il più sollecitato.

Il confronto con i criteri dell’Eurocodice 8 è stato infine condotto attraverso la valutazione del parametro ΔD, che misura la differenza degli spostamenti tra il modello con rigidezza reale degli impalcati e quello con impalcati infinitamente rigidi. In un’ottica cautelativa, la rigidezza del solaio è stata ulteriormente ridotta al 50%, scelta che porta a una sovrastima intenzionale del valore di ΔD. I risultati mostrano che, nel caso di solette non armate di 4 cm, tutte le configurazioni analizzate presentano differenze di spostamento inferiori al 5%, con un valore massimo di circa il 4,9%. Anche riducendo lo spessore a 3 cm, sempre in presenza di travi di bordo armate, le differenze restano comunque al di sotto della soglia del 10% prevista dall’Eurocodice 8.

Nel complesso, lo studio suggerisce che le indicazioni attualmente contenute nelle NTC 2018 possano risultare eccessivamente restrittive rispetto al reale comportamento delle solette, in particolare per gli edifici esistenti. L’auspicio è che l’Eurocodice 8 possa evolvere verso una formulazione più operativa, introducendo procedure semplificate per la valutazione della rigidezza degli impalcati, calibrate in funzione della complessità strutturale dell’edificio. Parallelamente, appare auspicabile una maggiore armonizzazione tra le indicazioni speditive delle NTC e l’impostazione più teorica dell’Eurocodice, tenendo conto delle esigenze concrete della progettazione e della valutazione di vulnerabilità sismica. Questo tema assume un’importanza cruciale proprio per gli edifici esistenti, nei quali la verifica dell’ipotesi di impalcato rigido può incidere in modo significativo sulle conclusioni delle analisi e sulle strategie di intervento, e meriterebbe quindi un’attenzione specifica anche in vista dei futuri aggiornamenti normativi.

DI SEGUITO LA VIDEOREGISTRAZIONE INTEGRALE DELLA RELAZIONE.