Prove cicliche sui nodi trave-colonna: piatti passanti, calcestruzzo e soletta per una risposta sismica più efficace

L’articolo prende le mosse dalla relazione presentata ad ANIDIS 2025 da Agnese Natale, dedicata allo studio sperimentale del comportamento sismico dei nodi trave-colonna in acciaio con piatti passanti. La ricerca nasce dall’esigenza di superare le criticità emerse in precedenti programmi sperimentali, in particolare legate alle modalità di collasso sotto azioni cicliche. Attraverso prove in scala reale e modellazioni numeriche calibrate, il lavoro analizza diverse configurazioni strutturali, mettendo in evidenza il ruolo del calcestruzzo e delle soluzioni miste nel migliorare rigidezza, resistenza e distribuzione delle tensioni. I risultati offrono indicazioni concrete per una progettazione più affidabile dei nodi in zona sismica.

Nel corso di ANIDIS 2025, svoltosi ad Assisi dal 7 all’11 settembre, Agnese Natali dell’Università di Pisa ha presentato uno studio sperimentale dedicato al comportamento sismico dei nodi trave-colonna in acciaio realizzati mediante piatti passanti. Il lavoro, sviluppato con Francesco Fabbri, Daniele Mattoccia e Francesco Morelli, nasce come naturale prosecuzione di precedenti attività di ricerca che avevano messo in luce alcune criticità di queste connessioni quando sottoposte ad azioni cicliche di tipo sismico.

In particolare, i risultati del progetto europeo LASTEICON avevano evidenziato modalità di collasso premature, spesso riconducibili a problemi esecutivi delle saldature a completa penetrazione tra piatti passanti e colonna tubolare. In diversi casi la mancata penetrazione del cordone, unita all’assenza di riempimento interno della colonna, aveva portato a rotture fragili e a veri e propri tranciamenti alla base del nodo. Da qui l’esigenza di riconsiderare il dettaglio costruttivo del collegamento e di valutarne l’effettivo miglioramento attraverso soluzioni progettuali più consapevoli e controllate.

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Programma sperimentale e configurazioni studiate

La nuova campagna di ricerca ha previsto un’estesa attività sperimentale su nodi in scala reale con colonna circolare, nei quali non è la trave a essere passante, ma lo sono i piatti di collegamento saldati al tubo. Dopo una fase preliminare di modellazione numerica, calibrata successivamente sui risultati di laboratorio, sono state analizzate tre configurazioni principali: la soluzione in solo acciaio, quella con colonna riempita di calcestruzzo e, infine, il nodo composto acciaio-calcestruzzo dotato anche di soletta collaborante.

I nodi sono stati volutamente progettati per pilotare la crisi nella zona della saldatura, con l’obiettivo di verificare se le tecnologie esecutive attuali e una corretta definizione degli spessori fossero sufficienti a garantire adeguati livelli di resistenza e duttilità. Le prove sono state condotte applicando carichi orizzontali ciclici mediante un sistema di spinta collegato a un muro di contrasto, con opportuni dispositivi di stabilizzazione per simulare in modo realistico le condizioni di esercizio.

Per la configurazione “bare steel” sono state eseguite prove sia con saldature a completa penetrazione sia con saldature a cordone d’angolo, queste ultime progettate per fornire la stessa resistenza delle prime. I risultati hanno mostrato comportamenti sostanzialmente equivalenti in termini di capacità resistente, consentendo di adottare la soluzione a cordone d’angolo, più semplice ed economica, per le successive sperimentazioni.

Risultati e implicazioni per la progettazione sismica

Le osservazioni sperimentali sui nodi in solo acciaio hanno confermato meccanismi di danneggiamento localizzati, con fenomeni di tearing nelle saldature e marcata ovalizzazione della colonna in corrispondenza dei piatti passanti. Sotto l’azione orizzontale ciclica, la colonna ha manifestato comportamenti assimilabili a fenomeni di punching e strappo, dovuti all’azione alternata di trazione e compressione esercitata dai piatti.

L’introduzione del riempimento in calcestruzzo all’interno della colonna ha prodotto un miglioramento significativo. Il calcestruzzo ha limitato le deformazioni locali del tubo, riducendo l’ovalizzazione e favorendo una più uniforme distribuzione degli sforzi nei piatti. Ne è derivato un incremento sia della rigidezza sia della resistenza globale del collegamento, come confermato dal buon accordo tra risultati sperimentali e modellazioni numeriche.

Il massimo beneficio si è tuttavia osservato nel nodo composto, in cui al calcestruzzo di riempimento si affianca la presenza di una soletta collaborante. In questa configurazione la risposta ciclica ha mostrato un ulteriore aumento di rigidezza e capacità portante. L’attenzione dei ricercatori si è però concentrata anche sul danneggiamento della soletta, che, pur adeguatamente armata, ha manifestato fessurazioni e schiacciamenti localizzati in corrispondenza del contatto con la colonna tubolare. Questo aspetto ha suggerito lo sviluppo di soluzioni evolute, come l’adozione di una sezione ridotta nella trave e il distacco della soletta nella zona nodale, al fine di preservare l’integrità degli elementi non dissipativi.

Nel complesso, i risultati presentati evidenziano come una progettazione accurata dei nodi trave-colonna con piatti passanti, supportata da sperimentazione e modellazione avanzata, possa garantire un comportamento sismico decisamente più affidabile rispetto alle soluzioni del passato. Lo studio conferma la validità di queste connessioni in acciaio e miste, aprendo la strada a ulteriori ottimizzazioni finalizzate non solo all’aumento della resistenza, ma soprattutto al controllo del danneggiamento e alla reale funzionalità delle strutture in zona sismica.

IN SINTESI
-lo studio nasce dalle criticità emerse in precedenti ricerche sui nodi con piatti passanti e dalla necessità di migliorarne il comportamento sismico
-sono presentate prove cicliche su nodi trave-colonna in scala reale con colonna circolare e piatti passanti
-il comportamento dei nodi in solo acciaio evidenzia deformazioni locali e crisi concentrate nella zona di collegamento
-il riempimento in calcestruzzo della colonna riduce l’ovalizzazione, migliora la distribuzione degli sforzi e aumenta rigidezza e resistenza
-la soluzione composta con soletta collaborante fornisce le migliori prestazioni globali, pur evidenziando nuovi aspetti di danneggiamento da controllare in fase progettuale 

DI SEGUITO LA REGISTRAZIONE DELL'INTERVENTO DI AGNESE NATALI.

Il testo è stato elaborato tramite la registrazione dell'intervento, con l'uso dell'IA.