Tamponamenti e NTC 2018: interazione col telaio e verifica sismica

Il tamponamento delle strutture a telaio è un argomento importante e costantemente sotto i riflettori. Analizzare e progettare una struttura a telaio senza verificare e concepire gli elementi di tamponamento può inficiare le ipotesi di calcolo e di realizzazione.

Per ovviare alle problematiche comuni, è possibile considerare il tamponamento come elemento non-strutturale, semplificando, pertanto, le operazioni di verifica e collaudo.

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Tamponamento come elemento non strutturale: cosa prevede il paragrafo 7.2.3 delle NTC2018

Sono passati, ormai, quasi un decennio dall’emanazione del D.M. 17/01/2018 aggiornamento delle Norme tecniche per le costruzioni (NTC2018), eppure l’applicazione, la verifica e il controllo di alcuni elementi edilizi sembra essere ancora difficoltoso e macchinoso.

La definizione di edificio secondo il D.Lgs. 192/2005

Un elemento edilizio che spesso richiede approfondimenti sono i tamponamenti nelle strutture intelaiate. In effetti, la loro presenza non può essere contestata, in quanto, come ben evidenziato dal D.Lgs. 192/2005 (art. 2 comma 1 lettera a) un edificio “è un sistema costituito dalle strutture edilizie esterne che delimitano uno spazio di volume definito”.

Quindi, se non siamo all’interno della categoria delle tettoie, un edificio presenta sempre delle delimitazioni al suo volume (struttura e tamponamento).

Ciò che provoca dubbi è per lo più l’interazione di questi elementi con l’impianto strutturale scelto, questo perché, nella maggior parte dei casi, si effettuano analisi complesse e minuziose della struttura a telaio non considerando la possibile influenza degli elementi di tamponamento.

Ma, visto le innumerevoli incertezze che sono insite all’interno del processo di progettazione è necessario semplificare le modalità di analisi e verifica dei tamponamenti.

Fortunatamente, ci sono alcuni accorgimenti che permettono di ridurre le implicazioni nel calcolo, nonché, arrivare ad una definizione del progetto senza incorrere in altre incertezze.

Tamponamento e telaio: interazione strutturale e materiali

Come già evidenziato nella premessa, l’elemento di tamponamento non è un’aggiunta all’edificio, ma ne fa parte come il solaio, la copertura ecc.

L’aspetto che aiuta il progettista nella definizione della struttura nel suo genere è – senza dubbio – la conoscenza del materiale con cui è eseguito il tamponamento. Infatti, in base all’approccio progettuale scelto, potremmo incorrere in diversi ipotesi di calcolo che comportano l’analisi di una struttura come telaio nudo o una struttura definibile come mista.

Ovviamente, il comportamento e la risposta strutturale varia notevolmente a seconda della scelta. A tal punto, quindi, è necessario capire le diverse interazioni tra struttura e tamponamento.

Comportamento nel piano: le tre modalità di rottura del tamponamento in laterizio

Quando la tipologia di tamponamento non è definita in sede di progettazione, oppure non sono presenti adeguate informazioni tali da chiarire il comportamento del tamponamento, si potrebbe incorrere ad una interazione telaio-tamponamento non colta/voluta in sede di analisi.

È bene, comunque, chiarire fin da subito che il professionista potrebbe considerare il contributo del tamponamento all’interno del progetto, quindi, ricondursi ad una costruzione del tipo mista impiegata, particolarmente, nell’analisi di edifici esistenti.

Nella costruzione di nuovi edifici, comunque, le NTC2018 e la relativa Circolare lasciano piena libertà al progettista.

Il paragrafo 7.4.1 delle NTC2018, ad esempio, sottolinea che le tamponature di muratura “appositamente progettate come collaboranti” e che “costituiscono parte del sistema strutturale resistente” devono essere progettate e realizzate in “accordo con documenti di comprovata validità.”

Nello specifico il paragrafo 8.7.3, della stessa norma, prescrive che in caso di costruzioni miste è necessario “prevedere modellazioni che tengano in considerazione le particolarità strutturali identificate e l’interazione tra elementi strutturali diversi per materiale e rigidezza […]”.

La Circolare al paragrafo corrispondente (C.8.7.3) approfondisce la questione aggiungendo che “l’analisi statica non lineare può essere eseguita se è disponibile un modello in grado di simulare, per gli elementi strutturali realizzati con i diversi materiali utilizzati, il loro comportamento non lineare […].”

È evidente che la possibilità di inserire il tamponamento come collaborante sia piuttosto fattibile da un punto di vista meramente teorico. Più difficile è la progettazione e l’analisi di tale sistema. Di fatto, come ben risaputo le modalità di rottura di un tamponamento inserito all’interno di un campo di telaio non sono di facile valutazione, in quanto, non esiste una rottura precisa.

Come dimostra la Figura 1, le macro-modalità di rottura possono essere ricomprese in tre tipologie:

• rottura diagonale,
• rottura per scorrimento
• e rottura per compressione.

Prove sperimentali hanno evidenziato, però, che si potrebbero presentare delle rotture combinate spesso non prese in considerazione durante la progettazione e le analisi strutturali.

Anche l’Eurocodice 8 (UNI EN 1998-1:2013) al paragrafo (3)P ribadisce che “si deve tenere conto delle elevate incertezze relative al comportamento dei tamponamenti” e in particolare la variabilità delle loro proprietà meccaniche, la possibile modifica durante l’utilizzo dell’edificio e l’interazione con il telaio circostante. Se le prime due incertezze possono essere affrontate in ambito tecnico con prove di laboratorio e con documenti certi, l’ultima incertezza riconduce alle problematiche già evidenziate.

È pertanto difficile perseguire un’analisi che ammetta un’interazione tra struttura a telaio e tamponamento.

Comportamento fuori piano: il tamponamento come elemento non strutturale (NTC2018 § 7.2.3)

Se da una parte esiste una complicazione evidente ed insita nel combinare il tamponamento con il telaio, dall’altra esiste la possibilità di semplificare in modo drastico il problema di interazione tra tamponamento e telaio.

Questa semplificazione deriva direttamente dalla lettura del paragrafo 7.2.3 delle NTC2018: “per elementi costruttivi non strutturali s’intendono quelli […] che, pur non influenzando la risposta strutturale, sono ugualmente significativi ai fini della sicurezza e/o dell’incolumità delle persone."

Queste poche righe chiariscono, al progettista, che alcuni elementi “speciali” – per l’appunto gli elementi non-strutturali – pur assolvendo a requisiti per la sicurezza non hanno un diretto coinvolgimento sul processo di verifica, in quanto, non collaboranti ai fini dell’impianto strutturale.

Tale aspetto permette di semplificare notevolmente le analisi, dato che permettono:

• una semplificazione delle analisi;
• una risposta sismica solo in termini di massa;
• la possibilità di effettuare varianti in corso d’opera senza rimodellare la struttura;
• libertà di scelta in relazione agli spessori da impiegare.

Questa scelta deve essere corredata, però, di un semplice procedimento proposto sempre al paragrafo 7.2.3. delle NTC2018: «Quando l’elemento non strutturale è costruito in cantiere, è compito del progettista della struttura individuare la domanda e progettarne la capacità in accordo a formulazioni di comprovata validità ed è compito del direttore dei lavori verificarne la corretta esecuzione.»

Tale requisito non risulta particolarmente oneroso poiché la domanda e la capacità dell’elemento non-strutturale è di competenza, quasi sempre, del progettista.

Sulla modalità di verifica degli elementi non-strutturali sono già stati proposti dei metodi di verifica. A tal proposito si ricorda le modalità di verifica contemplate nelle NTC2018 e nella relativa Circolare (CASAGRANDE, 2019), nonché, applicativi in grado di effettuare le verifiche di tamponamenti in laterizio in zona sismica (CASAGRANDE, 2020) (CASAGRANDE, 2024).

Come si verifica la domanda sismica sul tamponamento: la relazione Fa = Sa·Wa/qa

La relazione 7.2.1 delle NTC2018 e la stima dell'accelerazione massima S_a (C7.2.11 Circolare)

La verifica degli elementi non-strutturali in accordo alle NTC2018 e alla bibliografia riportata poc’anzi, deve essere condotta stimando, preliminarmente, la domanda sismica in base alla ben nota relazione 7.2.1 delle NTC2018:

F_a = (S_a ∙ W_a)/q_a 

dove

• F_a indica la forza sismica orizzontale agente al centro di massa dell’elemento in questione,
• S_a rappresenta l’accelerazione massima definita secondo il paragrafo 3.2.1,
• W_a è il peso dell’elemento
• e q_a è il fattore di comportamento.

È bene ricordare che le procedure proposte nella Circolare devono essere precedute da una corretta valutazione dell’input sismico (ADAM E FURTMÜLLER, 2008) e dall’interazione dinamica tra elemento non-strutturale e la struttura (SURESH ET AL, 2013).

Soffermandoci sulle relazioni semplificate proposte nella Circolare e relative ad un edificio a telaio, abbiamo che l’accelerazione massima (S_a) può essere stimata in funzione del periodo fondamentale di vibrazione della struttura secondo la seguente formulazione (relazione C7.2.11 Circolare):

• α è l’accelerazione massima al netto dell’accelerazione di gravità (ag/g);
• S coefficiente che tiene conto delle condizioni topografiche e della categoria di sottosuolo (relazione 3.2.3 NTC 2018);
• T_a periodo fondamentale di vibrazione dell’elemento non strutturale;
• T₁ periodo fondamentale di vibrazione della struttura;
• z quota del baricentro dell’elemento non strutturale misurata dal piano di fondazione;
• H altezza della costruzione misurata dal piano della fondazione;
• a, b, ap parametri definiti nella figura C7.2.4 e nella tabella C7.2II (Figura 3).

Dal grafico di Sa alla relazione semplificata: un esempio numerico applicativo

Parametrizzando la relazione proposta in precedenza sostituendo opportunamente il rapporto T_a/T₁
con il parametro δ, è possibile tracciare l’andamento di S_a per vari valori proprio di δ (Figura 4).

Il grafico proposto qui sopra permette di cogliere alcune osservazioni. Infatti, il valore di S_a aumenta con la diminuzione del periodo proprio di vibrazione della struttura. Questo comporta che strutture più rigide aumentino le sollecitazioni sugli elementi non-strutturali.

Da un certo punto di vista, i grafici proposti in Figura 4 possono essere equiparati a particolari spettri detti spettri di piano. A tal punto, quindi, è possibile procedere ad una semplificazione.

Consideriamo, a questo punto, il valore massimo dello spettro applicando la formulazione centrale della C7.2.11 (Circolare), sostituendo ap con il valore massimo (Figura 3) e inserendo come rapporto z/H l’unità si ottiene la seguente relazione semplificativa:

𝑆_𝑎 = 𝛼 ∙ 𝑆 ∙ (1 + z/𝐻) ∙ 𝑎_𝑝 = 𝛼 ∙ 𝑆 ∙ (1 + 1) ∙ 5 = 𝛼 ∙ 𝑆 ∙ (2) ∙ 5 = 𝛼 ∙ 𝑆 ∙ 10

Prendendo in considerazione un terreno di categoria C e una classe topografica T₁ si ottiene la nuova relazione:

𝑆_𝑎 ≅ 𝛼 ∙ 15

A titolo di esempio, se ipotizziamo un valore di a_g/g=0,15 e un fattore di struttura q_a=2 (Tabella C7.2.I Circolare) è possibile osservare che la forza sismica sulla parete di tamponamento è stimabile in circa:

𝐹_𝑎 ≅ 𝑊

La forza così ottenuta dovrà essere contrastata con l’imposizione di idonei vincoli atti, ad esempio, all’attivazione del classico modello ad arco.

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FAQ Tecniche: Verifica tamponamenti in zona sismica: NTC2018, Circolare ed Eurocodice 8"

È fondamentale analizzare e “progettare” il tamponamento?

Progettare e verificare il tamponamento è di fondamentale importanza, in quanto, oltre ad essere una prescrizione normativa, permette di confermare le ipotesi assunte per l’analisi del telaio. Ipotizzare di analizzare un telaio nudo senza scegliere un tamponamento corretto con determinati dettagli costruttivi porterebbe ad inficiare il modello di calcolo.

La verifica dei tamponamenti deve essere eseguita per tutte le tecnologie sul mercato?

Tutti i tamponamenti, di qualsiasi materiale e di qualsiasi tecnologia devono essere sottoposti a verifica, in quanto, rientranti nella categoria elementi non-strutturali. Di fatto, la Tabella C7.2.I della Circolare riporta la dicitura “Pareti interne ed esterne” inglobando, quindi, qualsiasi materiale e qualsiasi tecnologia.

È possibile considerare un tamponamento collaborante?

Certamente. Sia le NTC2018 sia la Circolare e anche l’Eurocodice 8 permettono di considerare il contributo del tamponamento sulla risposta sismica della struttura. Il problema vero e proprio è la progettazione che dovrà essere effettuata in “accordo con documenti di comprovata validità” difficili da reperire e calibrare.

Considerare un tamponamento come elemento non-strutturale semplifica le analisi?

Considerare un tamponamento come elemento non-strutturale non solo semplifica le analisi, ma permette di ottenere una risposta sismica solo in termini di massa nonché avere una maggiore libertà in caso di varianti.

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Riferimenti

Adam C., Furtmüller T., Seismic response characteristics of nonstructural elements attached to inelastic buildings, Eurodyn 2008, Southampton.

Casagrande E., Come fare le verifiche degli elementi non strutturali: alcuni chiarimenti dalla Circolare NTC 2018, Ingenio, luglio 2019

Casagrande E., Muratura in zona sismica – Il calcolo – parte 2, Formazione Stabila, 2020

Casagrande E., Webinar Analisi parametrica ed esecutiva dell’involucro, Infoweb Stabila, 2024

Suresh L.D., Sumant B.P., Snehal V.M., Seismic response of non-structural elements, International Journal of Innovations in Engineering and Technology, Vol. 2, Issue 2, April 2013.