Meccanismi duttili e fragili negli edifici esistenti in c.a.: come distinguerli nelle verifiche

In un edificio esistente in calcestruzzo armato non basta dire che una trave o un pilastro è “duttile” o “fragile”: va identificato il singolo meccanismo resistente. La stessa trave può sviluppare una risposta flessionale duttile e, contemporaneamente, essere esposta a una crisi fragile per taglio o perdita di ancoraggio.

La distinzione è centrale nelle verifiche sismiche perché cambia il modo in cui si definiscono capacità, proprietà dei materiali e domanda. Il quadro generale resta quello degli interventi sugli edifici esistenti secondo NTC 2018; qui il problema viene ristretto al comportamento del c.a. esistente.

Cosa stabiliscono le NTC 2018

Il §8.7.2 delle NTC 2018 riguarda le costruzioni esistenti in c.a. o acciaio soggette ad azioni sismiche. La norma distingue elementi e meccanismi resistenti in duttili e fragili e richiede metodi di analisi che consentano, per quanto possibile, di valutare sia resistenza sia duttilità disponibili. NTC 2018.

La regola di base è diversa:

• i meccanismi duttili si verificano confrontando domanda e capacità in termini di deformazione oppure di resistenza, secondo il metodo utilizzato;
• i meccanismi fragili si verificano confrontando domanda e capacità in termini di resistenza.

La Circolare 7/2019 sviluppa questa distinzione per il c.a. nei §§C8.7.2.2 e C8.7.2.3. Circolare 7/2019.

Si classifica il meccanismo, non l’elemento

Una membratura possiede più possibili modalità di crisi. Una sintesi utile è questa:

Elemento / zona	Meccanismo	Trattamento concettuale
Trave	flessione	potenzialmente duttile, se dettagli e capacità deformativa lo consentono
Trave	taglio	fragile
Pilastro	pressoflessione	potenzialmente duttile, con le necessarie verifiche
Pilastro	taglio	fragile
Nodo trave-pilastro	crisi del pannello nodale / ancoraggi	fragile
Dettagli locali	perdita di ancoraggio o crisi non dissipativa	fragile

“Potenzialmente” è la parola importante. Una verifica a flessione non garantisce da sola duttilità: armature longitudinali e trasversali, ancoraggi, sovrapposizioni, confinamento, dettagli costruttivi e degrado devono essere compatibili con il meccanismo che il modello presume di mobilitare.

Perché il taglio deve restare fuori dalla catena dissipativa

Una crisi flessionale duttile può sviluppare rotazioni significative prima della perdita di capacità. Una crisi a taglio può invece manifestarsi con deformazioni limitate e perdita di resistenza rapida.

Per questo non basta confrontare il taglio ottenuto dall’analisi con una resistenza calcolata isolatamente. Occorre anche capire quale domanda può raggiungere il meccanismo fragile quando i meccanismi duttili sviluppano la loro capacità effettiva.

È la stessa logica che emerge nel rinforzo delle travi esistenti in c.a.: aumentare la capacità flessionale senza ricontrollare il taglio può spostare il collasso verso un meccanismo meno favorevole.

Il fattore di confidenza agisce in due direzioni

Il fattore di confidenza rappresenta l’incertezza residua associata al livello di conoscenza raggiunto, ma nelle verifiche duttile/fragile non agisce sempre nello stesso verso.

Per definire le proprietà da usare nelle formule di capacità, la Circolare indica che le resistenze medie dei materiali esistenti, ottenute dalle prove in sito e dalle informazioni aggiuntive, vengono divise per $FC$. Per i meccanismi fragili intervengono, nei casi previsti, anche i coefficienti parziali dei materiali. §C8.7.2.2.

Quando invece si determina la sollecitazione trasmessa da un meccanismo duttile a uno fragile, le resistenze medie del duttile vengono moltiplicate per $FC$.

La logica è cautelativa: se il meccanismo duttile è realmente più resistente della stima nominale, può trasferire una domanda maggiore a taglio, nodi o altri componenti fragili.

Capacità duttile e fragile: attenzione agli input del software

Se $f_m$ è una resistenza media del materiale esistente, la proprietà ridotta dal solo fattore di confidenza assume la forma:

$$f_{m,FC}=\frac{f_m}{FC}$$

Per una resistenza fragile, quando il formato di verifica richiede anche il coefficiente parziale $\gamma_M$:

$$f_d=\frac{f_m}{FC\,\gamma_M}$$

Queste espressioni non autorizzano a creare un unico “materiale esistente ridotto” da usare ovunque. Bisogna sapere se il software applica internamente $FC$, $\gamma_M$, entrambi o nessuno e quale proprietà usa per costruire la domanda sui fragili.

Il problema è collegato ai livelli di conoscenza LC1, LC2 e LC3: la campagna di indagini definisce la qualità delle informazioni con cui si costruiscono capacità e gerarchie resistenti.

Travi: flessione e taglio vanno lette insieme

Supponiamo che l’analisi preveda una cerniera flessionale all’estremità di una trave. Non è sufficiente verificare la flessione e poi controllare il taglio usando automaticamente il solo $V_{Ed}$ dell’analisi.

Va verificato che il meccanismo fragile resti compatibile con la domanda associata alla capacità del meccanismo flessionale, secondo il metodo di analisi e le regole applicabili. Se un rinforzo aumenta il momento resistente, la domanda potenzialmente trasferita al taglio e ai nodi può crescere.

Un intervento più resistente non è automaticamente un intervento migliore se peggiora la gerarchia dei meccanismi.

Pilastri: la fragilità può governare localmente

Nei pilastri esistenti pressoflessione e taglio si inseriscono spesso in un quadro costruttivo lontano dai dettagli moderni: staffe rade, sovrapposizioni sfavorevoli e confinamento limitato.

La guida sul rinforzo dei pilastri in c.a. mostra perché la diagnosi deve precedere la tecnica di intervento. Dal punto di vista duttile/fragile, ogni incremento della capacità deformativa o resistente va accompagnato dal controllo dei meccanismi locali che ricevono la nuova domanda.

Nodi trave-pilastro: ciò che il modello globale può non mostrare

Un modello a elementi monodimensionali può restituire travi e pilastri verificati senza rappresentare esplicitamente il pannello nodale. Questo non rende sicuro il nodo.

Negli edifici esistenti il nodo trave-pilastro può diventare il punto fragile della catena resistente per carenza del pannello nodale o degli ancoraggi. Geometria, armature e dettagli devono quindi essere realmente conosciuti e verificati.

Metodo operativo per la relazione di calcolo

Una relazione leggibile dovrebbe rendere esplicita la catena logica:

1. elencare i meccanismi rilevanti per travi, pilastri, nodi e altri componenti primari;
2. classificare ciascun meccanismo come duttile o fragile con il riferimento applicabile;
3. dichiarare il metodo di analisi e la grandezza con cui viene espressa la capacità duttile;
4. documentare le proprietà dei materiali, $FC$ e i coefficienti parziali utilizzati;
5. esplicitare la domanda sui fragili, chiarendo se deriva dall’analisi o dalla capacità dei duttili che la trasferiscono;
6. controllare i dettagli costruttivi che possono impedire la duttilità ipotizzata;
7. ripetere la lettura dopo l’intervento, perché il rinforzo può cambiare la gerarchia dei meccanismi.

Questa sequenza è utile anche nel confronto pushover pre e post intervento: un indicatore globale migliore non basta se il rinforzo anticipa una crisi fragile locale.

Il §8.7.2 è un quadro sismico

Un errore possibile è trasferire automaticamente la distinzione operativa usata nelle verifiche sismiche a una normale verifica statica SLU di un elemento esistente.

Il §8.7.2 delle NTC è formulato per costruzioni esistenti in c.a. o acciaio soggette ad azioni sismiche. Un parere della Commissione Strutture dell’Ordine degli Ingegneri di Milano richiama questo limite e osserva che, per verifiche statiche SLU, non va automaticamente applicata la differenziazione dei coefficienti parziali propria del formato sismico duttile/fragile. Quesito 49.

È un chiarimento tecnico secondario, non una fonte normativa: il riferimento cogente resta il testo delle NTC e la verifica deve essere impostata sullo stato limite e sulla combinazione di azioni effettivamente considerati.

La domanda finale da porsi

La verifica corretta non è soltanto “tutti gli elementi risultano verificati?”, ma:

la struttura può sviluppare i meccanismi duttili che il modello presume senza essere interrotta prima da un meccanismo fragile?

Questa domanda collega analisi globale, dettagli locali, conoscenza dell’esistente e progetto del rinforzo. È il passaggio che impedisce di ridurre la distinzione duttile/fragile a una semplice opzione del software.