Il termine nodo si riferisce a
zone in cui concorrono più
elementi strutturali.
Fino a non molti anni fa, si
pensava che i nodi si
trovassero comunque in
condizioni favorevoli rispetto
agli altri elementi, ovvero in
grado di esibire un miglior
comportamento in fase di
sisma.
Questa assunzione è stata però
smentita dai fatti ed il
comportamento dei nodi per
azioni cicliche è tuttora
oggetto di studio.
NODI
Il comportamento di un nodo è caratterizzato da una complessa
interazione dei meccanismi di taglio, aderenza e confinamento, che si
sviluppano in una zona piuttosto limitata.
L’andamento dei momenti provocato dalle forze laterali comporta che
momenti della medesima grandezza ma segno opposto si sviluppano
sulle facce opposte del nodo.
Di conseguenza, la regione del nodo è soggetta a forze di taglio, sia
orizzontali che verticali, di grandezza molto maggiore che non nelle
travi e nei pilastri (lc/db volte quello nei pilastri, lb/dc volte quello nelle
travi).
Principi della progettazione
La resistenza del nodo deve essere non inferiore a quella dell'elemento
più debole che vi converge
• il meccanismo di crisi del nodo è caratterizzato da rapido degrado
ciclico
• difficoltà di riparazione
La capacità portante del pilastro non deve essere compromessa dalla
crisi del nodo
Il nodo deve rimanere in campo elastico per il sisma corrispondente allo
stato limite di esercizio, per evitare riparazioni
L'armatura del nodo non deve essere eccessiva, tale da dar luogo a
problemi costruttivi
Si possono individuare tre diverse modalità di crisi del nodo:
• espulsione del copriferro, a cui consegue una notevole
riduzione della capacità portante del pilastro;
• perdita di ancoraggio delle barre longitudinali delle travi, con
conseguente degrado della resistenza, notevoli rotazioni
all'interfaccia trave-pilastro, ovvero drastica riduzione di
rigidezza;
• rottura del nucleo del nodo dovuta alla trazione diagonale
generata dal taglio.
Per evitare che le modalità di crisi sopra descritte si manifestino
prematuramente rispetto alla crisi per superamento della capacità
rotazionale delle travi che convergono nel nodo (a), che è il
meccanismo di collasso preferibile, occorre verificare:
• la resistenza al taglio del nucleo del nodo, sia in direzione
orizzontale che verticale;
• l'ancoraggio delle barre longitudinali, sia delle travi che dei
pilastri, passanti o ancorate nel nodo.
Meccanismi resistenti nel nodo trave-pilastro
Considerando l’equilibrio del nodo, si
vede che questo è soggetto a due tipi
di azioni:
• compressione del cls in due angoli
opposti, generata dalla flessione
• tensioni tangenziali lungo il
perimetro dovute al taglio e
trasmesse per aderenza dalle
armature delle travi e dei pilastri
Il meccanismo resistente è formato da una diagonale compressa di
calcestruzzo, delimitata all’incirca dagli assi neutri delle sezioni
terminali degli elementi concorrenti (d), e da un meccanismo a traliccio
formato dalle staffe orizzontali e dalle barre verticali delle colonne (f)
ed elementi inclinati di cls compresso fra le fessure da taglio (e).
Il principale elemento del meccanismo resistente è la diagonale
compressa che porta la maggior parte del taglio.
Quanto maggiore è lo sforzo di compressione nei pilastri, tanto maggiore
è la larghezza della diagonale compressa.
Il resto è trasmesso per aderenza dalle barre lungo le facce del nucleo di
calcestruzzo. Queste tensioni di aderenza possono produrre delle fessure
che si sviluppano lungo il puntone diagonale e parallelamente ad esso.
In queste condizioni può attivarsi un
meccanismo a traliccio, composto
dalle staffe orizzontali, dalle armature
intermedie dei pilastri (non quelle
d'angolo che già trasmettono il taglio,
ma quelle intermedie che
generalmente sono compresse) e dalle
diagonali di calcestruzzo fra le lesioni.
Effetti del carico ciclico
Il meccanismo resistente del nodo dipende quindi dalle tensioni di
aderenza lungo il perimetro capaci di instaurare un meccanismo a
traliccio e da una diagonale compressa. Entrambi questi meccanismi
sono piuttosto fragili, perciò i nodi mostrano una ridotta capacità
dissipativa e una rapida riduzione di resistenza.
Il contributo della diagonale compressa è significativo nel primo ciclo
in fase inelastica, ma degrada nei cicli successivi.
Infatti, cicli ad alti livelli di
deformazione, causano
allungamenti permanenti nelle
armature delle travi, che
determinano la formazione di
fessure a tutta altezza
all’interfaccia trave-nodo
In queste condizioni, la compressione può essere trasferita solo
dalle barre longitudinali compresse delle travi per aderenza.
Poiché, nelle sollecitazioni cicliche, l’aderenza degrada
rapidamente, si ha una drastica riduzione del contributo della
diagonale compressa al trasferimento del taglio e pertanto un
aumento del contributo affidato al meccanismo a traliccio.
Questo avviene in maggior misura nei pilastri poco caricati
assialmente, perché la compressione rallenta il degrado del
meccanismo di aderenza.
Quanto sopra mostra che nei nodi occorre adottare
speciali accorgimenti per ritardare il degrado
dell’aderenza.
La presenza di sforzo assiale nei pilastri e di barre
intermedie (che si presuppone rimangano in campo
elastico) contribuiscono a migliorare il
confinamento e quindi il comportamento del nodo.
Le barre intermedie dei pilastri, che intercettano le
fessure diagonali che si creano nel nodo,
migliorano inoltre la trasmissione del taglio per
attrito lungo le superficie delle fessure.
Effetti delle travi trasversali e delle solette
E' dimostrato da evidenze sperimentali che la presenza di travi
concorrenti nel nodo in direzione trasversale aumentano la resistenza del
nodo (se la sezione della trave trasversale è almeno il 70% dell'area del
nodo, l'aumento di resistenza a taglio è dell'ordine del 20%).
Questo è dovuto alla maggiore area del nodo che lavora a taglio (no
espulsione del copriferro) ed all'effetto di confinamento esercitato dalle
travi trasversali sul calcestruzzo del nucleo, una volta fessurato.
Questo si verifica anche per i nodi esterni.
Anche le solette delle travi contribuiscono favorevolmente al
comportamento del nodo.
Questi contributi non vengono in generale presi in considerazione, non
essendo del tutto affidabili, specialmente per quanto riguarda i nodi
esterni.
La crisi di un nodo trave-pilastro consegue all'incapacità di uno
dei sub-meccanismi d), e), f), di sostenere il carico che gli
compete.
Progettazione dei nodi trave-pilastro
Si distinguono due tipi di nodi:
- nodi interamente confinati, così definiti quando in ognuna delle quattro facce
verticali si innesta una trave.
Il confinamento si considera realizzato quando, su ogni faccia del nodo, la
sezione della trave copre per almeno i 3/4 la larghezza del pilastro e, su
entrambe le coppie di facce opposte del nodo, le sezioni delle travi si
ricoprono per almeno i 3/4 dell’altezza;
- nodi non interamente confinati: tutti i nodi non appartenenti alla categoria
precedente.
Sollecitazioni di calcolo
Il taglio agente in direzione orizzontale nel nodo, secondo i criteri di gerarchia
delle resistenze, si ricava considerando l'equilibrio del nodo nella situazione in
cui le armature longitudinali delle travi abbiano raggiunto lo snervamento
Il taglio orizzontale nel nodo vale (equilibrio alla traslazione orizzontale):
Nell’ottica del capacity design:
Cb ,max  As1  f yd
Tb ,max  As 2  f yd
NTC 08:
In assenza di più accurate valutazioni, la forza di taglio agente nel nucleo di
calcestruzzo del nodo può essere calcolata, per ciascuna direzione dell’azione
sismica, come:
V jbd  g Rd  As1  As 2  f yd  VC
V jbd  g Rd  As1  f yd  VC
per nodi interni
per nodi esterni
in cui gRd = 1,20, As1 ed As2 sono rispettivamente l’area dell’armatura superiore
ed inferiore della trave e VC è la forza di taglio nel pilastro al di sopra del nodo,
derivante dall’analisi in condizioni sismiche.
Verifiche di resistenza
La valutazione della resistenza si avvale di formulazioni semi-empiriche
La verifica di resistenza del nodo deve essere effettuata per le sole strutture in
CD”A”.
Verifica a compressione del puntone diagonale di calcestruzzo:
la compressione diagonale indotta dal meccanismo a traliccio non deve
eccedere la resistenza a compressione del calcestruzzo. In assenza di modelli
più accurati, il requisito può ritenersi soddisfatto se:
V jbd
d
  f cd  b j  h jc  1 

in cui si tiene conto anche della forza assiale d nel pilastro al di sopra del nodo
Si deve poi assicurare un adeguato confinamento del cls per mezzo di staffe, la
cui area complessiva può essere valutata mediante regole di derivazione
sperimentale.