Il confinamento del calcestruzzo

Il confinamento del calcestruzzo trova larga applicazione nelle NTC 2018 in relazione alla duttilità. Prima di introdurre il comportamento del calcestruzzo in presenza di uno stato tensionale pluriassiale, si deve ricordare che sotto l’azio­ne di una tensione monoassiale, oltre alla deformazione nella dire­zione della tensione applicata, nasce una deformazione trasversale.

Nel caso di compressione monoassiale questa deformazione trasver­sale mostra un andamento non lineare analogo a quello della defor­mazione longitudinale.

Nel caso di tensione triassiale è importante sottolineare che la compressione laterale determina un sostanziale miglioramento del comportamento nella direzione longitudinale di applicazione del carico sia in termini di resistenza sia di capacità deformativa ultima. Infatti l’incremento della resistenza e della duttilità delle curve tensione-deformazione in una direzione, quando si applica anche una compressione trasversale al provino, consente l’aumento della tensione trasversale applicata.

L’effetto delle staffe

L’osservazione della dilatazione trasversale in un elemento compres­so e dell’effetto benefico della tensione trasversale consentono di comprendere il ben noto effetto delle staffe in acciaio negli elementi in calcestruzzo armato (c.a.). Negli elementi in calcestruzzo armato, infatti, mentre l’acciaio è estre­mamente duttile come si è visto, il calcestruzzo, per avere una buona duttilità in compressione, necessita di livelli elevati di confinamento.

Fig. 1: Livelli di confinamento

La linea continua rappresenta il calcestruzzo confinato mentre la linea tratteggiata il calcestruzzo non confinato; si evidenzia come quasi a parità di deformazione (Ԑ – asse delle ascisse) il calcestruzzo confinato è in grado di mantenere tensioni più elevate (σ – asse delle ordinate). Tale confinamento viene garantito proprio dalla presenza dell’armatura trasversale all’interno dell’elemento in calcestruzzo armato.

Il confinamento passivo

Nella realtà, invece, per bassi livelli di deformazione nel calcestruz­zo, lo stato tensionale nell’armatura trasversale è molto basso, quindi il calcestruzzo è sostanzialmente non confinato. Solo quando le tensioni nel calcestruzzo si avvicinano alla resistenza di compressio­ne uniassiale, le deformazioni trasversali, che crescono notevolmente a causa della progressiva fessurazione interna, sono tali da provocare una reazione di confinamento significativa dell’armatura trasversa­le. Quindi l’armatura trasversale fornisce un confinamento passivo che aumenta al crescere della dilatazione trasversale del calcestruzzo compresso.

L’efficacia di tale azione dipende dal diametro delle staffe, dalla loro disposizione longitudinale a cui le staffe sono collegate e dall’effica­cia dei collegamenti tra i ferri longitudinali, come in figura, dove si evidenzia la presenza di zone di calcestruzzo non confinato:

Fig. 2: Particolare di zone di calcestruzzo non confinato

Si noti che l’effetto confinante si esprime maggiormente negli spigoli delle staffe e in corrispondenza dei tiranti trasversali, infatti la figura mostra come il volume di calcestruzzo effettivamente confinato sia minore di quello complessivo. Questo si ottiene inserendo staffe di contenimento nelle zone critiche, dove vogliamo sfruttare al massi­mo le caratteristiche di duttilità del materiale, con la realizzazione delle cerniere plastiche in determinati punti della struttura.

Per staffa di contenimento si intende una staffa rettangolare, circo­lare o a spirale, di diametro minimo 6 mm, con ganci a 135° prolun­gati per almeno 10 diametri alle due estremità. I ganci devono essere assicurati alle barre longitudinali. Oltre alle armature trasversali in forma di staffe e legature int erne, il confinamento può essere garan­tito anche da rinforzi in FRP che si oppongono all’espansione del nucleo di calcestruzzo o tramite ferri a spirale.