NODI

1. 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

2. 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.

3. 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).

4. 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

5. 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.

6. 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.

7. 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

8. 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).

9. 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.

10. Effetti del carico ciclico Il meccanismo resistente del nodo dipende quindi dalle tensioni di aderenza lungo il perimetro capaci di instaurare un meccanismo a traliccioe 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

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. 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

17. Il taglio orizzontale nel nodo vale (equilibrio alla traslazione orizzontale): Nell’ottica del capacity design:

18. 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: 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.

19. 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: in cui si tiene conto anche della forza assiale nd 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.