Effetti dell’inclinazione nella staffatura a spirale continua


Torniamo a parlare di staffe per un approfondimento interessante; in passato ne abbiamo discusso sia a proposito di casi reali, quali gli edifici colpiti dal terremoto in Abruzzo (“Terremoto in Abruzzo: le staffe, queste sconosciute…“), che presentando un prodotto innovativo e di grande aiuto quale la staffatura continua (sia in “Consigli per gli acquisti: le staffe Thorax, qualità e risparmio con perfetta rispondenza al progetto“, sia con gli interventi degli ingg. Michele d’Elia, Massimo Montemarani e Simone Rupoli della Schnell, azienda produttrice della Spirex).

L’occasione per tornare a parlare di questo argomento arriva da una domanda posta da “Afazio”, lettore e contributor di questo sito, il quale chiede:

Cosa accade alla formula del calcolo della resistenza a taglio a causa della diversa inclinazione delle braccia contrapposte?
Un braccio sarà inclinato rispetto all’asse della trave di un angolo maggiore di 90° e l’altro di un angolo minore di 90, cioe da un lato ho il braccio delle staffe con inclinazione favorevole e dall’altro con inclinazione sfavorevole.

Bene, abbiamo girato la domanda direttamente all’ufficio tecnico della Thorax ricevendo un’immediata e dettagliata risposta; ecco il testo:

La questione posta riveste due aspetti, uno di carattere più prettamente fisico e attinente al comportamento reale, l’altro di calcolo convenzionale.

In particolare, per quanto riguarda la reale resistenza a taglio in condizioni ultime c’è da dire che, a parità di passo e diametro, un elemento armato con staffatura spiralica mostra sempre, anche se in misura variabile a seconda dei casi, un migliore comportamento rispetto ad uno armato  tradizionalmente, sia in termini di resistenza massima che di capacità deformativa. Ciò è connesso non all’inclinazione, in vero assai ridotta, delle spire, ma all’effetto benefico dell’armatura spiralica su tutti i meccanismi resistenti che si destano nell’elemento in fase fessurata. Questo effetto è reale e dimostrato sperimentalmente.
Dal punto di vista del calcolo della resistenza ultima con le formule di norma, si fa notare che, a parte il carattere approssimato e puramente convenzionale della formula della resistenza a taglio delle armature trasversali comunemente usata, i valori da essa restituiti sono  poco variabili con l’inclinazione delle spire nel campo degli angoli usuali, atteso il fatto che lo scostamento dalla verticale è assai ridotto. Nella figura che segue è mostrato l’andamento della differenza percentuale rispetto all’unità del fattore (sinb + cosb),  in funzione della inclinazione rispetto alla verticale:

si noti che se l’angolo è minore di 90° (braccio della staffa più vicino alla posizione ortogonale alla fessura da taglio), l’efficacia dell’armatura è maggiore rispetto alla staffa verticale e quindi si ha un incremento di resistenza, mentre se l’angolo è maggiore si ha un decremento.

Ora, nel caso dell’armatura spiralica, poiché il passo non viene coperto solo su di un lato ma su tutto lo sviluppo, i due bracci efficaci ai fini del taglio saranno inclinati in modo da essere uno un po’ più efficace, l’altro un po’ meno.

Per cui, ad esempio, in una trave alta 50 cm con staffe a passo 10 cm, l’inclinazione è contenuta in circa 4°. Questo dà uno scostamento rispetto al valore calcolato con 90° di circa il 6% in positivo su di una faccia e di circa il 7% in negativo su quella opposta. Con una differenza totale, quindi, dell’ordine del 1%. Ovviamente per passi inferiori, o per altezze superiori, la differenza si riduce ulteriormente, mentre nelle zone dove i passi sono maggiori il taglio è molto più basso è quindi il problema non si pone, restando il solo calcestruzzo sufficiente ai fini della resistenza.

Quindi, la variabilità della resistenza a taglio, così come definita dalla formula (il che non è la realtà, ndr.), è irrilevante sia ai fini dei calcoli di progetto, poiché non potrebbe dar luogo a quantitativi differenti di armatura, sia ai fini delle verifiche poiché il taglio ultimo calcolato è praticamente identico.

Gli unici casi più critici potrebbero essere quelli di elementi con sezione particolarmente bassa. C’è però da notare che in questo caso la distanza prefissata come passo è da giocarsi non nell’altezza della trave ma nelle larghezza, sicché i tratti di parete, che sono quelli efficaci ai fini del taglio, risultano praticamente verticali, ricadendo in quanto prima sottolineato.

L’osservazione è quindi giusta ma gli effetti dell’inclinazione sono trascurabili, a meno che quest’ultima non raggiunga valori elevati. Con inclinazione di 4° si ha uno scostamento di +6% da un lato e -7% dall’altro, rispetto al valore calcolato a 90°.

L’ufficio tecnico della Thorax ha poi voluto precisare altri aspetti; sempre da un lettore del sito è stato infatti osservato quanto segue:

Le spire vengono prodotte senza “passo” e quindi devono essere tirate con un certo sforzo per essere allungate nel cassero. […] è piuttosto difficile stirarle nella loro lunghezza di uso, ed è operazione decisamente scomoda. […] a causa della necessaria operazione di “stiramento” tutti i lati della spirale si inclinano. […]“.

Ed ecco la risposta della Thorax:

La spirale Thorax viene prodotta su tutti i diametri normalmente utilizzati per l’armatura trasversale, 8, 10 e 12 e con ogni classe di acciaio eventualmente richiesta dal progettista. Contiene nel singolo pacchetto proprio il “passo” previsto dal progettista.

Come è facilmente verificabile anche attraverso i filmati presenti sul nostro sito web, in cui sono visibili anche operai che aprono a mano i pacchetti, non c’è alcuna difficoltà di estensione. E’ un tipico equivoco in cui ricadono normalmente gli utenti che non hanno mai visto i nostri prodotti, di cui non c’è sempre un’immediata percezione per la fase applicativa. Per chi fosse stato presente ai nostri stand al SAIE 08, avrebbe apprezzato come i nostri ingegneri (e non operai) aprivano i pacchetti Thorax su un banco da lavoro, utilizzando due dita per mano e vestiti in giacca e cravatta! Lotte con il tondino e scomodità sono quindi assenti.
Tra l’altro, volendo farmacizzare, lo sforzo, del tutto banale, è comunque direttamente proporzionale al braccio della staffa ed al tipo di inviluppo interno della geometria. Diminuisce proprio caso dei grossi diametri, utilizzati prevalentemente per elementi di maggiori dimensioni geometriche e complessità interne alla sezione (in termini di giri interni di spirale), quindi ancora più morbidi da estendere. Proprio l’inerzia dell’elemento è quella che garantisce la fase di installazione. All’atto dell’apertura, la spirale si dispone in modo omogeneo, senza che l’operaio possa piegare a mano e forzare un giro di spirale, avendo quest’ultimo nel più piccolo dei casi un diametro di 8 mm.
Poggiato il pacchetto su un banco da lavoro, formato da un paio di assi di legno su cavalletti, legato su un punto il primo estremo della spirale, la spirale si allunga in modo banale e si fissa l’altro capo su un primo tondino longitudinale, che ne misura direttamente l’estensione stabilita in progetto. Eventualmente, risulta di seguito facile effettuare un passo variabile, apponendo giusto due di tacche di gesso (ai due punti di cambio passo), tirando in quel punto la staffa del cambi passo, ottenendo automaticamente che le spire si infittiscono dove richiesto e si diradano nell’altra parte. Dove invece il passo fosse costante le tacche non sono proprio utilizzate.
E infine altre due precisazioni sulla spirale:
La Spirale Antisismica Thorax può essere prodotta su qualsiasi geometria, sia interna che esterna. Ciò significa produrre in un unico pacchetto, fabbricato sulle direttive del progetto delle strutture, tutte le staffe e gli spilli interni del singolo elemento trave o pilastro.
Anche elementi ad L, T, C o Z, con più giri interni, più braccia o forme romboidali interne, vengono sempre prodotte in un unico pacchetto continuo. La grande forza del prodotto sta proprio nel comprendere in un’unica spirale anche le parti interne dell’armatura trasversale, senza alcun limite di standardizzazione di geometrie e dimensioni, dando ampia libertà al progettista di optare anche per quelle sezioni normalmente troppo complesse in fase esecutiva per le staffe tradizionali, nella consapevolezza che con la spirale Thorax al 100% vi sarà corrispondenza tra quanto riportato su carta e quello che effettivamente realizzano in cantiere.
Ogni pacchetto ha una singola produzione dedicata e garantita che aumenta la scelta del progettista normalmente costretto dalle note difficoltà e negligenze di installazione. Inoltre, i pacchetti Thorax iniziano e finiscono con un gancio già chiuso, come da norma. Di seguito uno schema di solo alcune delle più comuni sezioni richieste, ogni altra sezione può essere prodotta.

Bene, anzitutto si desidera ringraziare la Thorax per la risposta quasi immediata ricevuta, segno che c’è notevole attenzione ed assistenza per i professionisti che usano o si interessano al prodotto.

Ringraziamo anche “Afazio” per la questione posta, gli ingg. Michele d’Elia, Massimo Montemarani e Simone Rupoli della Schnell – che, lo ricordiamo, è la società che produce la Spirex – e tutti gli altri lettori che hanno stimolato la discussione sull’argomento.

Ing. Onorio Francesco Salvatore

ofs@hotmail.it

11 Responses to Effetti dell’inclinazione nella staffatura a spirale continua

  1. Afazio scrive:

    In termini pratici, considerato che la formula dettata dal DM08 per il calcolo delle restistenza a taglio di travi con armature appositamente predisposte basata sulla teoria dell’inclinazione variabile del puntone compresso altro non fa che moltiplicare brutalmente per la cotangente di teta la resistenza ottenibile col modello classico di Morsh (inclinazione fissa dei puntoni e pari a 45° ) e che nella maggior parte dei casi ho avuto modo di verificare personalmente che tale coefficiente si attesta a valori superiori a due, praticamente, dicevo, che moltiplicare per 2.50 o per 2.48 nulla cambia nella sostanza, tuttavia non si puo’ non evidenziare il fatto che la diversa inclinazione delle braccia della staffa spiralizzata presente sulle due facce opposte della stessa sezione indurrà un quadro di fessure a rottura sicuramente differenziate. Non riesco ancora a comprendere quali effetti cio possa produrre.

  2. Afazio scrive:

    Aggiungo, rivolgendomi ai tecnici dell’UT della Schnell , se e’ possibile vedere una qualche immagine di travi sottoposte a prova di rottura a taglio.

  3. laars scrive:

    se sono stati così disponibili quelli della thorax questo depone a loro favore. in genere i servizi di assistenza lasciano molto a desiderare.

  4. gilean scrive:

    Certo che quelli della Thorax sono incredibilmente precisi. Dubito che altre ditte avrebbero fornito dei ragguagli così precisi nei confronti del comportamento meccanico del loro prodotto e dei meccanismi che coinvolgono le staffature. Ancora una volta complimenti per l’articolo.

  5. Enrico scrive:

    molto interessante, l’articolo quanto il sito.

    è possibile avere più informazioni anche sul prodotto della shnell?

  6. simone scrive:

    per chi vule sapere di più della staffa continua Spirex, vedi http://www.schnell.it.

  7. ANDREA SCARPELLINI scrive:

    Innanzitutto non mi risulta che sia un brevetto esclusivo schnell le staffe a spirale ( la ditta Torax della Grecia le vendeva gia in fiera a Bologna nel 2005 ) . Poi bisogna dire tutta la verità , nemmeno questo tipo di staffa garantisce il passo esatto , infatti il passo lo decide sempre l’ operatore a seconda se allunga o meno l’ insieme della spirale , tutto questo mi sembra SFRUTTARE COMMERCIALMENTE UNA DISGRAZIA SOLO PER INTERESSI PERSONALI . Un parere ,da utilizzatore finale del prodotto ,è che attualmente in commercio ci sono solo due macchine che possano garantire il numero esatto di staffe e il passo preciso , una stessa della Schnell chiamata idea e una della ditta Mep di Udine chiamata Preform , macchine in grado di creare una struttura saldata in origine con passo e numero staffe pre impostate su computer . Inoltre tutti gli ingegnieri calcolatori che ho contattato alla domanda sulla staffa tipo spirex hanno espresso perplessita in quanto per ottenere la stessa tenuta della staffa classica devono sicuramente diminuire il passo utilizzando più materiale , ma cosa fino ad ora accertata è che nessun calcolo progettuale prevede l’ utilizzo della spirale ( tutti gli ingegnieri utilizzano la classica staffa chiusa ) , e NON E’ LEGALE sostituire passo e diametro staffa con medesima struttura a spirale . Spero che queste mie righe possano essere di aiuto a chiunque lavori in questo settore .

  8. Sono l’Ing. Montemarani della Schnell e mi sento in dovere di rispondere al Sig. Andrea Scalpellini per via delle affermazioni a dir poco, “poco edificanti” fatte nei ns. confronti.

    Confermo che la Spirex è un brevetto esclusivo Schnell dietro al quale ci lavoriamo da più di cinque anni ed anche noi al SAIE del 2005 avevamo esposto la Spirex ed una macchina per produrla che però era fatta in maniera differente dall’attuale. Abbiamo coperto Spirex con numerosi brevetti ed è brevettato sia il prodotto che la macchina che la produce. Alcuni di questi brevetti sono ancora allo stato di segretezza perché recenti.
    La spirale Torax (senza nulla togliere a questo prodotto e per il quale nutriamo solo rispetto) è solo apparentemente simile. Spirex si differisce infatti per alcuni aspetti fondamentali perché è una “staffa continua a bracci verticali e passo variabile”. Ciò significa che si tratta di una spira particolare in cui, come preferito dagli strutturisti per le travi, i bracci verticali sono effettivamente tali perché il passo viene ottenuto inclinando solo i tratti orizzontali ed inoltre la spirale viene prodotta con il passo che dovrà assumere in opera inclusi gli infittimenti. Spirex viene poi compressa dalla macchina che la produce (anch’essa brevettata) come una molla. Viene quindi trasportata in maniera molto ordinata e compatta e posta nella cassaforma. Solo dopo aver infilato nella Spirex l’armatura longitudinale vengono tagliati i legacci che la mantenevano compressa, in questo modo la Spirex si distende elasticamente sostanzialmente da sola (deve solo essere aiutata un minimo per vincere l’attrito che incontra con le barre) assumendo esattamente la disposizione da progetto infittimenti inclusi e con un risparmio di tempo elevatissimo.
    Quanto al fatto che Torax non garantisca il passo è una sua personale affermazione che a noi non interessa non essendo parte in causa.
    Quindi ribadisco il concetto che a differenza di una spirale tradizionale nel caso di Spirex, il passo non lo decide l’operatore sul cantiere durante l’assemblaggio, ma viene prestabilito dalla macchina opportunamente programmata nel centro di sagomatura.

    Porto anche a conoscenza del Sig. Scalpellini, che con la Spirex è venuto del tutto naturale trovare un sistema per armare con estrema facilità anche i nodi e questa è una cosa che manda in visibilio gli strutturisti che capiscono perfettamente di riuscire in questo modo a risolvere un annoso problema di difficile soluzione con altri sistemi per la oggettiva difficoltà di riuscire a lavorare in spazi molto angusti in cui c’è una concentrazione di armature notevolissima incluse estremità taglienti.

    Come dice il Prof. Iovino a conclusione del suo lavoro:
    “A tutti questi vantaggi misurabili se ne deve però aggiungere uno non sempre misurabile, ma che costituisce un importante motivo per consigliare l’utilizzo della staffa continua Spirex rispetto alle staffe tradizionali. Questo vantaggio aggiuntivo è rappresentato dalla certezza che il numero e la posizione delle staffe sia quella richiesta dal progetto. Questa certezza è sicuramente ottenuta con l’uso della staffa continua Spirex indipendentemente dalla diligenza delle maestranze e dal livello di controllo in cantiere, non sempre agevole, da parte del direttore dei lavori. Questa certezza comporta tranquillità per il progettista/direttore dei lavori, sicuri che tutte le staffe siano presenti e distanziate esattamente come da progetto.
    Indipendentemente da tutti gli atri notevoli vantaggi tecnologici, economici ed ambientali discussi in questo studio, si ritiene questo ultimo vantaggio della certezza, il più grande e decisivo fattore per consigliare l’adozione della staffa continua Spirex.”

    Le foto riportate a seguito anche dell’ultimo evento sismico dimostrano palesemente invece che le staffe se c’erano, erano mal posizionate o mal fissate ed i nodi non erano spesso affatto armati!!! Tutto ciò non potrà mai più verificarsi con Spirex !!!

    Quanto al metodo delle pregabbie che conosciamo perfettamente essendo stati noi per primi realizzarle con la macchina Idea, se pur validissimo, il prodotto è completamente differente. Il metodo della pregabbia inevitabilmente quando trasportata ha purtroppo un ingombro che la penalizza notevolmente e quindi può essere valida solo in un raggio di distanza molto ridotto rispetto al centro di sagomatura. Inoltre risolve solo il problema alle imprese che hanno deciso di usare armature preassemblate in stabilimento. Per tutti coloro che effettuano l’assemblaggio in cantiere o che non hanno un centro di sagomatura nelle vicinanze del cantiere, Spirex rappresenta invece una ottima soluzione. Da chi la ha già utilizzata, Spirex è stata definita una pregabbia “liofilizzata”.

    Certo non stento a credere che gli strutturisti ai quali lei ha descritto Spirex hanno sollevato delle perplessità se lei la ha descritta nell’unico errato modo che ha dimostrato di conoscere !

    Spirex contrariamente a quanto da lei affermato può invece essere usata in sostituzione delle staffe, come peraltro già previsto dalla NNTC 2008 al punto 7.6.4.2.1. “Armature trasversali … per staffe di contenimento si intende una staffa rettangolare, circolare o a spirale …”
    Tutto ciò trova anche riscontro in un lavoro effettuato dal dell’Università degli Studi di Napoli
    ‘‘Federico II’’ Facoltà di Ingegneria DINE Dipartimento di Ingegneria Edile e docente di Architettura Tecnica II, intitolato “La staffa continua a bracci verticali e passo variabile per le strutture in c.a.” di cui riporto un passaggio delle conclusioni “Il progettista potrà pertanto continuare ad usare i consueti strumenti di calcolo, certo che l’utilizzo in cantiere della staffa continua Spirex potrà solo migliorare le prestazioni delle strutture in c.a. a tutto beneficio dei coefficienti di sicurezza.“
    Questo lavoro verrà a brevissimo pubblicato sul ns. sito Internet in versione integrale.

    Ovviamente qualunque azienda prima di avventurarsi in un discorso di questo tipo avrebbe fatto i propri accertamenti, come infatti noi abbaiamo fatto.

    Sono stati interpellati numerosissimi stimati strutturisti anche in occasione di congressi nazionali e tutti, dopo aver ricevuto la corretta informazione, si sono espressi non solo favorevole, ma lusinghiero ! Il Prof. Bartoli Docente presso la Facoltà di Ingegneria di Firenze Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale ha fatto una tesi sperimentale su questo argomento addivenendo a conclusioni completamente opposte alle sue. Il Prof. Iovino, ha addirittura scritto un volume di 70 pagine sull’argomento ed altri Professori Universitari sono favorevolmente interessati alla Spirex per effettuare approfondimenti perché ciascuno vede aspetti estremamente migliorativi riguardo a diversi particolari tecnici.

    Ora al sedicente Sig. Andrea Scalpellini, che non si è qualificato, chiedo se sia in possesso di titoli almeno equivalenti per esprimere giudizi così perentori come ha invece fatto.

    Tralascio di commentare le conclusioni errate quanto affrettate e perfino offensive alle quali e giunto per sua mancanza di conoscenza del prodotto ed in ogni caso lo ringrazio per avermi dato l’occasione di smentire falsi pregiudizi originati solo dalla totale mancanza di conoscenza della Spirex.
    Mi rammarico quindi per lui perché in questo modo sta veramente perdendo una opportunità di innovare tecnologicamente il proprio lavoro non beneficiando così dei conseguenti miglioramenti qualitativi ed economici.

    Mi rivolgo quindi pubblicamente al Sig. Andrea Scalpellini, se esiste realmente o a chi per lui, e lo invito (o meglio lo sfido) a venire presso la ns. sede anche accompagnato da uno strutturista di sua fiducia, per spiegargli in ogni particolare come è fatto il prodotto. Sarà il benvenuto e ns. gradito ospite, come chiunque voglia venire o partecipare al medesimo incontro di cui pubblicheremo su questo stesso sito la data concordata.
    Sig. Scalpellini, se veramente come dice “Spero che queste mie righe possano essere di aiuto a chiunque lavori in questo settore”, lo pensa realmente, al termine dell’incontro potrà nuovamente esprimere sportivamente il suo giudizio, ma ovviamente ogni sua affermazione dovrà essere tecnicamente motivata e pubblicheremo assieme il risultato dell’incontro che, per ovvi motivi e per poter dimostrare in ogni momento l’imparzialità dell’incontro, verrà registrato e mi auguro anche alla presenza di alcuni lettori che vorranno venire ad assistere.

    Sig. Scalpellini il numero del centralino della Schnell è 0721/8787.11 può chiamarmi quando lo desidera !

    In caso di mancanza di comunicazione i lettori saranno da me informati e potranno trarre le proprie conclusioni !

    P.S.: sono pronto a dimostrare ogni mia affermazione (chiunque può vedere nel ns. sito http://www.spirex.it documentazione relativa a questo sistema), in fede

    Ing. Massimo Montemarani
    Schnell S.p.A.

  9. Se devo essere sincero, non ho ben capito quale sia l’idea del Sig. Scalpellini su questo argomento, dato che prima è sembrato entusiasta e poi critico.

    Da parte mia non posso che rinnovare i complimenti a chi si prodiga per portare novità in un settore che è rimasto molto fermo rispetto agli altri settori della produzione. E sono sicuro che con prodotti come quelli di cui stiamo parlando ci sarebbero stati molti danni in meno agli edifici dell’Aquila. Non tanto gli articoli presenti su questo sito, quanto i rapporti del RELUIS realizzati dagli ingegneri della Federico II di Napoli, confermano evidenti problemi di staffe (poche, mal messe ed assenti nei nodi).

    Ad ogni modo, favorevoli e contrari alle novità ci saranno sempre, su ogni argomento, l’importante è che se ne parli sempre di più.

  10. Luke scrive:

    Salve!Volevo chiederVi quanto è grave l’assenza delle staffe nel nodo di una struttura intelaiata in C.A di una casa di due piani.Agiungo che le staffe sono infittitte per una lunghezza di 60 cm in prossimità del nodo sia nelle trave che nei pilastri ogni 10 cm e se la cosa è grave come si può intervenire? Grazie

  11. Pingback: Staffatura continua Spirex della Schnell: intervista al Prof. Ing. Renato Iovino « L'angolo dell'ingegnere strutturista

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