Barre in acciaio ad alta resistenza per armature: una roadmap per l’adozione nei codici normativi

Nella muratura armata l’acciaio di armatura è ancora fermo al grado 60. Le TMS 402/602-22 limitano a 32.000 psi la tensione ammissibile delle barre nel metodo delle tensioni ammissibili e a 60.000 psi la tensione di snervamento specificata delle armature di flessione nel metodo della resistenza. Nel cemento armato il passo è già stato compiuto: l’ACI 318 ammette barre ad alta resistenza fino al grado 80 (550 MPa) per compressione assiale, flessione e taglio, sulla base di decenni di prove che mostrano resistenze e capacità di deformazione degli elementi in grado 80 comparabili a quelli in grado 60.

Colmare questo divario è l’obiettivo del programma di ricerca dell’Università di Houston, guidato da Dimitrios Kalliontzis, che affianca prove sperimentali su larga scala e modelli agli elementi finiti ad alta fedeltà, traducendo i risultati in modifiche dirette delle TMS 402. Il quadro che ne emerge è definito: vantaggi economici misurabili, un ostacolo principale nell’aderenza delle barre e una prima modifica normativa già approvata dai comitati.

Meno acciaio a parità di forze: il precedente e i vantaggi

Il precedente storico aiuta a inquadrare la transizione: anche il salto dal grado 40 al grado 60 ridisegnò la pratica della muratura armata decenni fa. La logica è la stessa. Una tensione di snervamento specificata più alta consente di trasmettere la stessa forza con una sezione di acciaio minore: barre meno numerose e di diametro più piccolo, minore affollamento nelle clsole da riempire con getto, movimentazione e posa più semplici per i muratori, impronta di carbonio incorporata più bassa.

I conti del grado 80: lo studio di fattibilità

La prima tappa è un’analisi di fattibilità del 2023, costruita su casi di studio di elementi tipici: architravi, pilastrini, pareti sollecitate fuori dal piano e pareti di taglio, calcolati con entrambe le procedure delle TMS 402, a tensioni ammissibili e a metodo della resistenza.

Gli elementi governati dalla trazione sono quelli che premiano la sostituzione: l’area di acciaio in trazione necessaria si riduce di circa il 25% passando dal grado 60 al grado 80, con riduzioni dell’impronta di carbonio fino al 33%. Il salto di scala su un intero edificio conferma i numeri: un prototipo di grande vendita su un solo livello con altezze libere elevate, riprogettato con barre a 550 MPa, ha tagliato di circa il 25% il costo complessivo delle armature, grazie in gran parte alle pareti portanti fuori dal piano, dove barre più sottili hanno preso il posto di quelle più grandi a parità di interasse.

Il beneficio ha confini precisi. Si concentra negli elementi governati dalla trazione progettati a metodo della resistenza; negli elementi governati dalla compressione e nelle sezioni fortemente caricate il grado dell’acciaio incide poco, perché governa lo schiacciamento della muratura. Il punto di bilanciamento del grado 80, inoltre, è più basso di quello del grado 60, limitando quanta acciaieria ad alta resistenza una sezione può sfruttare effettivamente.

Flessione fuori dal piano: undici pareti in prova

Le prime verifiche strutturali riguardano la flessione fuori dal piano: undici pareti, il primo dataset di questo tipo in letteratura, realizzate con unità cave di calcestruzzo e di laterizio e variando diametro e norma di prodotto delle barre, clola parziale o integrale, dominio di risposta dalla trazione alla compressione, barre continue o giunte per sovrapposizione.

Le pareti armate con barre di grado 80 si comportano in linea con le controparti in grado 60. Quelle governate dalla trazione raggiungono frecce ampie e buona duttilità; quelle governate dalla compressione falliscono per schiacciamento dei gusci esterni dei blocchi, con sviluppo di un puntone diagonale, come atteso quando governa la muratura. In ogni prova la resistenza misurata ha superato quella di progetto calcolata secondo le TMS 402: le disposizioni vigenti, estese con il fattore di grado, mantengono un’adeguata conservatività per la flessione in grado 80.

Due indicazioni pratiche meritano attenzione. In esercizio le pareti con barre di grado 80 frecciano di più, perché un numero minore di barre riduce la rigidezza della sezione fisurata; tutte restano comunque entro il limite di freccia delle TMS 402. Nelle pareti con giunche, inoltre, le barre sovrapposte ingaggiano un’area di acciaio efficace superiore a quella assunta in calcolo allo stato limite delle tensioni ammissibili, e la fenditura lungo la giunca può ridurre la duttilità. Il punto da presidiare sono quindi i dettagli costruttivi delle sovrapposizioni, non la capacità flessionale.

Aderenza e giunche: il vero ostacolo

Una tensione di snervamento più alta impone lunghezze di sviluppo e di giunca maggiori per trasferire la forza della barra nel getto circostante, e la penalità cresce con il diametro. Ventiadue prove di giunca a contatto, accompagnate da analisi parametriche agli elementi finiti su muratura di blocchi in calcestruzzo e in laterizio, hanno quantificato la domanda per barre di grado 80 variando diametro, lunghezza di giunca e norma di prodotto: le lunghezze richieste arrivano fino al 53% in più rispetto al grado 60, con le penalità maggiori a partire dalla barra n. 5 in su.

Per rientrare nelle formule di progetto la ricerca propone un fattore di grado da applicare alla formula di lunghezza di giunca già esistente nelle TMS 402, pari a 1,15 per il grado 80, sulla falsariga dell’approccio che l’ACI 318 adotta per gli acciai ad alta resistenza. Due risultanze affinano la proposta. La norma di prodotto fa la differenza: le barre ASTM A706 hanno sviluppato costantemente la tensione di giunca richiesta dal codice, mentre le ASTM A615, a controllo meno stringente, non raggiungono il criterio convenzionale del 125% della tensione di snervamento adottato dalle TMS 402. Poiché le A615 trovano impiego nelle zone dove la domanda sismica difficilmente governa, un criterio rilassato al 115% risulta sufficiente e ragionevole. La dipendenza dal diametro, poi, sembra appartenere al fattore di dimensione più che al fattore di grado, un indizio della conservatività nota del fattore di dimensione per le barre più piccole, destinato alle future revisioni del codice.

Getto di riempimento con fibre d’acciaio

Dove giunche più lunghe erodono il vantaggio costruttivo del grado 80, il getto di riempimento fibrorinforzato offre una via d’uscita. La rottura per aderenza nella muratura è governata dalla fenditura del getto attorno alla barra: le fibre d’acciaio attraversano queste fessure, confinano la barra e permettono di accorciare la sovrapposizione. L’idea è consolidata in altri leganti cementizi, rara nel getto per la muratura.

Il programma ha combinato prove di giunca, prove di pareti fuori dal piano e prove sui materiali, con fibre d’acciaio a gancio dosate all’1% e al 2% in volume nel getto grossolano di provini armati con barre n. 7 di grado 80. Con l’1% di fibre la lunghezza di giunca richiesta si riduce del 26% soddisfacendo comunque il criterio di tensione di giunca del codice. Alzare la dose al 2% non porta ulteriori benefici: la rottura resta una fenditura longitudinale, perché le unità di muratura e i giunti di malta circostanti, privi di fibre, continuano a governare la risposta del pannello. Per l’uso in progetto è stato proposto un fattore per getto fibrorinforzato che moltiplica la lunghezza di giunca richiesta, pari a 0,74, corrispondente alla riduzione del 26% validata per barre n. 7 di grado 80.

Pareti di taglio: la frontiera ancora aperta

Le pareti di taglio in muratura resistono alla combinazione di compressione assiale e azione laterale, e il loro progetto punta a una risposta duttile governata dalla flessione, evitando la fessurazione diagonale fragile. Le analisi condotte con le procedure TMS 402 confermano, anche per queste pareti, il beneficio degli elementi governati dalla trazione: sotto il punto di bilanciamento il guadagno di momento e capacità assiale del grado 80 rispetto al grado 60 è significativo.

La complicazione sta nei limiti di armatura. La percentuale massima di armatura in trazione a flessione è inversamente legata alla tensione di snervamento: il tetto per il grado 80 risulta quindi marcatamente più basso di quello per il grado 60, e si restringe ulteriormente per le pareti di taglio speciali, dove la domanda di duttilità è massima. Il limite è stato calibrato in assenza di dati su acciai ad alta resistenza, e la sua accuratezza per il grado 80 resta da verificare. Una campagna sperimentale è in corso per caratterizzare l’uso di barre di grado 80 come armatura trasversale in pareti con clola parziale o integrale.

Dal laboratorio al codice: approvato e da completare

Il passaggio dai dati alla norma è già cominciato. Nel 2025 i comitati della Masonry Society hanno approvato in votazione una formula rivista per le lunghezze di giunca delle barre di grado 80, che introduce il fattore di grado 1,15 e riduce la tensione minima di giunca richiesta nelle applicazioni a bassa sismicità, in riconoscimento della distribuzione più stretta delle resistenze di queste barre. I dati sperimentali sulla flessione sostengono l’estensione al grado 80 delle procedure a tensioni ammissibili e a metodo della resistenza, con una tensione ammissibile proposta di 42.000 psi, aumento proporzionale rispetto ai 32.000 psi vigenti per il grado 60.

I fronti ancora aperti riguardano il fattore di dimensione nella formula di giunca, da affinare nei prossimi cicli normativi, la validazione sperimentale della percentuale massima di armatura per le pareti di taglio in grado 80, oggetto della campagna in corso, l’ingresso nelle TMS 402 dei fattori per il getto con fibre a gancio, già definiti ma non ancora adottati, e un aggiornamento delle formule di verifica delle frecce in esercizio.

La strada resta tracciata: la fattibilità ha quantificato il valore, le prove di giunca e di flessione hanno costruito le evidenze, il getto fibrorinforzato ha contenuto lo svantaggio principale e la prima modifica normativa è ormai approvata. Il programma, sostenuto da National Concrete Masonry Association, Western States Clay Products Association e Brick Industry Association, prosegue con la campagna sulle pareti di taglio. Per i progettisti l’adozione piena del grado 80 nelle TMS 402 è ormai una questione di cicli normativi più che di dati mancanti.