Edifici industriali prefabbricati: studio di una tipologia di collegamento tegolo-trave contro la perdita di appoggio

1 Premessa
I recenti eventi sismici avvenuti in Italia hanno più volte dimostrato la fragilità e la vulnerabilità del patrimonio edilizio italiano. I danni registrati ai beni immobili sono stati ingenti e, a seconda della zona in cui si è verificato l’evento, sono stati colpite sia costruzioni di civile abitazione sia edifici ad uso industriale.
Nel presente studio viene discusso ed approfondito il problema della perdita di appoggio degli elementi prefabbricati, con riferimento al collegamento rappresentato nella seguente figura, tratta da [2].


2 Tipologie di strutture industriali
Le strutture industriali solitamente hanno struttura metallica o in calcestruzzo armato (ordinario e/o precompresso): queste ultime si dividono generalmente in costruzioni gettate in opera e costruzioni prefabbricate.
Nei capannoni gettati in opera, gli elementi portanti sono realizzati direttamente sul posto e le strutture sono normalmente continue nelle zone di collegamento (le armature di due elementi contigui presentano cioè zone di sovrapposizione): tali collegamenti sono riconducibili allo schema di incastro.
Per contro, nei capannoni prefabbricati o in quelli misti (ossia in parte gettati in opera e in parte prefabbricati), il collegamento fra elementi è generalmente realizzato con unioni riconducibili allo schema di carrello o di cerniera.
Il vincolo alla base delle strutture invece, in entrambi i casi, è riconducibile allo schema di incastro (anche cedevole) [1].

3 Strutture industriali prefabbricate
Gli eventi sismici accaduti, e specialmente quello avvenuto in Emilia Romagna nel 2012, hanno evidenziato come le strutture industriali di tipo prefabbricato o di tipo misto costruite prima dell’introduzione delle Norme Tecniche per le Costruzioni attualmente vigenti [3] siano nella maggior parte dei casi totalmente inadeguate a sopportare le forze orizzontali indotte dall’azione sismica.

La progettazione di queste strutture infatti è spesso avvenuta considerando quasi esclusivamente carichi verticali, in quanto prima dell’uscita del OPCM 3274/2003 [4] molte zone d’Italia erano classificate come non sismiche.
Gli unici carichi orizzontali di cui si teneva conto in fase di progettazione erano l’azione del vento, il 2% dei carichi verticali e le eventuali azioni orizzontali (frenatura e serpeggiamento) indotte dai carriponte sulle vie di corsa. Il trasferimento di queste azioni orizzontali era spesso affidato esclusivamente all’attrito tra le varie parti, in quanto i collegamenti non erano esplicitamente richiesti dalle normative antecedenti il D.M. 14/01/2008 [3].

D’altra parte le azioni sismiche sono spesso molto più gravose delle sollecitazioni orizzontali precedentemente descritte e quindi molti capannoni prefabbricati sono sismicamente vulnerabili.

4 Criticità delle strutture industriali prefabbricate
A causa della filosofia di progettazione utilizzata prima dell’entrata in vigore delle nuove norme tecniche per le costruzioni del 2008, gli edifici prefabbricati esistenti mostrano spesso diverse carenze nei confronti delle sollecitazioni orizzontali sismiche. Si registrano frequentemente mancanze o inadeguatezze nei seguenti ambiti:
- collegamenti tra elementi strutturali orizzontali e verticali;
- collegamenti tra distinti elementi strutturali orizzontali;
- collegamenti tra gli elementi di tamponatura e le strutture principali;
- collegamenti tra gli elementi non strutturali di copertura e le strutture principali.

Queste carenze danno luogo a delle labilità intrinseche della struttura, in quanto spesso non sono previsti specifici sistemi di ritegno: la stabilità dei collegamenti è affidata esclusivamente all’attrito, che secondo la normativa vigente [3] deve essere trascurato.

I meccanismi di collasso che si generano a seguito di queste carenze sono:
- perdita d’appoggio delle membrature;
- perdita di equilibrio/ribaltamento delle membrature.

5 Perdita d’appoggio dei tegoli di copertura
Come anticipato nella premessa, in questa sede si indaga il problema della perdita d’appoggio dei tegoli in calcestruzzo armato precompresso, che nella maggior parte dei casi costituiscono la copertura degli edifici industriali. Essi possono essere di varie forme ma, per la loro versatilità, spesso hanno forma a “pi greco” oppure a “omega”. Tali forme sono illustrate nell’immagine successiva.

Esistono vari metodi per impedire lo scivolamento e la conseguente perdita d’appoggio dei tegoli, molti dei quali suggeriti dal citato documento [2].
Viene di seguito analizzato uno di questi collegamenti, rappresentato nella figura 1 e nelle seguenti figure.

Questo tipo di vincolo è realizzato per mezzo di una barra in acciaio passante sulle anime verticali del tegolo la quale, attraverso un profilo metallico ad L, è collegata ad un tassello posto sulla trave di sostegno delle strutture di copertura. Nelle successive immagini sono mostrate alcune viste più dettagliate riguardanti un collegamento di questo tipo.


Un ritegno di questo tipo è utile esclusivamente ad evitare la perdita d’appoggio del tegolo. Nel caso sia necessario impedire anche il ribaltamento in senso trasversale, come accade per le travi a forma di “Y” o di “I”, si deve ricorrere ad un collegamento diverso da quello rappresentato, per esempio utilizzando delle funi di acciaio.

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