Il comportamento sismico delle strutture prefabbricate in calcestruzzo

Le tradizionali strutture mono - e pluri-piano per edifici produttivi, fatte con l’assemblaggio di componenti prefabbricati in calcestruzzo, hanno una grande diffusione in tutta Europa, grazie alla loro economicità associata ad una ottima funzionalità. In Italia esse coprono la quasi totalità del mercato degli edifici produttivi e una buona percentuale degli edifici commerciali.

Il quadro normativo

Quadro normativo europeo
Nell’ottica del mercato comune, a livello europeo da parecchi anni sono state promulgate delle norme comuni per il calcolo strutturale, i cosiddetti Eurocodici, che riguardano la progettazione strutturale di costruzioni realizzate con diversi materiali. Gli Eurocodici includono le esperienze Nazionali ed il risultato della ricerca proveniente dall’intera Europa, insieme con la competenza degli esperti che li hanno sviluppati. Essi sono riconosciuti come l’insieme più tecnicamente avanzato di norme di ingegneria civile e strutturale a livello mondiale.
Con la Raccomandazione 2003/887/EC l’Unione Europea auspicò che gli Eurocodici diventassero gli unici documenti di riferimento per la progettazione strutturale nei vari stati membri, tant’è vero che, ad oggi, 23 stati membri adottano gli Eurocodici come norma per il calcolo strutturale, agevolando, di fatto, la libera circolazione dei prodotti.

Quadro normativo italiano
In tutti i comuni della Repubblica italiana le costruzioni, sia pubbliche sia private, devono essere realizzate in osservanza alle Norme Tecniche fissate con decreti del Ministro per le Infrastrutture e i Trasporti, attualmente il DM 14 gennaio 2008 (NTC 2008). La Raccomandazione 2003/887/EC, quindi, non è mai stata applicata in Italia.
Le Norme Tecniche attualmente in vigore definiscono i principi per il progetto, l’esecuzione e il collaudo delle costruzioni. A tali norme deve pertanto adeguarsi il progettista calcolatore quando fa il progetto di una struttura: esse forniscono i criteri generali di sicurezza, precisano le azioni che devono essere utilizzate nel progetto, definiscono le caratteristiche dei materiali e dei prodotti e, più in generale, trattano gli aspetti attinenti alla sicurezza strutturale delle opere.
Pur discostandosene in alcuni aspetti, le NTC 2008 si ispirano alle linee generali degli Eurocodici e in essi trovano anche un supporto applicativo per tutto quanto non espressamente specificato nel testo. Questa affermazione è esplicitamente indicata nell’Oggetto delle NTC, infatti, “Circa le indicazioni applicative per l’ottenimento delle prescritte prestazioni, per quanto non espressamente specificato nel presente documento, ci si può riferire a normative di comprovata validità e ad altri documenti tecnici elencati nel Cap. 12. In particolare quelle fornite dagli Eurocodici con le relative Appendici Nazionali costituiscono indicazioni di comprovata validità e forniscono il sistematico supporto applicativo delle presenti norme”.

Mentre il testo attualmente in vigore delle NTC rispetta le linee generali contenute negli Eurocodici, la stessa affermazione non può essere estesa anche alla bozza di revisione. La bozza di revisione, infatti, si discosta notevolmente, ed in maniera che sembra voluta, ma non è motivata e motivabile, dai contenuti degli Eurocodici, sia per quel che riguarda la progettazione in presenza di azioni sismiche in generale che, nel particolare, per le strutture prefabbricate in calcestruzzo (capitolo 7.4.5 delle Norme Tecniche).
Nello specifico delle strutture prefabbricate, oltre ad un’impostazione generale differente, alcune prescrizioni degli Eurocodici sono state introdotte in maniera inderogabile nella bozza in un contesto totalmente diverso da quello per il quale vennero redatte, ponendo dubbi sul livello di sicurezza strutturale dell’opera risultante. Inoltre, tale scelta non trova riscontro nelle risultanze degli ultimi progetti di ricerca (2009-2012 e 2012-2015) finanziati espressamente dalla Commissione Europea, che hanno preso spunto dalle evidenze degli ultimi eventi sismici, e che sono stati portati avanti dai migliori esperti del settore provenienti dalle diverse nazioni europee, con il costante contributo anche di ASSOBETON.
La diversa impostazione tra le prescrizioni della bozza di revisione delle NTC e quella dell’Eurocodice, oltre che essere contraria alle indicazioni della Commissione Europea, si pone come vincolo alla libera circolazione dei prodotti.

Ricerche e progetti
Lo studio approfondito del comportamento sismico delle strutture prefabbricate vede, ormai da oltre una ventina d’anni, il coinvolgimento diretto di ASSOBETON, Associazione Nazionale Industrie Manufatti Cementizi.
Il lavoro di ricerca svolto è stato finanziato in larga parte dall’Unione Europea con finanziamenti dedicati all’interno degli ultimi programmi quadro per la ricerca e lo sviluppo tecnologico. I finanziamenti alla ricerca dell’UE hanno consentito ad ASSOBETON di collaborare con scienziati ed industria, sia all’interno dell’Europa che nel resto del mondo, per trovare soluzioni alle sfide del settore. I risultati ottenuti hanno consentito di redigere il competente capitolo dell’Eurocodice 8, di predisporre Linee Guida a disposizione dei progettisti europei, di rendere l’industria più innovativa e competitiva.

Ogni progetto brevemente riassunto nel seguito ha prodotto un’ampia mole di risultati che sono stati pubblicati in conferenze e riviste scientifiche di caratura internazionale. Per brevità di esposizione, non si riporta nel seguito la lista completa delle pubblicazioni realizzate. Si vogliono qui citare solo il capitolo 5.11 dell’Eurocodice 8, alla cui stesura i progetti di ricerca hanno fornito un supporto scientifico, e le tre linee guida redatte all’interno degli ultimi due progetti di ricerca, SAFECAST e SAFECLADDING, che sono liberamente a disposizione di progettisti e di Enti normativi:
- SAFECAST: Design guidelines for connections of precast structures under seismic catione
- SAFECLADDING: Design guidelines for wall panel connections
- SAFECLADDING: Design guidelines for precast structures with cladding panels

A prova della valenza scientifica delle Linee Guida si sottolinea che i contenuti dei documenti sono alla base delle “simplified design guidelines for mechanical connections between precast concrete structural elements in buildings”, progetto di norma attualmente in fase di pre-approvazione nell’ISO/TC71/SC5/WG4.

Duttilità dei pilastri prefabbricati
Nel 1994 ASSOBETON ha finanziato uno studio numerico-sperimentale su pilastri prefabbricati dal molteplice obiettivo. Unitamente alla quantificazione della duttilità strutturale di questi elementi strutturali, sono state valutate la stabilità del comportamento sotto azioni cicliche ed il coefficiente di comportamento q. I risultati della ricerca sono stati utilizzati inoltre per validare le prescrizioni contenute nella versione corrente dell'Eurocodice 8 relative ad elementi prefabbricati. Le prove cicliche sono state eseguite presso il laboratorio ELSA del Centro Comune di Ricerca della Commissione Europea. Alla campagna sperimentale è seguito un esteso studio numerico svolto dal Politecnico di Milano.
Il programma sperimentale ha previsto l'esecuzione di prove cicliche su 20 pilastri, con plinto a pozzetto, caratterizzate da diverse configurazioni dell'armatura e da differenti valori del carico assiale. Gli elementi sono stati progettati rispettando le prescrizioni di Eurocodice 2 ed Eurocodice 8.
I risultati ottenuti nella campagna sperimentale hanno assunto un'importanza notevole per diverse ragioni. Tra queste, sono da citare le condizioni di prova e l'applicabilità dei risultati ottenuti. In particolare, l'eccellente controllo delle condizioni nelle quali sono state eseguite le prove hanno permesso di limitare la dispersione dei risultati. Il notevole numero di caratteristiche investigate nella ricerca ha consentito inoltre di coprire tutto il campo pratico di applicazione sia per travi che per pilastri (rapporto di armatura longitudinale variabile tra 0.01 e 0.04; carico assiale normalizzato tra 0.1 e 0.4 ed inferiore a 0.1 per travi).
Fino al raggiungimento del limite di resistenza, identificato con il collasso della prima barra d'armatura, tutte le configurazioni di armatura sono risultate caratterizzate da un comportamento ciclico stabile fino ad importanti valori di duttilità (tutti i valori ottenuti sono risultati essere superiori a 5, valore che caratterizza il comportamento di strutture in calcestruzzo armato in classe di duttilità H) a fronte di una limitata perdita di resistenza (dell’ordine del 10%).
La figura seguente mostra uno dei pilastri durante una prova: la sovrapposizione di immagini ottenute in momenti diversi dà un'idea delle deformazioni imposte. Sono inoltre riportati due esempi dei cicli di isteresi ottenuti.

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