Performance statico-sismiche delle strutture leggere a secco. I sistemi Knauf

Inquadramento normativo dei sistemi a secco

I sistemi a secco Knauf sono classificabili come ‘elementi non strutturali’, solitamente considerati non collaboranti alla definizione della risposta sismica globale della struttura in cui risultano inseriti. A causa altresì delle loro caratteristiche intrinseche, tali elementi possono avere effetti sul comportamento complessivo del manufatto, in quanto possono provocare una consistente perdita economica a seguito di danni significativi e causando, conseguentemente, l’interruzione delle attività svolte all’interno del fabbricato.

È quindi necessario valutarne le effettive prestazioni nei confronti delle azioni orizzontali, sia di tipo sismico che statico (come vento e azione accidentale) e l’interazione con la struttura in cui sono collocati. Da un punto di vista normativo, due sono i comportamenti che è necessario studiare e comprendere per quanto riguarda gli elementi non strutturali: la risposta nel piano e la risposta fuori dal piano sistema.

Comportamento fuori dal piano

È il comportamento del sistema associato ad una qualsiasi azione orizzontale, come l’azione statica equivalente del sisma, l’azione del vento e della folla. L’obiettivo progettuale è quello di evitare il ribaltamento del sistema, soprattutto per i sistemi di tamponamento Knauf Aquapanel, e il suo collasso prematuro legato ad una non ottimale gestione dei fissaggi meccanici dell’elemento agli elementi strutturali.

Per gli elementi non strutturali costruiti in cantiere, definiti al 7.2.3 NTC2018, la norma ne impone le verifiche di stabilità (STA) agli SLU (SLV). Le verifiche di stabilità sono definite al 7.3.6.2 come l’adozione di “magisteri atti ad evitare la possibile espulsione sotto l’azione della Fa (v. §7.2.3) corrispondente allo SL e alla CU considerati”. Al 7.2.3 si specifica che la capacità degli elementi non strutturali, compresi gli eventuali elementi strutturali che li sostengono e collegano, tra loro e alla struttura principale, deve essere maggiore della domanda sismica corrispondente a ciascuno degli stati limite da considerare.

Attraverso le formule riportate nelle NTC e a quanto implementato dalla Circolare esplicativa per la valutazione dell’accelerazione massima adimensionalizzata al suolo, è possibile valutare la forza del sisma agente su ogni sistema a secco per il cantiere specifico.

Comportamento nel piano

L’azione del sisma a differenza del vento, per esempio, può produrre sollecitazioni e spostamenti anche nella direzione del piano della parete, in funzione della mutua posizione presente tra il sistema a secco e la direzione dell’azione del sisma.

Gli elementi costruttivi senza funzione strutturale devono essere realizzati con tecnologie in grado di evitare collassi fragili e prematuri per spostamenti di interpiano congrui con i limiti della progettazione, oltre a garantire l’assenza di espulsione di parti o componenti degli stessi.

La verifica sull'elemento a secco Knauf risulta pertanto implicitamente soddisfatta qualora il sistema sia in grado di raggiungere le deformazioni massime imposte senza danneggiarsi o precludere l'agibilità della costruzione. Le NTC alla Tab. 7.3.III forniscono i range di drift di interpiano in funzione della duttilità o in funzione del danno ammesso. La casistica più restrittiva è relativa ad un drift di interpiano pari a 0.01 h.

Quali sono i vantaggi che si ottengono utilizzando il sistema a secco Knauf?

I sistemi a secco Knauf presentano nei confronti dell’azione sismica due peculiarità che li rendono più sicuri e idonei rispetto alle soluzioni tradizionali.

• Peso ridotto: l’effetto dell’azione sismica dipende dalla del manufatto su cui agisce. Una parete realizzata con sistemi a secco pesa mediamente un terzo rispetto a un sistema tradizionale di uguale spessore e ancora meno se paragonata a stessa prestazione. Questo consente di ridurre, inoltre, considerevolmente il peso gravante sulle strutture portanti, riducendo quindi l’azione sismica complessiva che sollecita l’intero edificio. Il tutto a vantaggio sia della sicurezza delle persone che vivono gli ambienti sia dei costi. In questo contesto il sistema Knauf con la lastra Knauf GKB Advanced, risulta un sistema vincente in quanto a parità di resistenza meccanica, il peso ridotto della lastra, induce una riduzione dell’azione del sistema rispetto a tutti gli altri sistemi a secco.

• Elevata capacità deformativa: la combinazione di struttura metallica in acciaio e rivestimento con lastre consente di assorbire in maniera ottimale gli sforzi di flessione e taglio generati durante un sisma, aumentando la capacità deformativa del sistema. Ciò consente di evitare anche le rotture di tipo fragile tipiche dei sistemi tradizionali. Le soluzioni di pareti divisorie interne e di tamponamento perimetrale esterno sono state sottoposte a numerose prove sperimentali presso i laboratori di prova di accreditate Università a livello mondiale, al fine di verificarne la resistenza all’azione sismica. Le prove hanno interessato sia i singoli componenti/materiali, sia i sistemi costruttivi assemblati.

Sicurezza delle prestazioni e caratterizzazione meccanica del sistema Knauf

Al fine di individuare la risposta dei sistemi Knauf, è stata sviluppata una campagna di prova analizzando per prima cosa i prodotti, per poi passare al funzionamento delle connessioni e in ultima battuta il comportamento globale del sistema.

Tale approccio ha permesso a Knauf di sviluppare un software di calcolo per i sistemi di parete interna e di tamponamento e di controparete interna e perimetrale, in quanto ogni singolo meccanismo resistente del sistema è stato indagato e valutato con adeguata rappresentazione statistica.

Sistema Knauf pareti e contropareti: comportamento nel piano

A seguito di un totale di circa 25 test su pareti perimetrali Knauf sistema Aquapanel e di circa 20 test su pareti interne del tipo W112 e W111. È possibile concludere che i sistemi a secco Knauf mostrano un comportamento elastico per spostamenti d’interpiano pari a 0,01·h con entità di danni trascurabili. Per questo motivo, le richieste normative in termini di verifica nei confronti degli spostamenti di interpiano risultano implicitamente soddisfatte con un buon grado di sicurezza.

Inoltre, la definizione delle curve di fragilità e l’individuazione di 3 livelli stage di danno (DS1, DS2, DS3), permettono di correlare la probabilità di accadimento di un determinato livello di danneggiamento con un drift di interpiano eccezionale (fuori dalle richieste normative) e stimarne e valutarne gli effetti in termini economici per la riparazione e manutenzione.

Sistema Knauf pareti e contropareti: comportamento fuori piano

Le prove fuori dal piano di sistemi parete Knauf hanno permesso di valutare i meccanismi di collasso della parete, le resistenze meccaniche ultime e di progetto, le deformazioni ammesse dal sistema e il comportamento delle connessioni agli elementi strutturali.

Le prove hanno mostrato come il sistema Knauf presenti delle riserve meccaniche rispetto alle azioni fuori dal piano, come l’azione del sisma, con un margine di sicurezza adeguato, anche per casistiche di azione sismica di elevata intensità.

Contestualmente è stato analizzato il comportamento delle connessioni profilo-lastra-vite, per valutarne la resistenza locale sotto azione monotona ciclica e sotto azione dinamica.

Controsoffitti Knauf in lastre continue

I controsoffitti, di tipo ribassato, sono elementi altamente sensibili all’azione del sisma, che si concentra nel piano delle lastre, e che deve essere incassata dal sistema di sospensione ma che purtroppo presenta una rigidezza alle azioni orizzontali di fatto trascurabile. Per questo motivo, la tendenza progettuale è quella di inserire all’interno del plenum del controsoffitto sistemi di controventamento, avendo accortezza di trattare adeguatamente il perimetro al fine di evitare il martellamento del sistema con le murature che confinano l’ambiente.

Knauf, in collaborazione con la Federico II di Napoli, ha sperimentato e valutato la resistenza progettuale di due sistemi di controventamento che verranno lanciati a breve sul mercato.

La sperimentazione è stata corredata dallo sviluppo di un software di calcolo e di una serie di documenti tecnico-informativi, a servizio del progettista, per il corretto dimensionamento del sistema e del numero di elementi da inserire in funzione della specificità del progetto.

Un sistema a secco leggero per una edilizia sostenibile e sicura

Utilizzando i sistemi a secco Knauf è possibile ridurre il carico portante sulla costruzione primaria e sulle opere di fondazione.

La differenza di peso rispetto ai metodi di costruzione tradizionali è significativa e si traduce in costi di progettazione e costruzione dell’edificio molto più bassi. I benefici coinvolgono anche un minore spreco d’acqua, in quanto la tecnologia a secco prevede un consumo limitato di acqua sia in fase di produzione che in fase di installazione del sistema.

Queste caratteristiche generano fin dall’inizio dei vantaggi rispetto ai costi di progetto. Inoltre, le prestazioni statico sismiche dei sistemi permettono una idonea progettazione di ogni elemento, potendone valutare anche le relazioni costi-danneggiamenti, individuando a priori i livelli di sicurezza e di entità del danno, con conseguente stima dei costi per la ristrutturazione a seguito di un evento sismico.

Per maggiori dettagli sulle soluzioni costruttive realizzabili con il sistema Knauf,
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