Ridurre la vulnerabilità sismica delle strutture prefabbricate con i nuovi dissipatori antisismici SAFE +

Safe + Model A e Model B di Fibre Net sono un brevetto sviluppato in collaborazione con l’Università di Bergamo. Marchiati CE, i dispositivi antisismici SAFE + consentono di vincolare gli elementi strutturali migliorando la risposta sismica locale e globale degli edifici prefabbricati. L’installazione veloce e sicura non interferisce con le attività produttive e non richiede modifiche strutturali.

Gli ultimi terremoti che hanno colpito il territorio nazionale hanno messo in evidenza, in analogia a quanto successo per altre tipologie di strutture, come anche la capacità di resistere alle azioni sismiche degli edifici prefabbricati dipenda, in primo luogo, dalla presenza di collegamenti in grado di trasferire le sollecitazioni tra i vari elementi strutturali e solo successivamente dalla resistenza delle travi, dei pilastri, del sistema di fondazione e dei pannelli di rivestimento.  

A seguito della revisione della Normativa Tecnica per le Costruzioni e della classificazione sismica del territorio Nazionale, avviata con l’entrata in vigore dell’OPCM 3274 a partire dal 2003, è stata modificata la mappa che definisce la pericolosità sismica del territorio nazionale e molte zone che prima erano definite NC, ossia non classificate, ora lo sono.

 

Questa riclassificazione ha avuto come conseguenza il fatto che un elevato numero di edifici prefabbricati realizzati negli anni passati e progettati per resistere prevalentemente ai carichi permanenti e a quelli variabili (carico della neve, carico del vento e ecc…), presentano ora una elevata vulnerabilità alle azioni dovute al sisma.

Quasi 1,5 milioni di capannoni vulnerabili ai terremoti

Vale la pena ricordare che sul nostro territorio nazionale sono quasi 1,5 milioni i capannoni prefabbricati che non risultano adeguati ai vigenti criteri di sicurezza in quanto costruiti tra il 1950 e il 2000 in zone che all’epoca non erano considerate a rischio sismico.

Con i nuovi dispositivi antisismici di Fibre Net più rapida e facile la messa in sicurezza delle strutture prefabbricate

Alla luce dei concetti sopra espressi, e da un’esperienza ventennale sullo studio di nuove tipologie di sistemi di rinforzo per gli edifici esistenti, Fibre Net ha sviluppato due famiglie di dispositivi antisismici che consentono di vincolare gli elementi strutturali, al fine di migliorare o adeguare la risposta sismica locale e globale degli edifici prefabbricati.

Model A e Model B, questi i nomi dei due dispositivi della linea SAFE+ marcati CE, rappresentano un’efficace soluzione per prevenire e contrastare i danni da sisma; l’installazione veloce e sicura non interferisce con le attività produttive in corso e non richiede modifiche strutturali dell’immobile.

Per connettere le travi principali ai pilastri, Fibre Net propone il dispositivo SAFE+ Model A, mentre per unire i tegoli di copertura alle travi o le tamponature alle strutture principali il dispositivo SAFE+ Model B.

L’interesse di molti gruppi di lavoro e di ricerca nel definire problematiche e soluzioni da adottare al fine di migliorare o adeguare la risposta sismica degli edifici prefabbricati, per garantire la salvaguardia delle vite umane e limitare gli effetti socio-economici, ha fatto sì che nel corso di questi anni venissero prodotti diversi documenti tecnici utilizzabili come guida per gli interventi. 

In caso di collasso dell’edificio a seguito di un terremoto chi ne risponde? 

È importante ricordare che la responsabilità dell’eventuale collasso di un edificio industriale a seguito di un evento sismico, non è da imputarsi al solo progettista (con il termine progettista si riassumono le figure del progettista architettonico, di quello delle strutture e del Direttore dei Lavori), ma anche al RSSP e al datore di lavoro o all’utilizzatore dell’immobile.

Le figure indicate hanno l’obbligo, per il ruolo che rappresentano all’interno di una organizzazione aziendale, di rispondere non solo alle richieste che derivano dalle NTC 2018 ma anche a quelle indicate dal Decreto Legge n. 81/2008, il testo unico in materia di tutela della salute e della sicurezza nei luoghi di lavoro. Quest’ultimo, all’articolo 15, indica che per la tutela dei lavoratori devono essere valutati tutti i rischi per la loro sicurezza e salute, deve essere attuata una programmazione per la prevenzione dei rischi con l’obiettivo di eliminarli o, dove questo non sia possibile, devono essere ridotti al minimo in relazione alle conoscenze acquisite dal progresso tecnologico.

Sempre lo stesso Decreto Legge evidenzia che gli edifici sede dei luoghi di lavoro devono resistere alle azioni alle quali possono essere sottoposti nell’arco della loro vita.

Se ci si sofferma sulla definizione del termine Rischio sismico, inteso come combinazione della pericolosità, vulnerabilità e dell’esposizione, si comprende che sia il Decreto legge n.81/2008 e sia le NTC 2018 hanno come obiettivo quello di garantire l’incolumità degli utilizzatori della struttura e quindi risultano tra di loro interconnessi. 

Analisi del capannone soggetto ad azioni sismiche: le modalità di collasso 

Le Linee di indirizzo per interventi locali e globali su edifici industriali monopiano non progettati con criteri antisismici, redatte dalla Protezione Civile, da RELUIS, dal CNI (Consiglio Nazionale degli Ingegneri), da ASSOBETON e dalla Federazione Regionale Ordini Ingegneri dell’Emilia Romagna riassumono le tipologie di collasso di questi edifici sulla base dei danni riscontrati a seguito del terremoto che ha colpito nel maggio del 2012 la regione Emilia Romagna. In particolare: perdita di appoggio, rotazione delle travi fuori dal proprio piano, assenza di diaframma di piano, danneggiamento degli elementi di temperatura, danneggiamento dei pilastri.

Perdita di appoggio 

La perdita di appoggio delle strutture orizzontali degli elementi di supporto è stata una delle cause più frequenti di danneggiamento degli edifici prefabbricati ed è avvenuta o per mancanza di elementi di connessione oppure, se in presenza di un perno di collegamento, per crisi del calcestruzzo, per espulsione del copriferro e dello spinotto.

Rotazione delle travi fuori dal proprio piano

In presenza di travi principali alte è possibile che in prossimità degli appoggi si inneschi un meccanismo di rotazione che può portare la perdita di equilibrio della trave.

Assenza di diaframma di piano

L’assenza di diaframmi di piano di rigidezza sufficienti per assicurare una distribuzione uniforme delle forze orizzontali ai vari elementi resistenti verticali può portare ad un funzionamento disordinato della struttura.

Danneggiamento degli elementi di tamponatura

In base all’epoca di costruzione dell’edificio, il pannello di tamponamento può essere realizzato in muratura, per gli edifici meno recenti, o in pannelli prefabbricati in calcestruzzo per quelli costruiti negli ultimi 40 anni.
Le modalità di collasso possono interessare il solo pannello di rivestimento, se questo è collegato alla struttura principale mediante squadrette non adeguatamente dimensionate a sopportare azioni orizzontali, oppure anche l’intera struttura, nel caso di pannelli ammorsati alla struttura che riescono a funzionare come elementi di controvento, portando in alcuni casi al cedimento del pilastro corto (o pilastro tozzo).

Danneggiamento dei pilastri

Negli edifici monopiano gli elementi verticali hanno il compito di sopportare sia le azioni verticali sia quelle orizzontali e sono calcolati considerando uno schema statico a mensola incastra. In alcuni casi, a causa delle forze orizzontali, è stato possibile notare la perdita di verticalità a causa della rotazione rigida al piede dovuta o alla rotazione dell’elemento di fondazione oppure al danneggiamento della struttura in calcestruzzo armato posta a sostegno del pilastro (bicchieri, plinti, ecc…)

In altri casi si è notato che il problema principale di questi elementi strutturali è la formazione di una cerniera plastica alla base dei pilastri. In presenza di grandi deformazioni, di azioni di tipo ciclico e in assenza di un adeguato numero di staffe nelle zone critiche dissipative, si raggiunge precocemente il cedimento per instabilità delle barre compresse che porta ad una riduzione della duttilità della sezione e quindi della struttura.

Riassunto delle principali di modalità collasso dei capannoni:

Analisi del capannone soggetto ad azioni sismiche: il collegamento trave – pilastro

Immaginiamo di analizzare il comportamento di una struttura prefabbricata monopiano alle sole azioni orizzontali e di isolare il comportamento di un portale, composto da due pilastri e da una trave che li collega in semplice appoggio. La deformabilità laterale del portale dipende dalla interazione tra il plinto di fondazione e il terreno, dalle caratteristiche inerziali del pilastro e dalla tipologia di giunto che collega il pilastro alla trave.

Quest’ultimo deve essere in grado di impedire la traslazione mutua tra gli elementi che collega in modo tale da evitare la perdita di appoggio della trave al pilastro senza impedirne le rotazioni, che si sviluppano a seguito dello spostamento laterale del portale tra la trave e il pilastro. 

Schematizzazione del comportamento del giunto trave-pilastro

Il collegamento deve poi essere in grado di sopportare anche le azioni indotte dalla componente verticale del sisma che possono portare ad una dislocazione improvvisa della trave.
In molti edifici prefabbricati progettati in assenza di normative antisismiche, la principale vulnerabilità della struttura è data dalla presenza di giunti trave-pilastro in cui il collegamento è affidato esclusivamente all’attrito dell’appoggio. È facile intuire come la combinazione della forza sismica orizzontale e quelle verticali renda inefficace questa tipologia di collegamento.

Esempi di appoggi con funzionamento ad attrito

Al riguardo le attuali Norme Tecniche per le Costruzioni, al paragrafo 7.4.5.2, evidenziano come i collegamenti tra gli elementi prefabbricati condizionino il comportamento statico dell’organismo strutturale e la risposta alle azioni simiche, e devono essere progettati in modo tale da possedere capacità in spostamento e di resistenza maggiori delle corrispondenti domande.

Compreso quindi qual è il funzionamento dell’appoggio, è facile capire che la strategia di intervento sugli edifici esistenti può seguire due strade:

• la progettazione di collegamenti sovraresistenti in grado di non pregiudicare la plasticizzazione delle zone dissipative (ad esempio utilizzando piastre e bulloni in acciaio)
• l’inserimento di dispositivi antisismici in grado di dissipare parte dell’energia sismica.

Entrambe le soluzioni risultano essere valide, ma richiedono al progettista una attenta valutazione di quali siano i possibili effetti secondari sulla struttura.

Nel primo caso, ovvero l’utilizzo di collegamenti rigidi, le piastre devono essere installate in modo da consentire alla struttura gli spostamenti dovuti alle azioni termiche e non devono modificare lo schema di appoggio originario, a meno che questo non sia voluto (trasformazione del portale in telaio).

Nel secondo caso, invece, la scelta del dispositivo antisismico deve essere tarata sulle caratteristiche di resistenza e di capacità in rotazione della sezione del pilastro e della deformabilità laterale del portale (è opportuno evitare che spostamenti relativi trave-pilastro troppo elevati comportino le dislocazioni di elementi non strutturali come ad esempio gli impianti).

I concetti sopra esposti sono riassunti al paragrafo 7.4.5.2 delle Norme Tecniche per le Costruzioni:

“…Negli elementi prefabbricati e i loro collegamenti si deve tener conto del possibile degrado a seguito delle deformazioni in campo plastico. Quando necessario, la resistenza di progetto dei collegamenti prefabbricati valutata per carichi non ciclici deve essere opportunatamente ridotta per le verifiche sotto azioni sismiche.

In caso si collegamenti tra elementi prefabbricati di natura non monolitica, che influenzano in modo sostanziale il comportamento statico dell’organismo strutturale, e quindi anche la sua risposta sotto azioni sismiche, sono possibili le tre situazioni seguenti, a ciascuna delle quali deve corrispondere un opportuno criterio di dimensionamento:

1. Collegamenti situati al di fuori delle previste zone dissipative, che quindi influiscono sulle capacità dissipative della struttura;
2. Collegamenti situati in prossimità delle previste zone dissipative alle estremità degli elementi prefabbricati, ma sovradimensionati, in modo tale da non pregiudicare la plasticizzazione delle zone dissipative stesse;
3. Collegamenti situati nelle previste zone dissipative alle estremità degli elementi prefabbricati, dotati delle necessarie caratteristiche in termini di duttilità e di quantità di energia dissipabile. …”
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Come funzionano i dispositivi antisismici Fibre Net

Dallo studio della vulnerabilità delle strutture prefabbricate, Fibre Net, a partire da un’idea del professionista Ing. Giovanni Bulferetti e in collaborazione con l’Università di Bergamo, ha sviluppato e ingegnerizzato due famiglie di dispositivi antisismici SAFE+ in conformità a quanto previsto sia nelle NTC 2018 sia nella Normativa EN 15129 (Dispositivi antisismici), ottenendo la relativa marcatura CE.

I sistemi SAFE+ hanno la doppia funzione di collegamento meccanico tra gli elementi strutturali e non, oltre che di dissipazione dell’energia sismica; in particolare è stato sviluppato il dispositivo SAFE+ Model A per la ritenuta delle Travi-Pilastri e il dispositivo SAFE+ Model B, utilizzabile sia per il collegamento dei tegoli alle travi principali sia per l’unione delle tamponature alla struttura portante evitandone così il ribaltamento.

All'interno dell'articolo integrale la descrizione dettagliata e del funzionamento dei due dispositivi SAFE+ Model A e SAFE+ Model B

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