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CAPITOLO 1
GLI EDIFICI INDUSTRIALI
1.1 Generalità
Si possono considerare edifici industriali tutti gli edifici destinati ad ospitare attività produttive: laboratori, officine legate al processo di produzione, depositi, edifici nei quali si svolge l’attività di gestione del personale e di amministrazione. Si incomincia a parlare di architettura industriale dalla metà del ‘700, cioè a partire dall’inizio della rivoluzione industriale ma, in Italia, il decollo industriale si sviluppa in ritardo rispetto agli altri paesi europei e si evolve prevalentemente a partire dagli ultimi anni dell’Ottocento. In precedenza si hanno insediamenti industriali soprattutto di tipo artigianale ed è difficile generalizzare e parlare di tipologie costruttive perché spesso questi insediamenti costituiscono casi a sé stanti. Gli edifici industriali della seconda metà del secolo sono invece riconducibili a grandi linee a due tipologie costruttive principali :
- l’edificio multipiano;
- l’edificio monopiano ( o capannone ).
La tipologia multipiano si sviluppa su piani sovrapposti ed è quella che si differenzia meno, nello schema costruttivo, dagli edifici civili. Può essere rappresentato nella sua forma più elementare da una serie di impalcati costituenti i piani, poggianti su colonne variamente disposte in pianta. L'illuminazione è esclusivamente laterale.
La tipologia monopiano si sviluppa invece sul solo piano terreno , di derivazione dagli edifici rustici (stalle, depositi) è molto più estesa nel senso planimetrico che nell'altimetrico. (Nelva & Signorelli, 1990). Generalmente sono accostate diverse maglie modulari in modo da costituire un unico grande ambiente diviso da pilastri. Il problema dell’illuminazione è risolto mediante lucernari nella copertura, oppure, verso la fine dell’Ottocento, con la soluzione a shed caratterizzata dalla tipica successione di falde inclinate e finestrature verticali.
1.2 Gli edifici industriali monopiano
La progettazione di edifici industriali monopiano tende a sintetizzare esigenze diverse ed a volte contrastanti, coniugando le necessità architettoniche, tese a ricercare soluzioni sempre più efficaci sotto l’aspetto funzionale, con le necessità costruttive ed imprenditoriali, volte a ridurre i costi e i tempi di costruzione. Fra le diverse soluzioni possibili, le soluzioni in cemento armato prefabbricato si presentano come un’alternativa efficace ai sistemi costruttivi tradizionali; infatti a
4 differenza di questi ultimi, che impiegano leganti (malte, cementi, colle, ecc.), le strutture prefabbricate vengono assemblate meccanicamente in cantiere determinando una sensibile riduzione dei tempi di edificazione ma anche dei costi energetici in fase d’uso.
Le strutture prefabbricate per edifici industriali monopiano sono prevalentemente realizzate con elementi verticali in calcestruzzo armato ordinario (c.a.) e strutture orizzontali in cemento armato precompresso (c.a.p.). I pilastri vengono inseriti in fondazioni isolate, alle quali vengono fissati per mezzo di getti integrativi di malta ad alta resistenza ed a basso ritiro. Essi sono collegati da travi semplicemente appoggiate per attrito o tramite connessione spinottata. Le travi, a loro volta, sostengono gli elementi di copertura il cui collegamento può essere di tipo attritivo o essere assicurato da spinotti. Il sistema di chiusura esterna tipicamente impiegato è costituito da pannelli prefabbricati orizzontali o verticali, collegati rispettivamente ai pilastri o alle travi (Piras, Belleri, & Riva, 2010). (Fig.1)
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1.3 Comportamento sismico dei capannoni industriali esistenti
Le strutture prefabbricate esistenti presentano caratteristiche costruttive, qualità dei materiali e disposizione relativa degli stessi, decisamente diverse da quelle degli edifici realizzati nei decenni successivi, anche per le significative differenze normative.
L’organismo strutturale dei capannoni industriali attuali risulta generalmente caratterizzato da telai in senso trasversale e da un sistema pendolare controventato nel senso longitudinale. Lo schema statico trasversale più diffuso contempla travi principali di copertura incernierate sulla sommità delle colonne incastrate alla base mentre l’assorbimento delle azioni longitudinali è affidato ai controventi di falda e verticali i quali contribuiscono altresì a stabilizzare le travi di copertura e le colonne (Caramelli, Mazzali, & Salvatore, 2004).
Il sistema strutturale resistente dei capannoni esistenti invece è costituito generalmente da telai in un’unica direzione, spesso coincidente con la direzione più lunga dell’edificio, ortogonale all’orditura dei solai. In direzione parallela all'orditura dei solai sono in genere assenti travi di collegamento tra gli elementi verticali, pertanto, in tale direzione, il collegamento tra i pilastri è affidato soltanto al solaio. Le costruzioni venivano realizzate tenendo conto dei soli carichi verticali, per cui le strutture prefabbricate venivano progettate secondo uno schema “pendolare”, in cui le connessioni dei diversi elementi: pilastri, travi principali, travi secondarie, tegoli, ecc. erano costituiti dal semplice appoggio degli elementi gli uni sugli altri. (Vona & Masi, 2004). Nei confronti della ripartizione delle azioni orizzontali tale tipo di collegamento è soggetto a delle “labilità” intrinseche poichè fa affidamento solamente sull’attrito tra le varie parti. Nei confronti delle azioni orizzontali non sono previsti neanche sistemi resistenti che prescindano dall’attrito, come ad esempio un sistema di controventi, data l’assenza di telai longitudinali. I collegamenti tra gli elementi prefabbricati esistenti condizionano dunque in modo sostanziale il comportamento statico dell’organismo strutturale e la sua risposta sotto azioni sismiche.
Il problema relativo alla sicurezza nei confronti dell’azione sismica da parte di strutture di tipo prefabbricato si è presentato con l’evento sismico del 20-29 maggio 2012 riscontrato nelle aree della pianura padana tra le regioni Emilia Romagna, Veneto e Lombardia in particolare per quelle che erano state realizzate in aree classificate non sismiche al momento della loro costruzione. Le criticità e le possibili soluzioni dei vari elementi sono menzionati all’interno dei documenti redatti dal Consiglio superiore dei Lavori Pubblici: le “Linee guida per la valutazione della vulnerabilità e interventi per le costruzioni ad uso produttivo in zona sismica” . Il documento elenca le carenze che il tecnico incaricato è chiamato ad analizzare ai fini del rilascio, in via provvisoria, del certificato di agibilità sismica, spiegando, per ognuna di esse, che tipo di controlli
6 effettuare e quali sono i possibili interventi di risoluzione. Le carenze indicate sono fondamentalmente tre (Linee Guida,2012):
- mancanza di collegamenti tra elementi strutturali verticali e orizzontali e tra questi ultimi; - presenza di elementi di tamponatura prefabbricati non adeguatamente ancorati alle strutture
principali;
- presenza di scaffalature non controventate portanti materiali pesanti che possano, nel loro collasso, coinvolgere la struttura principale causandone il danneggiamento e il collasso.
1) Danni ai collegamenti :
La causa più frequente dei danni ai collegamenti è stata la perdita di appoggio degli elementi strutturali orizzontali (tegoli di copertura e travi) dagli elementi di supporto (travi e pilastri). (vedi fig.2a , fig.2b,fig.3 e fig.4).
(a) (b)
Figura 2 : esempi di meccanismi di collasso dei collegamenti (RELUIS, 2008)
7 2) Danni alla tamponatura :
Nelle strutture danneggiate dal sisma, si è riscontrata la presenza di differenti connessioni pannello-pilastro e pannello-trave, molte delle quali sono collassate poiché all’interno del processo progettuale i pannelli di tamponamento sono stati considerati come semplice massa portata ossia senza valutare l’interazione struttura-pannelli. In alcuni casi il loro collasso potrebbe essere stato determinato dal martellamento degli elementi di copertura o degli stessi pilastri o ancora, in corrispondenza degli spigoli, dei pannelli ortogonali. (vedi fig.5 e fig.6)
Figura 4 : perdita di appoggio della trave per rottura della connessione (Linee guida,2012)
8 3) Danni ai pilastri :
Lo schema statico del pilastro è quello di una mensola incastrata all’estradosso del bicchiere. In presenza di forti sollecitazioni, come quelle indotte da un terremoto, può accadere che il pilastro perda la verticalità a causa di una rotazione dell’intero elemento di fondazione oppure risulta più evidente la formazione di cerniera plastica che molti pilastri hanno mostrato alla base, in alcuni casi solo con formazione di fessure, in altri con espulsione di copriferro ed instabilizzazione delle barre, in carenza di armatura trasversale. (vedi fig.7, fig.8, fig.9, fig.10).
Figura 6 : crollo dei pannelli orizzontali appesi ed infilati (Linee guida,2012)
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Figura 10 : esempio di cerniera plastica alla base del plinto con instabilizzazione delle barre per carenza di
armature trasversali (Linee guida,2012)
Figura 9 : rotazione del pilastro dovuta alla
formazione di cerniera plastica alla base del pilastro (Linee guida, 2012)
Figura 8 : perdita di verticalità del pilastro per
10 4) Danni alle scaffalature :
Le scaffalature, data la massa portata, possono interagire con la stessa, causando danni alla struttura e/o perdendo il contenuto da essi portato. Le scaffalature ben controventate possono resistere al terremoto.(vedi fig.11)
Figura 11: Crollo delle scaffalature della sant'Agostino Ceramiche
