Le Strutture Prefabbricate in Italia

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CAPITOLO 2

Le Strutture Prefabbricate in Italia

La tipologia costruttiva delle strutture prefabbricate si è diffusa in Italia a seguito della Seconda Guerra Mondiale per tutti i noti vantaggi della produzione industriale. Gli elementi prefabbricati, prodotti negli stabilimenti, sono caratterizzati, infatti, da un maggiore controllo della qualità, oltre a fornire il vantaggio non trascurabile della riduzione dei tempi di costruzione.

In Italia le strutture prefabbricate sono maggiormente utilizzate nel settore industriale, dove è necessario disporre di ampi spazi, e, quindi, di strutture con larghe campate e piante regolari.

La regione colpita dal sisma del maggio 2012 è caratterizzata da un’elevata densità di strutture prefabbricate. Con riferimento ai dati del 2001 dell’ISTAT, gli edifici che si assume possano prevedere strutture prefabbricate, cioè edifici ad uso commerciale, industriale, oppure uffici ed hotel, hanno una percentuale del 3.65% in tutta Italia.

Considerando, invece, una parte dell’area colpita dal sisma del maggio 2012, in particolare i comuni di Mirandola, Medolla e S. Felice sul Panaro, questa percentuale aumenta fino al 9%, giustificando così l’influenza che il comportamento sismico di tale tipologia strutturale ha sul rischio sismico globale dell’area colpita.

Per avere un’idea della vulnerabilità delle strutture prefabbricate esistenti in Italia, è necessario rivedere brevemente l’evoluzione normativa italiana che ha regolato il progetto degli elementi e delle connessioni nelle strutture prefabbricate (Tab. 2.1)

:

⋅ La Legge 1684/’62 e la sua integrazione, Legge 1224/’64, specificano le azioni orizzontali da considerare nelle zone sismiche italiane;

⋅ Il Circ. M. LL.PP. n. 1422/’65 pone il divieto di giunti orizzontali senza dispositivi di tipo meccanico se il rapporto T/N è maggiore di 0.35;

⋅ La Legge 64/’74 introduce indicazioni specifiche per la progettazione sismica, ma

poche sulla progettazione delle strutture prefabbricate, riferendosi solamente alle

pareti strutturali prefabbricate;

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⋅ Il D.M. 3/12/’87 sottolinea il ruolo fondamentale delle connessioni, considerando anche le fasi transitorie della costruzione. Le indicazioni per il progetto degli elementi strutturali e delle connessioni rimangono limitate, ma compare per la prima volta la prescrizione che vieta l’uso di connessioni semplicemente attritive trave-pilastro in zona sismica.

⋅ L’OPCM 3274/’03 fornisce indicazioni più precise obbligatorie solo per il progetto di infrastrutture e strutture strategiche. Sulle strutture prefabbricate si identificano due tipologie strutturali: multipiano intelaiate e monopiano con colonne isostatiche, a seconda del numero di piani e della capacità delle connessioni nella trasmissione delle sollecitazioni. Per ciascuna tipologia viene fornito un fattore di struttura specifico (5.0 e 3.75, rispettivamente). Con riferimento alle connessioni, si dichiara esplicitamente il ruolo fondamentale di tali elementi sulla risposta sismica dell’intera struttura. Nel caso delle strutture monopiano con colonne isostatiche, tipologia strutturale del nostro caso studio, il collegamento tra pilastro ed elemento orizzontale può essere di tipo fisso (rigido o elastico) oppure scorrevole. Le connessioni devono assicurare la trasmissione delle forze orizzontali nella situazione sismica di progetto senza fare affidamento all’attrito. Per le connessioni fisse si considera il principio della gerarchia delle resistenze: la resistenza della connessione deve essere superiore della forza orizzontale che provoca la resistenza ultima alla base della colonna in termini di momento flettente.

⋅ L’EC8, in vigore in Europa e non obbligatorio in Italia, sottolinea l’importanza di adeguate connessioni tra gli elementi strutturali, trave-colonna e copertura-trave.

Richiede di trascurare la resistenza attritiva nella valutazione della capacità della connessione nei confronti delle forze di scorrimento.

⋅ Il D.M. 14/01/’08 è l’attuale codice per le costruzioni in Italia, che presta maggiore

attenzione alle strutture prefabbricate prendendo la struttura principale

dell’OPCM 3431/’05 (modifiche ed integrazioni all’OPCM 3274/’03) e adottando

alcune prescrizioni dell’EC8. Con riferimento ai sistemi a pilastri prefabbricati, si

considerano le due categorie dell’OPCM 3431, cioè sistemi intelaiati e sistemi a

pilastri isostatici. Nel primo caso si hanno strutture con connessioni continue o

incernierate, mentre nel secondo caso si hanno strutture monopiano con travi

incernierate ad un estremo e libere di scorrere nell’altro. Inoltre i collegamenti

devono trasferire le forze orizzontali indotte dal carico sismico di progetto, senza

tener conto della resistenza attritiva; quest’ultima prescrizione vale anche per le

connessioni copertura-trave. Nel caso in cui i provvedimenti relativi alle

3 connessioni non siano rispettati, il codice, obbliga ad una riduzione del 50% del fattore di struttura nelle analisi lineari.

Codice Prescrizioni per le

strutture prefabbricate Divieto di connessioni attritive Obbligatorietà

Legge 1684/’62 No - Si

Legge 1224/’64 No - Si, integra la Legge 1684

Circ. M. LL.PP. n1422/’65 No Si, se T/N>0.35 Si, integra la Legge 1224

Legge 64/’74 Si - Si, Sostituisce i codici

precedenti

DM 3/12/1987 Si In zona sismica Si, integra la Legge 64

OPCM 3274/’03 Si Si Si, solo per infrastrutture e

costruzioni strategiche

EC8 Si Si No

DM 14/01/’08 Si Si

Si, integra la Legge 64 e sostituisce le precedenti

integrazioni Tabella

Tabella Tabella

Tabella 1 1 1.1 1 .1 .1 .1 - Evoluzione della normativa italiana sulle costruzioni in zona sismica

Da questo excursus si può vedere come fino al 1984 ancora la regione Emilia Romagna non era contemplata tra le zone sismiche. Solo nel 2003 (OPCM n. 3274), questa viene inclusa all’interno delle zone sismiche. Di conseguenza, si prevede che tutte le strutture costruite, almeno fino al 2003, non siano state progettate con criteri e dettagli antisismici;

per questo stesso motivo la vulnerabilità sismica delle strutture costruite è attesa essere considerevolmente elevata se paragonata alle zone classificate come sismiche alcuni decenni prima.

2.1 I danni prodotti dal sisma sui capannoni prefabbricati

L’Emilia Romagna ha un’elevata densità di strutture prefabbricate, la cui tipologia è stata

tra le categorie maggiormente colpita durante gli eventi sismici di maggio 2012. Da

un’ispezione diretta delle zone industriali a ridosso dell’epicentro, si è riscontrato, che

oltre la metà delle strutture prefabbricate esistenti ha esibito danni significativi agli

4 elementi strutturali, oltre al collasso di alcuni elementi non strutturali, quali pannelli di tamponatura esterna.

Gran parte di queste strutture presenta connessioni il cui meccanismo di trasmissione delle sollecitazioni è basato semplicemente sull’attrito, sia nel caso di connessione tra gli elementi di copertura e le travi, che nel caso di connessione tra gli elementi orizzontali (travi) ed i pilastri. La mancanza di dispositivi meccanici per la trasmissione delle azioni orizzontali è stata la principale causa di danneggiamenti locali o globali (Fig. 2.1): la limitata resistenza fornita dai meccanismi attritivi ha causato, in diversi casi la perdita di appoggio degli elementi strutturali dai relativi elementi di supporto

.

Figura 2.1 Figura 2.1 Figura 2.1

Figura 2.1 - Crollo per perdita di appoggio trave-colonna

La Figura 2.2a mostra un edificio monopiano prefabbricato in cui il collasso delle connessioni attritive ha provocato la perdita di appoggio dei tegoli di copertura dalla trave principale. La Figura 2.2b. invece, mostra la perdita di appoggio di una trave principale dal pilastro provocando, di fatto, l’inagibilità irreversibile dell’intero edificio.

(a) (b)

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Figura Figura Figura

Figura 2.2 2.2 2.2 - (a) Collasso dei tegoli di copertura causato dalla perdita di appoggio dalla trave principale; 2.2 (b) Perdita di appoggio della trave dal pilastro

Anche in presenza di connessioni di tipo meccanico, si sono registrati alcuni casi di crisi delle connessioni stesse, dovute essenzialmente all’assenza di dettagli sismici.

Le sollecitazioni indotte dai due eventi principali hanno provocato diversi tipi di danneggiamento ai pilastri, come: la perdita di verticalità, dovuta ad una non accertata rotazione a livello della fondazione; la formazione di cerniere plastiche alla base dei pilastri (Fig. 2.3a) dovuta a un’estesa fessurazione o un inadeguato passo e diametro delle staffe nella zona critica della colonna (Fig. 2.3b), con instabilizzazione delle barre longitudinali; la crisi a taglio per l’interazione del pilastro con il sistema di tamponamento in laterizio (Fig.2.3c).

(a) (b) (c)

Figura Figura Figura

Figura 1 1 1.3 1 .3 .3 .3 - Danni ai pilastri: (a) fessurazione alla base del pilastro; (b) formazione della cerniera plastica alla base del pilastro e conseguente instabilizzazione delle barre longitudinali; (c) crisi a taglio del pilastro dovuta

all’interazione con la tamponatura esterna

Altri danni frequenti sono stati rappresentati dal crollo dei pannelli di tamponamento,

costituiti prevalentemente da calcestruzzo. Il crollo di tali elementi si è verificato sia nella

tipologia orizzontale (Fig. 2.4a) che verticale (Fig. 2.4b). Le cause di tale collasso possono

essere dovute a: una non adeguata progettazione sismica per i sistemi di connessione

pannello struttura, progettati generalmente solo per carichi verticali e per le azioni da

vento; fenomeni di martellamento dei tegoli di copertura, dei pilastri o di pannelli

prefabbricati ortogonali; fenomeni di interazione tra pannelli e struttura, che hanno

indotto forze aggiuntive nei dispositivi di connessione non considerate in fase di

progettazione.

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(a) (b)

Figura 2.4 Figura 2.4 Figura 2.4

Figura 2.4 - (a) Collasso dei pannelli di tamponatura orizzontali prefabbricati; (b) Collasso di pannelli di tamponatura verticali prefabbricati

Evidenziando, quindi, che la perdita di appoggio è stata la principale causa di collasso con connessioni semplicemente attrattive risulta che tale tipologia è la più diffusa negli edifici dell’Emilia poiché fino al 2003, questa è stata definita zona “non sismica”.

Possiamo così concludere, che i danni causati dai sistemi di connessione sono

essenzialmente giustificati dalla rarità dell’evento e dall’esclusione della zona epicentrale

dalla classificazione sismica di normativa fino al 2003, permettendo l’utilizzo di

connessioni facenti affidamento sul solo attrito. Inoltre, confrontando gli spettri di risposta

registrati nella zona epicentrale e la resistenza delle connessioni trave-pilastro basate

sull’attrito neoprene-calcestruzzo, si trova che, nel caso in cui la resistenza a taglio di tali

connessioni venga attinta prima della formazione di cerniere plastiche nei pilastri, le

strutture prefabbricate subiscono una perdita di appoggio dei loro elementi orizzontali,

allorché sottoposte all’eccitazione sismica registrata nella zona epicentrale

.