Robustezza delle strutture prefabbricate. La Guida fib

Memoria tratta dagli Atti delle GIORNATE AICAP 2014 - Bergamo 22-24 maggio 2014

Il requisito di “Robustezza” è sempre stato presente nelle norme tecniche per le strutture, in forma generica. Solo in tempi recenti i principi e le regole per soddisfarlo si vanno esplicitando. In particolare la fib, promotrice da mezzo secolo della valutazione della sicurezza e dell’evoluzione dei codici per il calcestruzzo strutturale, ne tratta ampiamente nel suo Nuovo Codice Modello MC2010.
Nella prefabbricazione si è sempre provveduto a collegare elementi separati per comporre le strutture. Sin dalla fase concettuale del progetto, il problema è presente. In pratica, quindi, questa tecnica per prima ha dovuto focalizzarsi sui modi di tenere insieme le strutture, cioè di dotarle di robustezza, con ciò anticipando concetti e soluzioni, che risultano poi validi anche per le strutture eseguite in opera “monoliticamente”, troppo facilmente considerate robuste intrinsecamente.
Così, la prefabbricazione si è trovata ad anticipare anche l’esplicazione di regole dettagliate per la progettazione in funzione della robustezza, con una Guida Pratica, fornita di esempi e particolari costruttivi, che implementano i principi del MC 2010.
In questo articolo se ne illustrano e commentano i contenuti.

INTRODUZIONE
La robustezza rappresenta la capacità di una struttura di opporsi ad azioni eccezionali , non contemplate fra le azioni prevedibili di norma nell’esercizio ordinario della costruzione, limitandone ragionevolmente le conseguenze; più precisamente, andando incontro solo a inevitabili rotture circoscritte, pur accettando il superamento degli stati limite convenzionali di esercizio e in parte ultimi.
La robustezza assicura quindi che il danno (collasso) della struttura non sia sproporzionato e in particolare non si propaghi rispetto a quello direttamente provocato dall’evento eccezionale.
Tale requisito è stato sempre menzionato nella normativa tecnica in forma generica ma vi riceve oggi un’attenzione crescente e vieppiù dettagliata.

Il nuovo Codice Modello fib MC 2010 [4] è, come dice il nome, studiato per ispirare la normativa tecnica a venire sulle strutture in calcestruzzo. Riguarda il “calcestruzzo strutturale”, con cui s’intende, come noto, tutto ciò che un tempo era chiamato da noi cemento armato, cemento armato precompresso e cemento non armato. Il MC 2010 è un documento molto avanzato, allineato con lo stato dell’arte, come lo sono stati gli omologhi codici modello, prodotti con cadenza ventennale dai predecessori di fib, CEB e FIP, che sono serviti in particolare per l’elaborazione degli Eurocodici strutturali. Al di là di tale funzione, esso può fornire validi modelli e riferimenti operativi in problemi ancora non trattati dalle norme tecniche ufficiali.
La fib ha prodotto inoltre una Guida Pratica [6] per progettare in funzione della robustezza le strutture prefabbricate. Questo è il primo documento applicativo che tratta la materia (Fig. 1).

 

Fig. 1 – Guida fib Robustezza strutture prefabbricate

 

 

 

 

 

 

 

 

AZIONI ECCEZIONALI
Le azioni eccezionali si materializzano molto raramente e sono meno prevedibili, nella natura nell’ intensità e nel tempo, di quelle ordinarie ma possono provocare danni catastrofici. Esse (dette “accidentali” internazionalmente) possono essere rappresentate dall’impatto di un mobile (veicolo terrestre, mezzo operativo, natante, aereo) o di materiali, detriti o proietti vari; da un’esplosione casuale o dolosa; da un terremoto o maremoto in zona consideratane non soggetta, in assoluto o per l’intensità riscontrata; da alluvioni, eruzioni, frane, valanghe, crolli di adiacenze; da errori di progettazione e/o di esecuzione; da deterioramento di elemento strutturale. La definizione può essere rivolta anche all’incendio, alla cui resistenza però viene dedicata da più tempo una trattazione specifica nelle norme tecniche.
La robustezza deve essere quindi una proprietà qualitativa intrinseca della struttura per fronteggiare tali azioni, limitandone o circoscrivendone le conseguenze, associata a una strategia, volta a evitarle o ridurle dall’origine.
Il requisito di robustezza è un componente del concetto più ampio di “affidabilità” di una struttura come sistema.

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Fig.2 – Danno locale da esplosione può minare l’intera struttura

La necessità di imporre un tale requisito divenne evidente a seguito del noto episodio del 1968 a Londra, quando in un edificio di 22 piani a Ronan Point precipitarono tutti i vani sulla verticale corrispondente a quello in cui era avvenuto uno scoppio di gas (Fig. 3).

Fig.3 – Collasso progressivo di un angolo della torre di Ronan Point con l’ambiente luogo dell’esplosione di gas al 16° piano

Vari episodi simili si sono verificati successivamente, fra cui quello delle torri gemelle di New York per l’attentato del 2001, che hanno portato ad approfondire le conoscenze in materia, a cercare un approccio razionale al problema e criteri per farvi fronte, con l’implementazione di regole adeguate per la prevenzione.
Negli Eurocodici EC 0 [1] ed EC 1 [2] la robustezza è definita come la “capacità di una struttura di subire eventi come incendi, esplosioni, urti o conseguenze di errori umani, senza essere danneggiata in modo sproporzionato rispetto alla causa originante”.
Vi si considerano due strategie nei riguardi degli eventi eccezionali.
La prima, basata su azioni definite (esplosione interna, urto, …), comprende vari strumenti, come: progettare la struttura per resistere all’azione; prevenire e/o ridurre dell’intensità dell’azione. La seconda è orientata a limitare comunque la propagazione del danno, mediante: ridondanza (percorsi di scarico alternativi); elementi chiave resistenti all’azione eccezionale; prescrizioni di dettaglio (su integrità, duttilità, …). In relazione alla necessità di difesa da tali azioni, le strutture sono suddivise in “classi di conseguenza”.
Qualitativamente il concetto di robustezza è chiaro. Peraltro, misure quantitative per la valutazione e i provvedimenti sono più complessi. Le specifiche dei codici riguardo alla robustezza per ora non hanno raggiunto un approfondimento pari a quelle per le normali verifiche di resistenza.
Un’analisi molto ampia della questione, con esempi e riferimenti, è trattata nel Rapporto COST “Structural Robustness Design for Practising Engineers” [3]. Gli approcci possono considerarsi di due tipi:
- metodi pratici di valutazione, in cui si modella il comportamento della struttura in un dato scenario di azioni;
- studi di affidabilità o di rischio, riferiti a un sistema soggetto a ipotesi più generali di potenziali scenari di azioni.

I metodi di progetto sono classificati come segue:

a) controllo dell’evento, che influisce sulla probabilità del verificarsi dell’azione data E, mediante: ubicazione, forma e struttura dell’opera, limitazione di carichi d’incendio, sistemi di rilevazione e spegnimento, allontanamento di materiali pericolosi, protezioni dall’urto, controllo di qualità in costruzione, manutenzione, ecc. (Fig. 4);

b) resistenza specifica all’effetto, ad es. con dimensionamento ad hoc di elementi portanti chiave per una data azione E, che influisce sulla probabilità del danno locale (diretto), attraverso la quale si riduce la vulnerabilità della struttura;

c) percorsi alternativi per i carichi, elementi di sacrificio: dato un danno locale, influiscono sulla probabilità di rotture e collassi a catena “indiretti”;

d) misure per ridurre le conseguenze dei collassi, come compartimentazione, rifugi, ecc.

Fig. 4 – Esempio di migliore distribuzione di ambienti pericolosi

ALL'INTERNO DELL'ARTICOLO SI APPROFONDISCONO:

  • IL CODICE MODELLO fib MC 2010
  • STRUTTURE PREFABBRICATE
  • LA GUIDA fib

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