Studio sperimentale di connessioni meccaniche per pannelli di tamponamento prefabbricati in c.a.

Memoria presentata alle XVI Giornate ANIDIS

Emanuele Del Monte*, Cesare Falsini**, Saverio Giordano*, Maurizio Orlando*, Andrea Vignoli*
* Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale. Via di Santa Marta 3, 50139 Firenze
**Baraclit S.p.A. Loc. Pianacci 19, 52011 Bibbiena (AR)

ABSTRACT
Gli eventi sismici degli ultimi anni (L’Aquila 2009 ed Emilia 2012) hanno evidenziato importanti criticità dei sistemi di connessione meccanica utilizzati nelle strutture prefabbricate per il fissaggio dei pannelli di tamponamento in c.a. Quasi sempre questi dispositivi sono concepiti in modo tale da lasciare libero lo spostamento relativo tra la struttura ed i pannelli di tamponamento nel loro piano, ma purtroppo questo tipo di comportamento è stato molto spesso disatteso.
La presente memoria descrive i risultati di una campagna sperimentale condotta presso il laboratorio del Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale dell’Università degli Studi di Firenze, commissionata dalla Società Baraclit S.p.A., allo scopo di verificare il reale comportamento dinamico di diversi sistemi di connessione meccanica di pannelli verticali e orizzontali alle strutture prefabbricate. Tutti i sistemi studiati sono del tipo che consente lo spostamento relativo nel piano dei pannelli tra questi e la struttura prefabbricata. Allo scopo è stato progettato e realizzato un particolare setup di prova per l’esecuzione di prove dinamiche, con le quali è stato possibile verificare l’effettivo scorrimento garantito dalle connessioni.
La sperimentazione ha coinvolto circa 20 tipologie di connessione e ha permesso di progettare, validare ed infine brevettare i nuovi sistemi di collegamento scorrevoli SISMOSAFE® WALL adatti sia per pannelli orizzontali sia per pannelli verticali.

1 INTRODUZIONE
Gli edifici industriali prefabbricati in c.a. presenti nel panorama edilizio italiano sono generalmente caratterizzati da elevata deformabilità sotto carichi orizzontali, che comporta elevati spostamenti in presenza di azioni sismiche.
Si tratta molto spesso di edifici monopiano con altezze interne comprese tra 5 e 10 metri, costituiti da pilastri in c.a.v. incastrati al piede in plinti a bicchiere che possono essere privi di cordoli di collegamento. Le coperture sono formate da tegoli in calcestruzzo armato precompresso (c.a.p.) di luce variabile tra 10 e 30 metri, appoggiati su travi di banchina, anche esse in c.a.p. e di lunghezza compresa tra 10 e 15 metri.
In generale i sistemi di tamponamento sono realizzati con pannelli in c.a. aventi uno sviluppo verticale oppure orizzontale a seconda delle necessità architettoniche ed ancorati alla struttura principale con profili di ancoraggio preinstallati (“anchor channel”).
Gli eventi sismici accaduti negli ultimi anni in Italia (L’Aquila 2009 ed Emilia 2012) hanno evidenziato un’importante carenza della maggior parte dei sistemi di connessione meccanica utilizzati per fissare i pannelli di tamponamento in c.a. alla struttura prefabbricata. Questo perché tali sistemi sono stati progettati per resistere ad azioni fuori piano proporzionali alla massa del pannello, mentre per azioni nel piano sono stati concepiti per avere una risposta sismica indipendente da quella della struttura. Purtroppo in molti casi questo comportamento è stato disatteso, come testimoniano i danni subiti dagli edifici prefabbricati a seguito dei recenti eventi sismici italiani (Toniolo and Colombo 2012, Savoia et al. 2012, Magliulo et al. 2014).

Le cause sono quasi sempre riconducibili a difetti di montaggio dei profili “anchor channel” sulle travi di bordo oppure alle difficoltà di scorrimento dei dispositivi metallici all’interno degli stessi “anchor channel”. Quando le connessioni metalliche non riescono a rendere indipendente il moto della struttura rispetto ai pannelli di tamponamento, esse raggiungono rapidamente il limite di rottura con il conseguente distacco e ribaltamento dei pannelli, perché non sono state dimensionate per accoppiare i due sistemi. Qualora invece il collasso delle connessioni non venga raggiunto, il contributo dei tamponamenti alla risposta sismica globale determina un cambiamento delle forme modali nonché delle frequenze proprie della struttura, con conseguente variazione delle azioni sui sistemi sismo-resistenti rispetto alla soluzione progettuale che trascura l’effetto di irrigidimento prodotto dai pannelli di tamponamento (Henry and Roll 1986, Piras et al. 2010).

Per rendere indipendente il moto di una struttura rispetto alla tamponatura è possibile adottare diverse soluzioni (Toniolo and Colombo 2012, Dal Lago et al. 2012). Tra queste, nella presente ricerca viene esaminato un tipo di
connessioni compatibili con gli schemi statici riportati in Figura 1. In particolare sia per pannelli verticali sia per pannelli orizzontali si considera un sistema di connessioni che nel piano della tamponatura sono riconducibili ad una
cerniera fissa e ad un carrello con direzione efficace verticale alla base, mentre fuori piano sono costituiti da carrelli con direzione efficace orizzontale sia alla base sia in sommità. Questo comporta che in presenza di pannelli verticali la struttura principale nel proprio piano oscillerà in maniera disaccoppiata dai pannelli, mentre fuori piano i pannelli seguiranno il moto vibratorio della struttura principale e trasmetteranno ad essa una forza inerziale proporzionale alla metà della loro massa.

Le connessioni tra la struttura prefabbricata ed i pannelli devono essere in grado di permettere elevati spostamenti relativi tra i due sistemi. Infatti l’attuale Normativa Italiana (D.M. 2008) definisce un limite per lo spostamento
relativo allo stato limite di danno (SLD) pari a un centesimo dell’altezza dell’edificio, cosicché già per strutture alte 10 m, si ha un valore limite dello spostamento relativo di 10 cm. Allo stato limite di salvaguardia della vita (SLV) i valori di
spostamento sono ancora più alti.

In presenza invece di pannelli orizzontali il comportamento è analogo a quello dei pannelli verticali, ma essendo i pannelli impostati su mensole aggettanti dai pilastri (ad eccezione del pannello a terra) la loro massa inerziale graverà interamente sulla struttura in entrambe le direzioni. Per quanto riguarda gli spostamenti relativi assorbiti dalle connessioni, saranno più contenuti essendo l’altezza dei pannelli pari a circa 2 m, ovvero dell’ordine di qualche centimetro.

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