Criticità strutturali dei sistemi di copertura Bacacier: due casi studio

Una soluzione alternativa alla classica copertura a doppio T per strutture prefabbricate, che si sta imponendo sul mercato negli ultimi anni, è costituita da un sistema misto in cui arcarecci in c.a.p. sono collegati da una lamiera grecata in acciaio. I principali vantaggi della soluzione sono la leggerezza, la velocità di montaggio e l’economicità iniziale. Condizioni di maturazione non ottimali (e.g. posizione non verticale) come pure ingenti forze agenti possono inficiare il comportamento a trave degli elementi in C.A.P. Si analizzano e si documentano due casi studio: un’indagine sperimentale condotta su una porzione significativa di copertura mista per indagare le ragioni di un collasso parziale indotto da un forte temporale estivo e un’analisi numerica tesa a valutare gli effetti di torsione indotti da una freccia residua laterale all’atto della posa in opera dovuta ad uno stoccaggio mal eseguito con perdita di linearità del comportamento meccanico. Con riferimento a quest’ultimo caso, si descrive un intervento di rinforzo che prevede l’utilizzo di puntoni in acciaio, l’inserimento di forcelle laterali antiribaltamento e la fasciatura in FRP del bulbo inferiore agli estremi. Tale proposta progettuale di rinforzo ha consentito l’utilizzo degli elementi non conformi, peraltro già in opera, evitando ritardi di consegna e ingenti costi di rimozione, produzione e sostituzione.

Il sistema Bacacier è costituito da arcarecci in c.a.p. collegati da una lamiera grecata in acciaio

Le tecnologie costruttive relative alle coperture prefabbricate hanno subito nel dopoguerra un profondo cambiamento (Dassori, 2001), passando dalle classiche voltine in muratura ai sistemi a shed composti in opera, giungendo ai tegoli prefabbricati completi di finitura e caratterizzati da forme semplici come i Pi- greco (di Prisco et al., 1990; di Prisco, 1990) a forme sempre più ardite come i silberkhul (Buracchi et al., 1992) e arricchite da particolari di design tipici degli elementi alari simmetrici e dissimmetrici (di Prisco, Dozio, 2005; di Prisco et al. 2013). Questi ultimi si sono imposti sul mercato dalla fine degli anni ’80 fino ai giorni nostri. A seguito della crisi della prefabbricazione in Italia degli anni 2009-2014 per edifici industriali adibiti alla logistica si è imposto progressivamente il sistema di origine francese Bacacier, costituito da arcarecci in c.a.p. collegati da una lamiera grecata in acciaio.

I principali vantaggi di questo sistema costruttivo, se paragonato con le coperture prefabbricate di edifici industriali realizzate mediante tegoli a π, per un confronto accettabile in termini di economia, sono la leggerezza e la velocità di assemblaggio, cui si aggiungono l’economicità e un comportamento energetico accettabile.

L’articolo si propone di indagare nel dettaglio alcune criticità strutturali emerse in coperture realizzate mediante questa tecnologia. In particolare, si fa riferimento a due casi studio. Il primo riguarda il collasso parziale di una copertura dovuto al crollo di un arcareccio precompresso di bordo, avvenuto in seguito al manifestarsi di un forte temporale. Il secondo, invece, è relativo alla posa in opera di arcarecci caratterizzati, già in fase di montaggio, da una freccia fuori piano di entità superiore ai limiti previsti da normativa, soggetti ad apposito rinforzo per evitarne lo smontaggio e la sostituzione che avrebbe comportato ritardi nell’avvio della produzione di una vetreria.

Descrizione del sistema costruttivo

Il sistema costruttivo della copertura, mostrato in Figura 1, è caratterizzato dalla presenza dei seguenti elementi:

• travi principali precompresse ad I, nelle quali sono annegate le boccole per il collegamento degli arcarecci;
• arcarecci precompressi, con forma a T, che fungono da travi secondarie, aventi a ciascuna estremità una sella, nella quale è ospitata la barra filettata che viene avvitata alla boccola posta nella trave principale; una volta fissata la barra alla boccola, l’alloggiamento della barra viene riempito mediante malta cementizia colabile; (Figura 2);
• lamiera grecata in acciaio connessa agli arcarecci in corrispondenza di ogni nervatura mediante viti autofilettanti.

Primo caso studio: collasso di un arcareccio di bordo

Descrizione dell’accaduto

Nel 2019, in occasione di un evento meteorologico estivo di particolare intensità caratterizzato da forte pioggia, raffiche di vento e grandine, si è verificato il crollo di un arcareccio di bordo di un capannone che ospita funzioni legate all’attività logistica, a cui era fissata la facciata. In particolare, l’arcareccio si è spezzato in due parti e, conseguentemente, è crollato sul solaio in carpenteria metallica del piano mezza- nino per poi arrestarsi sulla pavimentazione del piano terra. Il crollo dell’arcareccio ha causato il crollo di una porzione della copertura, senza arrecare danni a persone.

Prova di carico

La prova di carico, effettuata da Tecno Piemonte, è stata finalizzata a comprendere il grado di interazione fra i vari arcarecci, collegati mediante la lamiera grecata, quando l’arcareccio di bordo è soggetto all’azione del vento in depressione. In particolare, si è simulata la presenza di un carico da vento agente sull’arcareccio in depressione (condizione più critica), con l’eventuale presenza di un carico verticale prodotto dalla grandine ridotto.
Nella prova (Figura 3) sono stati assunti tutti i particolari di collegamento tra arcareccio-trave e lamiera-arcareccio descritti nei disegni progettuali.

In particolare, l’arcareccio è vincolato alla trave di bordo per mezzo di una barra filettata Ø20, classe S235, inferiormente avvitata ad una boccola M20 predisposta nella trave e, superiormente, all’arcareccio per mezzo di piatto forato e bullone classe 8.8; lo spazio tra barra e arcareccio viene riempito con un getto di malta colabile. La lamiera, invece, è collegata in asse all’arcareccio con n. 3 viti autofilettanti Ø6.3 in acciaio S280GD ogni 87 cm (corrispondente alla larghezza di una lastra singola di lamiera grecata).

Lo schema di carico è mostrato in Figura 3. Si noti che le forze vengono applicate direttamente al dispositivo di ancoraggio in acciaio presente nelle anime dell’arcareccio, in corrispondenza delle quali era posto il collegamento dei profili in acciaio della parete esterna.

Tale parete è realizzata con pannelli prefabbricati orizzontali fino al piano del mezzanino ed è costituita nella parte superiore da pannelli “sandwich” di lamiera coibentata, disposti orizzontalmente e sostenuti da 3 montanti verticali IPE200 nell’interasse tra i pilastri. I montanti verticali sono fissati inferiormente ai pannelli prefabbricati e superiormente all’arcareccio di estremità mediante un giunto metallico tassellato.

La forza massima applicata è risultata pari a 30 kN, valore che corrisponde approssimativamente a quello calcolabile sulla base del decreto ministeriale del 2018 per lo SLU. Tale carico corrisponde ad un evento meteorico eccezionale, compatibile con quello che è stato causa del collasso, ed è caratterizzato da un periodo di ritorno di 100 anni, valore superiore a quello considerato genericamente in sede progettuale (pari a 50 anni).

Durante la prova sono stati eseguiti tre cicli di carico: nel primo sono stati considerati incrementi di carico di 5 kN, sia per la fase di carico, sia per quella di scarico. Nel secondo e nel terzo ciclo, invece, è stato applicato un incremento di carico di 10 kN. Solo nel terzo ciclo è stato aggiunto un carico verticale di 2308 kg, costituito da fasci di barre di arma- tura di lunghezza 12 m posizionati in asse del primo arcareccio, al fine di simulare la presenza di ghiaccio sulla lamiera. Tale carico corrisponde ad un carico distribuito sull’area di influenza dell’arcareccio, relativa ai 12 m centrali, di 65.8 kg/m².

Durante la prova non sono state evidenziate fessure in nessun elemento strutturale. Scontati i valori di assestamento iniziali, i valori ottenuti al massimo carico applicato corrispondenti all’azione di vento in depressione denotano un comportamento del tutto elastico del sistema, fatto salvo alcuni scorrimenti parziali distribuiti nei collegamenti tra i fogli di lamiera e tra questi e l’arcareccio.

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