L'articolo analizza le procedure di dimensionamento degli interventi locali per la messa in sicurezza sismica di edifici industriali prefabbricati. Attraverso il richiamo alle Linee Guida Reluis e l'analisi di un caso studio reale, viene illustrato come eliminare le carenze strutturali (mancanza di collegamenti tra gli elementi), senza alterare il comportamento globale della struttura. Particolare attenzione è rivolta all'uso di dispositivi dissipativi (SismoCell, SismoBox e SismoShock) che permettono di proteggere le strutture prefabbricate esistenti eliminandone le principali vulnerabilità, evitando incrementi di rigidezza che possono impattare in modo negativo sul comportamento globale della struttura e garantendo la conformità alle NTC 2018.

Cosa sono gli interventi locali nei capannoni prefabbricati

Gli interventi locali sono definiti dalle Norme Tecniche per le Costruzioni come interventi che non modificano il comportamento complessivo della struttura. La stessa normativa propone delle casistiche che possono avere risoluzione con questa tipologia di interventi. In particolare, gli interventi locali possono essere eseguiti per migliorare le caratteristiche di resistenza e/o di duttilità di elementi strutturali e per evitare meccanismi di collasso locale delle strutture.

La normativa precisa anche che, per questa tipologia di intervento, il dimensionamento potrà essere riferito ai soli elementi interessati dall’intervento, documentando gli incrementi di resistenza e/o di duttilità che ne conseguono.
Nel caso dei capannoni prefabbricati non progettati per le azioni sismiche, gli interventi locali sono generalmente utili per eliminare le principali carenze strutturali nei confronti delle azioni sismiche. Le carenze strutturali si riferiscono alla mancanza di collegamenti tra elementi strutturali verticali ed elementi strutturali orizzontali e presenza di elementi di tamponatura prefabbricati non adeguatamente ancorati alle strutture.

Eseguire interventi locali diffusi sulla struttura con dispositivi dissipativi tipo Sismocell consente di ridurre l’azione sismica sul prefabbricato, riducendo l’intensità dello spettro sismico in accelerazione, soprattutto nel campo di valori più elevati (vedi figura 1).

Per un approfondimento sull’inquadramento normativo degli interventi locali si rimanda all’articolo: “Gli interventi locali nella messa in sicurezza sismica degli edifici industriali prefabbricati”.

Il dimensionamento degli interventi locali

Nel caso dei capannoni prefabbricati non progettati per le azioni sismiche, gli interventi locali sono generalmente dimensionati facendo riferimento a schemi semplificati del comportamento strutturale. Le Linee Guida Reluis (2012) forniscono dei criteri di dimensionamento delle connessioni con cui eliminare le carenze strutturali realizzando dei collegamenti tra elementi prefabbricati ed evidenziano, tra l’altro, che nelle strutture non progettate per azioni sismiche, i pilastri non hanno adeguate resistenze e duttilità.

Quindi un incremento di rigidezza può comportare la crisi per resistenza delle sezioni alla base dei pilastri. Nel caso in cui si incrementi la rigidezza e quindi si modifichi lo schema statico della struttura nasce l’obbligo di verifica di sicurezza sismica dell’intera struttura.

In un contesto di interventi locali, la valutazione dell’azione sismica può essere fatta considerando uno schema costituito da pilastri incastrati alla base, con massa concentrata in sommità.

Il dimensionamento degli interventi può quindi essere eseguito considerando l’edificio come un oscillatore semplice caratterizzato da una rigidezza pari alla somma della rigidezza di tutti i pilastri, e da una massa pari a quella della struttura di copertura (Wtot).

Definito il periodo proprio della struttura, il taglio totale alla base (V_tot) può essere calcolato con la seguente formula:

dove S_a(T₁) è la pseudo-accelerazione spettrale.

Il taglio alla base di ciascun pilastro (Vi) può quindi essere determinato a partire dal taglio totale, ripartendolo proporzionalmente alla sua area di influenza, e quindi proporzionalmente al peso supportato, nel caso che l’impalcato non sia ipotizzabile come infinitamente rigido, secondo la formula seguente.

I collegamenti possono quindi essere dimensionati per le forze di inerzia (Fi), relative a ciascun elemento da collegare, pari al prodotto tra la massa dell’elemento da collegare e degli elementi portati (Wi), moltiplicato per la pseudo-accelerazione spettrale Sa(T1), secondo la formula:

Esempio pratico di dimensionamento di un capannone in Emilia

Si riporta un esempio di dimensionamento degli interventi locali per un capannone industriale prefabbricato realizzato nel 1998, in provincia di Reggio Emilia, in assenza di progettazione antisismica.

La struttura è un tipico edificio prefabbricato in c.a. con travi di bordo e tegoli che coprono la singola campata a pianta rettangolare, con zona uffici a più livelli nella porzione di estremità.

La struttura ha un’altezza totale di 10 metri da piano campagna con pilastri alti 8,30 metri. Nella zona produttiva dell’edificio si trovano 12 pilastri con sezione 50x60 cm, armati con 8 Ф22 in acciaio FeB44k.

Il periodo proprio della struttura e la conseguente accelerazione sismica spettrale possono essere definiti secondo le indicazioni Reluis, come sintetizzato nella tabella seguente.5

La forza orizzontale di progetto dei collegamenti delle travi principali risulta dal prodotto della massa di trave e tegoli poggianti sulla stessa (512,3 kN) per l’accelerazione sismica spettrale (0,185 g), divisa per le due estremità di collegamento della trave ai pilastri: F = 68,7 kN.

Considerando le forze trasmesse dalle due travi collegate al pilastro e l’altezza del pilastro (8,3 m), il momento alla base del pilastro risulta pari a MX,Ed = 1141 kNm. Il momento resistente massimo della sezione del pilastro, in condizioni di presso-flessione, risulta di MX,Rd = 547,2 kNm. La resistenza del pilastro è circa la metà del massimo momento che sarebbe trasmesso da un collegamento rigido della trave in sommità.

Applicando il principio di gerarchia delle resistenze, volendo che il dispositivo dissipativo si attivi prima del danneggiamento del pilastro, si prevede di installare dei fusibili dissipativi tipo SismoCell da 30 kN, per ciascuna estremità della trave.

Il dimensionamento della carpenteria e degli ancoraggi dei dispositivi è definito assumendo il maggiore tra i due seguenti valori:

• la forza massima indotta dall’azione sismica nei collegamenti;
• la forza corrispondente alla taglia del dispositivo, moltiplicata per un fattore di sovra-resistenza.

Gli ancoraggi e la carpenteria di collegamento del dispositivo saranno dimensionati per la forza massima calcolata nel nodo trave-pilastro, pari a 68,7 kN, inferiore alla resistenza del fine corsa del dispositivo che garantisce una resistenza di oltre 140 kN.

In modo del tutto analogo si può procedere per il dimensionamento dei collegamenti dei tegoli a doppio T, definendo l’azione sismica come prodotto della massa del tegolo per l’accelerazione spettrale che tiene conto di un’amplificazione per la quota e di una riduzione per fattore di struttura.

Si determina un’azione all’estremità del tegolo di 20 kN circa, che, prevedendo di installare un dispositivo su ognuna delle due anime del tegolo, diventano 10 kN. Si possono pertanto ipotizzare dei dispositivi da 7,2 kN, con ancoraggi sovradimensionati con adeguato fattore di sicurezza.

Per completare la messa in sicurezza per le principali carenze strutturali, si inseriscono dei collegamenti integrativi tra struttura e pannelli di tamponamento con dispositivi SismoShock, che limitano le azioni impulsive al distacco.

Perché usare dispositivi dissipativi nei collegamenti strutturali

L’impiego dei dispositivi antisismici Sismocell consente di proteggere la struttura con interventi semplici e poco invasivi. Installando SismoCell e SismoBox si eliminano le principali vulnerabilità di questa tipologia di edifici creando connessioni dissipative a livello della copertura. Entrambi i dispositivi funzionano a fusibile assorbendo l’energia delle scosse e preservando la struttura e il suo contenuto. Con SismoShock si realizzano invece collegamenti efficaci tra elementi strutturali e pannelli di tamponamento evitando, in caso di terremoto, fenomeni di ribaltamento.

L’installazione di dispositivi dissipativi rientra negli interventi locali che agiscono per eliminare le vulnerabilità più critiche senza alterare il comportamento complessivo della struttura.

FAQ 

Gli interventi locali richiedono sempre la valutazione globale della sicurezza dell’edificio?

No. Le NTC 2018 consentono, per gli interventi locali, di riferire progettazione e verifiche alle sole parti interessate e a quelle direttamente collegate, senza ridurre i livelli di sicurezza preesistenti.

Quando un intervento locale può essere utile in un capannone prefabbricato?

Gli interventi locali non modificano il comportamento complessivo della struttura e, nei prefabbricati esistenti possono essere adottati per risolvere alcune criticità, come l’assenza di collegamenti efficaci tra gli elementi o l’ancoraggio insufficiente dei pannelli di tamponamento.

Come si dimensionano gli interventi locali nei prefabbricati industriali?

Il dimensionamento viene in genere eseguito sulla base di schemi semplificati del comportamento strutturale per definire l’azione sismica di riferimento e le forze di inerzia sui collegamenti da progettare.

Perché nel realizzare i collegamenti nei capannoni esistenti non conviene irrigidire?

Perché nei prefabbricati non progettati per azioni sismiche un aumento di rigidezza può comportare il trasferimento di maggiori sollecitazioni ai pilastri, fino a provocarne il collasso.

Perché utilizzare collegamenti dissipativi nei prefabbricati?

Perché consentono di collegare gli elementi strutturali, ridurre il rischio di perdita di appoggio e dissipare parte dell’energia sismica senza irrigidire in modo eccessivo la struttura.