Le strutture di copertura degli edifici in zona sismica

Le strutture di copertura, in taluni casi, possono esercitare azioni orizzontali anche per soli carichi verticali. Le Norme Tecniche per le Costruzioni (DM 14/01/08) stabiliscono, in merito, che le azioni spingenti devono essere annullate o idoneamente contrastate, sia per le nuove costruzioni, sia per quelle esistenti.

Fig. 1 – Tipologie di coperture con riferimento alla morfologia strutturale dell’edificio.

Fig. 2 – Schema statico di una copertura a falde inclinate: a puntoni (sinistra) e ad arcarecci (destra).

Fig. 3 – Tre possibili meccanismi di collasso degli edifici in muratura favoriti da coperture spingenti.

Fig. 4 – Edificio nuovo: dettaglio strutturale del nodo muratura-cordolo-copertura con tramezzatura esterna (a) e con tramezzatura interna (b). Fonte: Cleverbuilding s.r.l. - ISOPROJECT.

Fig. 5a – Edificio esistente: aggancio di un solaio in laterocemento alle murature mediante inserimento di armature a coda di rondine.

Fig. 5b – Edificio esistente: solaio misto (legno, calcestruzzo e tavelle di laterizio) con la predisposizione dell’armatura per il cordolo perimetrale.

Sono dette “spingenti” le coperture a falde inclinate (fig. 1) che determinano un’azione orizzontale sulle strutture verticali su cui gravano e che, in caso di sisma, possono causare collassi parziali delle zone più alte delle pareti.
Le strutture di copertura, essendo poste in sommità degli edifici, risentono delle massime accelerazioni imposte dallo scuotimento sismico. Le conseguenti sollecitazioni sulle murature, aggravate da un’eventuale azione spingente, possono dare luogo al superamento della resistenza delle stesse o allo scorrimento della copertura rispetto ai muri. Il carattere spingente della copertura ed il suo peso sono i due indicatori che descrivono il contributo
dell’azione di spinta.

Dunque non è solamente la morfologia ad influenzare il comportamento strutturale di un sistema di copertura a falde inclinate, ma anche lo schema statico di riferimento. Ad esempio, per l’equilibrio alla traslazione, in presenza di soli carichi verticali, risulta che un tetto a “puntoni” è caratterizzato da reazioni vincolari nella direzione principale della falda con componenti sia verticali che orizzontali; quello ad “arcarecci” agli appoggi risponde, invece, con forze orizzontali nulle (fig. 2). In ogni modo, occorre sempre garantire che agli appoggi non risultino errate configurazioni che possano creare spinte non contrastate o labilità della struttura stessa.

In caso di terremoto, l’azione spingente delle coperture può favorire o amplificare alcuni dei diversi meccanismi di collasso (fig. 3) degli edifici in muratura. Tale azione può essere, in genere, contrastata seguendo i criteri e le regole di proget-tazione per le nuove costruzioni e applicando gli opportuni provvedimenti di adeguamento o miglioramento sismico dell’esistente contenuti nelle Norme Tecniche per le Costruzioni (DM 14/01/08).

La progettazione per azioni sismiche degli edifici, ai fini della verifica di sicurezza, prevede una serie di accorgimenti e requisiti riguardanti proprio le strutture di copertura e il loro collegamento con le murature sottostanti.

Di fatto, al capitolo 7.8.1.4 delle Norme Tecniche per le Costruzioni sono fissate indicazioni costruttive e progettuali per quanto riguarda i solai interpiano e di copertura, ovvero:
– non devono essere spingenti ed eventuali spinte orizzontali, valutate tenendo in conto l’azione sismica, devono essere assorbite per mezzo di idonei elementi strutturali;
– devono assolvere funzione di ripartizione delle azioni orizzontali tra le pareti strutturali e, pertanto, devono essere ben collegati e garantire un adeguato funzionamento a diaframma;
– tra due solai successivi deve esserci una distanza massima di 5 m.

Per le nuove costruzioni (fig.4), il “cordolo” di piano rappresenta una delle solu-zioni strutturali più adottate che risponde anche al requisito di assorbire le spinte orizzontali. Il cordolo dovrà, comunque, essere correttamente dimensionato (geometria della sezione, armatura a trazione, interasse tra le due pareti murarie successive, dettagli costruttivi d’angolo, ecc.) tenendo in considerazione l’inerzia flessionale di questo elemento. La capacità di assorbire le spinte orizzontali dovrà essere quindi valutata in funzione delle deformazioni orizzontali messe in atto a seguito della spinta. Queste, infatti, dovranno essere compatibili con la sicurezza strutturale delle murature sottostanti, così da verificare l’annullamento di eventuali fuori piano delle murature, causa di possibili ribaltamenti della struttura verticale.

Nello specifico, le regole di dettaglio concernenti l’esecuzione di murature e cordo-li vengono trattate al capitolo 7.8.5.1 delle NTC; in particolare:
– ad ogni piano deve essere realizzato un cordolo continuo all’intersezione tra solai e pareti;
– i cordoli debbono avere altezza minima pari all’altezza del solaio e larghezza almeno pari a quella del muro; è consentito un arretramento massimo di 6 cm dal filo esterno;
– l’armatura corrente non deve essere inferiore a 8 cm²; le staffe debbono avere diametro non inferiore a 6 mm ed interasse non superiore a 25 cm;
– travi metalliche o prefabbricate costituenti i solai debbono essere prolungate nel cordolo per almeno la metà della sua larghezza e comunque per non meno di 12 cm ed adeguatamente ancorate ad esso;
– in corrispondenza di incroci d’angolo tra due pareti perimetrali sono prescritte, su entrambe le pareti, zone di parete muraria di lunghezza non inferiore a 1 m, compreso lo spessore del muro trasversale;
– al di sopra di ogni apertura deve essere realizzato un architrave resistente a flessione efficacemente ammorsato alla muratura.

La valutazione della sicurezza, la progettazione, l’esecuzione e il collaudo degli interventi sulle costruzioni esistenti sono disciplinate dalle prescrizioni delle Norme Tecniche per le Costruzioni. Per gli edifici esistenti in muratura soggetti ad azioni sismiche, il testo normativo precisa che si possono manifestare meccanismi locali e meccanismi d’insieme e che la sicurezza della costruzione deve essere valutata nei confronti di entrambi. I meccanismi locali interessano singoli pannelli murari o più ampie porzioni della costruzione e sono favoriti dall’assenza o scarsa efficacia dei collegamenti tra pareti e orizzontamenti e negli incroci murari. I meccanismi globali sono quelli che interessano l’intera costruzione e impegnano i pannelli murari prevalentemente nel loro piano.

Il capitolo 8.7.4 delle NTC riporta i criteri di intervento di consolidamento per tutte le tipologie di costruzioni esistenti, che vanno applicati in modo regolare ed uniforme.
Per quanto attiene gli edifici in muratura, vengono aggiunte ulteriori specifiche in me-rito alla valutazione e cura dei seguenti aspetti:
– miglioramento dei collegamenti tra solai e pareti o tra copertura e pareti e fra pareti confluenti in martelli murari ed angolate;
– riduzione ed eliminazione delle spinte non contrastate di copertura;
– rafforzamento delle pareti intorno alle coperture.

NELL'ARTICOLO COMPLETO GLI INTERVENTI PIU' CONOSCIUTI DI MIGLIORAMENTO DEI COLLEGAMENTI E DI RIDUZIONE DELLE SPINTE.