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1 Il comportamento sismico delle strutture prefabbricate in calcestruzzo Antonella Colombo, ASSOBETON Le tradizionali strutture mono- e pluri-piano per edifici produttivi, fatte con l’assemblaggio di componenti prefabbricati in calcestruzzo, hanno una grande diffusione in tutta Europa, grazie alla loro economicità associata ad una ottima funzionalità. In Italia esse coprono la quasi totalità del mercato degli edifici produttivi e una buona percentuale degli edifici commerciali. Il quadro normativo Quadro normativo europeo Nell’ottica del mercato comune, a livello europeo da parecchi anni sono state promulgate delle norme comuni per il calcolo strutturale, i cosiddetti Eurocodici, che riguardano la progettazione strutturale di costruzioni realizzate con diversi materiali. Gli Eurocodici includono le esperienze Nazionali ed il risultato della ricerca proveniente dall’intera Europa, insieme con la competenza degli esperti che li hanno sviluppati. Essi sono riconosciuti come l’insieme più tecnicamente avanzato di norme di ingegneria civile e strutturale a livello mondiale. Con la Raccomandazione 2003/887/EC l’Unione Europea auspicò che gli Eurocodici diventassero gli unici documenti di riferimento per la progettazione strutturale nei vari stati membri, tant’è vero che, ad oggi, 23 stati membri adottano gli Eurocodici come norma per il calcolo strutturale, agevolando, di fatto, la libera circolazione dei prodotti. Quadro normativo italiano In tutti i comuni della Repubblica italiana le costruzioni, sia pubbliche sia private, devono essere realizzate in osservanza alle Norme Tecniche fissate con decreti del Ministro per le Infrastrutture e i Trasporti, attualmente il DM 14 gennaio 2008 (NTC 2008). La Raccomandazione 2003/887/EC, quindi, non è mai stata applicata in Italia. Le Norme Tecniche attualmente in vigore definiscono i principi per il progetto, l’esecuzione e il collaudo delle costruzioni. A tali norme deve pertanto adeguarsi il progettista calcolatore quando fa il progetto di una struttura: esse forniscono i criteri generali di sicurezza, precisano le azioni che devono essere utilizzate nel progetto, definiscono le caratteristiche dei materiali e dei prodotti e, più in generale, trattano gli aspetti attinenti alla sicurezza strutturale delle opere. Pur discostandosene in alcuni aspetti, le NTC 2008 si ispirano alle linee generali degli Eurocodici e in essi trovano anche un supporto applicativo per tutto quanto non espressamente specificato nel testo. Questa affermazione è esplicitamente indicata nell’Oggetto delle NTC, infatti, “Circa le indicazioni applicative per l’ottenimento delle prescritte prestazioni, per quanto non espressamente specificato nel presente documento, ci si può riferire a normative di comprovata validità e ad altri documenti tecnici elencati nel Cap. 12. In particolare quelle fornite dagli Eurocodici con le relative Appendici Nazionali costituiscono indicazioni di comprovata validità e forniscono il sistematico supporto applicativo delle presenti norme”. Mentre il testo attualmente in vigore delle NTC rispetta le linee generali contenute negli Eurocodici, la stessa affermazione non può essere estesa anche alla bozza di revisione. La bozza di revisione, infatti, si discosta notevolmente, ed in maniera che sembra voluta, ma non è motivata e motivabile, dai contenuti degli Eurocodici, sia per quel che riguarda la progettazione in presenza di azioni sismiche in generale che, nel particolare, per le strutture prefabbricate in calcestruzzo (capitolo 7.4.5 delle Norme Tecniche). Nello specifico delle strutture prefabbricate, oltre ad un’impostazione generale differente, alcune prescrizioni degli Eurocodici sono state introdotte in maniera inderogabile nella bozza in un contesto totalmente diverso da quello per il quale vennero redatte, ponendo dubbi sul livello di sicurezza strutturale dell’opera risultante. Inoltre, tale scelta non trova riscontro nelle risultanze

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Il comportamento sismico delle strutture prefabbricate in calcestruzzo

Antonella Colombo, ASSOBETON

Le tradizionali strutture mono- e pluri-piano per edifici produttivi, fatte con l’assemblaggio di

componenti prefabbricati in calcestruzzo, hanno una grande diffusione in tutta Europa, grazie alla

loro economicità associata ad una ottima funzionalità. In Italia esse coprono la quasi totalità del

mercato degli edifici produttivi e una buona percentuale degli edifici commerciali.

Il quadro normativo

Quadro normativo europeo

Nell’ottica del mercato comune, a livello europeo da parecchi anni sono state promulgate delle

norme comuni per il calcolo strutturale, i cosiddetti Eurocodici, che riguardano la progettazione

strutturale di costruzioni realizzate con diversi materiali. Gli Eurocodici includono le esperienze

Nazionali ed il risultato della ricerca proveniente dall’intera Europa, insieme con la competenza

degli esperti che li hanno sviluppati. Essi sono riconosciuti come l’insieme più tecnicamente

avanzato di norme di ingegneria civile e strutturale a livello mondiale.

Con la Raccomandazione 2003/887/EC l’Unione Europea auspicò che gli Eurocodici diventassero

gli unici documenti di riferimento per la progettazione strutturale nei vari stati membri, tant’è vero

che, ad oggi, 23 stati membri adottano gli Eurocodici come norma per il calcolo strutturale,

agevolando, di fatto, la libera circolazione dei prodotti.

Quadro normativo italiano

In tutti i comuni della Repubblica italiana le costruzioni, sia pubbliche sia private, devono essere

realizzate in osservanza alle Norme Tecniche fissate con decreti del Ministro per le Infrastrutture e i

Trasporti, attualmente il DM 14 gennaio 2008 (NTC 2008). La Raccomandazione 2003/887/EC,

quindi, non è mai stata applicata in Italia.

Le Norme Tecniche attualmente in vigore definiscono i principi per il progetto, l’esecuzione e il

collaudo delle costruzioni. A tali norme deve pertanto adeguarsi il progettista calcolatore quando fa

il progetto di una struttura: esse forniscono i criteri generali di sicurezza, precisano le azioni che

devono essere utilizzate nel progetto, definiscono le caratteristiche dei materiali e dei prodotti e, più

in generale, trattano gli aspetti attinenti alla sicurezza strutturale delle opere.

Pur discostandosene in alcuni aspetti, le NTC 2008 si ispirano alle linee generali degli Eurocodici e

in essi trovano anche un supporto applicativo per tutto quanto non espressamente specificato nel

testo. Questa affermazione è esplicitamente indicata nell’Oggetto delle NTC, infatti, “Circa le

indicazioni applicative per l’ottenimento delle prescritte prestazioni, per quanto non espressamente

specificato nel presente documento, ci si può riferire a normative di comprovata validità e ad altri

documenti tecnici elencati nel Cap. 12. In particolare quelle fornite dagli Eurocodici con le relative

Appendici Nazionali costituiscono indicazioni di comprovata validità e forniscono il sistematico

supporto applicativo delle presenti norme”.

Mentre il testo attualmente in vigore delle NTC rispetta le linee generali contenute negli Eurocodici,

la stessa affermazione non può essere estesa anche alla bozza di revisione. La bozza di revisione,

infatti, si discosta notevolmente, ed in maniera che sembra voluta, ma non è motivata e motivabile,

dai contenuti degli Eurocodici, sia per quel che riguarda la progettazione in presenza di azioni

sismiche in generale che, nel particolare, per le strutture prefabbricate in calcestruzzo (capitolo

7.4.5 delle Norme Tecniche).

Nello specifico delle strutture prefabbricate, oltre ad un’impostazione generale differente, alcune

prescrizioni degli Eurocodici sono state introdotte in maniera inderogabile nella bozza in un

contesto totalmente diverso da quello per il quale vennero redatte, ponendo dubbi sul livello di

sicurezza strutturale dell’opera risultante. Inoltre, tale scelta non trova riscontro nelle risultanze

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degli ultimi progetti di ricerca (2009-2012 e 2012-2015) finanziati espressamente dalla

Commissione Europea, che hanno preso spunto dalle evidenze degli ultimi eventi sismici, e che

sono stati portati avanti dai migliori esperti del settore provenienti dalle diverse nazioni europee,

con il costante contributo anche di ASSOBETON.

La diversa impostazione tra le prescrizioni della bozza di revisione delle NTC e quella

dell’Eurocodice, oltre che essere contraria alle indicazioni della Commissione Europea, si pone

come vincolo alla libera circolazione dei prodotti.

Ricerche e progetti

Lo studio approfondito del comportamento sismico delle strutture prefabbricate vede, ormai da oltre

una ventina d’anni, il coinvolgimento diretto di ASSOBETON, Associazione Nazionale Industrie

Manufatti Cementizi.

Il lavoro di ricerca svolto è stato finanziato in larga parte dall’Unione Europea con finanziamenti

dedicati all’interno degli ultimi programmi quadro per la ricerca e lo sviluppo tecnologico. I

finanziamenti alla ricerca dell’UE hanno consentito ad ASSOBETON di collaborare con scienziati

ed industria, sia all’interno dell’Europa che nel resto del mondo, per trovare soluzioni alle sfide del

settore. I risultati ottenuti hanno consentito di redigere il competente capitolo dell’Eurocodice 8, di

predisporre Linee Guida a disposizione dei progettisti europei, di rendere l’industria più innovativa

e competitiva.

Ogni progetto brevemente riassunto nel seguito ha prodotto un’ampia mole di risultati che sono stati

pubblicati in conferenze e riviste scientifiche di caratura internazionale. Per brevità di esposizione,

non si riporta nel seguito la lista completa delle pubblicazioni realizzate. Si vogliono qui citare solo

il capitolo 5.11 dell’Eurocodice 8, alla cui stesura i progetti di ricerca hanno fornito un supporto

scientifico, e le tre linee guida redatte all’interno degli ultimi due progetti di ricerca, SAFECAST e

SAFECLADDING, che sono liberamente a disposizione di progettisti e di Enti normativi:

- SAFECAST: Design guidelines for connections of precast structures under seismic catione

- SAFECLADDING: Design guidelines for wall panel connections

- SAFECLADDING: Design guidelines for precast structures with cladding panels

A prova della valenza scientifica delle Linee Guida si sottolinea che i contenuti dei documenti sono

alla base delle “simplified design guidelines for mechanical connections between precast concrete

structural elements in buildings”, progetto di norma attualmente in fase di pre-approvazione

nell’ISO/TC71/SC5/WG4.

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Duttilità dei pilastri prefabbricati

Nel 1994 ASSOBETON ha finanziato uno studio numerico-sperimentale su pilastri prefabbricati

dal molteplice obiettivo. Unitamente alla quantificazione della duttilità strutturale di questi elementi

strutturali, sono state valutate la stabilità del comportamento sotto azioni cicliche ed il coefficiente

di comportamento q. I risultati della ricerca sono stati utilizzati inoltre per validare le prescrizioni

contenute nella versione corrente dell'Eurocodice 8 relative ad elementi prefabbricati. Le prove

cicliche sono state eseguite presso il laboratorio ELSA del Centro Comune di Ricerca della

Commissione Europea. Alla campagna sperimentale è seguito un esteso studio numerico svolto dal

Politecnico di Milano.

Il programma sperimentale ha previsto l'esecuzione di prove cicliche su 20 pilastri, con plinto a

pozzetto, caratterizzate da diverse configurazioni dell'armatura e da differenti valori del carico

assiale. Gli elementi sono stati progettati rispettando le prescrizioni di Eurocodice 2 ed Eurocodice

8.

I risultati ottenuti nella campagna sperimentale hanno assunto un'importanza notevole per diverse

ragioni. Tra queste, sono da citare le condizioni di prova e l'applicabilità dei risultati ottenuti. In

particolare, l'eccellente controllo delle condizioni nelle quali sono state eseguite le prove hanno

permesso di limitare la dispersione dei risultati. Il notevole numero di caratteristiche investigate

nella ricerca ha consentito inoltre di coprire tutto il campo pratico di applicazione sia per travi che

per pilastri (rapporto di armatura longitudinale variabile tra 0.01 e 0.04; carico assiale normalizzato

tra 0.1 e 0.4 ed inferiore a 0.1 per travi).

Fino al raggiungimento del limite di resistenza, identificato con il collasso della prima barra

d'armatura, tutte le configurazioni di armatura sono risultate caratterizzate da un comportamento

ciclico stabile fino ad importanti valori di duttilità (tutti i valori ottenuti sono risultati essere

superiori a 5, valore che caratterizza il comportamento di strutture in calcestruzzo armato in classe

di duttilità H) a fronte di una limitata perdita di resistenza (dell’ordine del 10%).

La figura seguente mostra uno dei pilastri durante una prova: la sovrapposizione di immagini

ottenute in momenti diversi dà un'idea delle deformazioni imposte. Sono inoltre riportati due

esempi dei cicli di isteresi ottenuti.

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Confronto tra il comportamento sismico di edifici industriali monopiano prefabbricati e

gettati in opera

“Comportamento sismico degli edifici industriali prefabbricati in cemento armato”, progetto

ECOLEADER (contratto HPRI-CT-1999-00059, 2001-2003)

Nell’ultima bozza dell’anno 2000 (ENV 1998) dell’Eurocodice 8 in via di revisione per diventare

norma EN, era osservabile un notevole divario di trattamento tra le strutture in acciaio e le strutture

in calcestruzzo; l’ultima bozza di detto Eurocodice vedeva il coefficiente di struttura dei telai in

acciaio fermo sul valore q = 5.5 mentre quello per i telai in calcestruzzo scendeva a q = 4.0 e, per i

telai prefabbricati, ritenuti sismicamente deboli, scendeva ulteriormente a q = 3.0. Con l’intento di

ripristinare un equilibrato rapporto di trattamento delle regole di progettazione sismica

dell’Eurocodice 8, alcuni paesi sismici (Portogallo e Spagna) sono stati coinvolti in un progetto di

ricerca numerico-sperimentale parzialmente finanziato dal progetto ULISSE, che coinvolgeva le tre

associazioni italiane AITEC, ASSOBETON e ATECAP, e parzialmente da fondi europei

ECOLEADER. Le analisi numeriche sono state svolte dal Politecnico di Milano e Università di

Lubiana. Le prove sperimentali sono state condotte presso il laboratorio ELSA del Centro Comune

di Ricerca della Commissione Europea.

Il programma di ricerca ha focalizzato la sua attenzione sul comportamento sismico di edifici

prefabbricati monopiano. All’interno del progetto il comportamento sismico di un edificio realiz-

zato assemblando componenti prefabbricati è stato comparato con la risposta sismica di un’analoga

struttura realizzata con il più tradizionale sistema di calcestruzzo gettato in opera. Al fine di

permettere una comparazione tra il comportamento delle sue strutture, queste sono state progettate,

secondo le prescrizioni dell’Eurocodice 8 (versione Maggio 2001), in modo tale da resistere alla

stessa forza statica equivalente al sisma. Ciò ha portato a diverse dimensioni delle sezioni dei

pilastri (nel telaio prefabbricato e in quello gettato in opera) e delle armature. I prototipi sono stati

sottoposti a prove pseudodinamiche caratterizzate da intensità crescenti del sisma. In particolare,

entrambi i prototipi sono stati sottoposti a terremoti con intensità pari al 33%, 67% ed al 100% del

loro limite di collasso. Le prove eseguite hanno dimostrato che le strutture prefabbricate

posseggono significative risorse di resistenza nei riguardi delle azioni sismiche, del tutto

comparabili con quelle che caratterizzano analoghe strutture gettate in opera. Spostamento

massimo, comportamento isteretico dissipativo e quadro fessurativo sono risultati del tutto

paragonabili tra le due strutture al termine di ogni prova sperimentale.

Nel corso 2002, in seguito alla presentazione di una vasta documentazione di analisi teoriche e dello

stato di avanzamento del progetto sperimentale, il Sottocomitato SC8 ha approvato l’equiparazione

di tutti i telai in calcestruzzo al valore q = 4.5. Con questo ultimo risultato la parte 1-1 del nuovo

Eurocodice 8 è stata definitivamente approvata.

Nell'immagine successiva sono riportati il prototipo prefabbricato (a sinistra) e quello gettato in

opera (a destra) durante una delle prove eseguite.

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PRECAST STRUCTURES EC8

"Seismic behaviour of precast concrete structures with respect to Eurocode 8" (contratto G6RD–

CT–2002-00857, 2004-2008)

PRECAST STRUCTURE EC8, di durata triennale, è stato finanziato dalla Commissione Europea

all'interno del 5° Programma Quadro di Ricerca e Sviluppo Tecnologico. Scopo del progetto era la

valutazione ed il completamento, attraverso analisi numeriche e sperimentali, delle regole di

progettazione per le strutture prefabbricate contenute nell'Eurocodice 8. Il consorzio di ricerca era

costituito da 10 partners: Politecnico di Milano (I), Magnetti Building (I), Gecofin (I), LNEC (P),

Civibral (P), NTUA (G), Proet (G), Univ. Lubiana (Sl), ELSA-Joint Research Centre (EU), Tongji

University of Shanghai.

Una vasta campagna numerica è stata completata da una serie di prove sperimentali su due prototipi

in scala reale rappresentativi di edifici industriali monopiano realizzati con elementi prefabbricati.

Le due strutture differivano per la direzione dei "telai portanti" nei confronti dell'azione sismica

applicata. Una delle due configurazioni è stata sottoposta a prova anche con la presenza di pannelli

perimetrali prefabbricati al fine di indagarne gli effetti irrigidenti sul comportamento globale.

Ogni configurazione è stata sottoposta a prove di simulazione sismica caratterizzate da intensità

crescenti da 0.005 g a 0.525 g. I risultati della campagna sperimentale hanno sottolineato la capacità

delle coperture prefabbricate di comportarsi come un diaframma rigido, importante nella

ripartizione delle azioni sismiche sugli elementi verticali sismo-resistenti. Il progetto ha fornito

anche importanti indicazioni circa l’effetto irrigidente dei pannelli prefabbricati e l’influenza del

comportamento delle connessioni sul com-portamento d’insieme della struttura.

Nella figura successiva sono mostrati i due prototipi all’interno del Laboratorio ELSA.

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SAFECAST

“Performance of Innovative Mechanical Connections in Precast Buildings Structures under Seismic

Conditions” (FP7-SME-2007-2, Grant agreement n. 218417, 2009-2012)

SAFECAST, finanziato dalla Commissione Europea all’interno del 7° Programma Quadro per la

Ricerca e lo Sviluppo, si è occupato dello studio del comportamento sismico delle strutture

prefabbricate, con particolare riferimento al comportamento delle connessioni. Il consorzio di

ricerca era formato da 16 partner provenienti da tutta Europa; del consorzio hanno fatto parte

associazioni di categoria, prefabbricatori, progettisti ed enti di ricerca. ASSOBETON ha ricoperto il

prestigioso ruolo di Coordinatore.

Il lavoro ha avuto inizio con la stesura di due stati dell’arte.

Il primo riguarda le tipologie di connessione esistenti nei paesi europei. Con riferimento alle 5

tipologie di connessione considerate nel progetto e schematicamente rappresentate nella figura 1, lo

studio ha catalogato le tipologie di connessione comunemente impiegate nelle nazioni direttamente

coinvolte nel progetto. Ciò ha permesso di individuare le tipologie maggiormente utilizzate al fine

di studiarne in dettaglio il comportamento sismico.

Il secondo stato dell’arte ha riguardato il progetto sismico di edifici prefabbricati. A tutti i partner

del progetto è stato chiesto di progettare un edificio prefabbricato monopiano definito solo in

termini di dimensioni in pianta, maglia strutturale e carichi principali. Oltre alla scelta degli

elementi utilizzati per la copertura (copertura piana, copertura a doppia pendenza, presenza o meno

di lucernari, …), i vari progetti hanno evidenziato diversità legate al valore del fattore di struttura,

alla classe di duttilità, alle resistenze dei materiali.

Figura 1: tipologie di connessioni studiate nel progetto SAFECAST

Questi due studi hanno costituito la base di partenza per le indagini sperimentali e numeriche svolte

nel prosieguo del progetto.

Le tipologie di connessioni più utilizzate sono così state sottoposte a prove sperimentali atte alla

caratterizzazione del comportamento meccanico per carichi monotoni e ciclici. Sono state realizzate

prove a diverso livello di dettaglio: su elementi di collegamento (figura 2), su nodi (figura 3), su

sottostrutture (figura 4). Le prove eseguite hanno permesso di identificare le caratteristiche

principali del comportamento delle varie tipologie, mettendo in evidenza, per alcune di esse, la

necessità di apportare delle modifiche. Per ogni tipologia studiata è stata predisposta una scheda

riassuntiva comprendente: le caratteristiche principali della connessione in termini di materiali e di

geometria, il comportamento monotono ed il comportamento ciclico.

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Figura 2: prove su elementi di collegamento

Figura 3: prove su nodi

Figura 4: prove su sottostrutture

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Tali dati (si veda, a titolo d’esempio, i risultati riportati nella figura 5) sono stati impiegati per

calibrare modelli numerici da utilizzarsi nella pratica progettuale quotidiana.

Figura 5: esempio di risultati ottenuti dalle prove su sottostrutture

Particolare attenzione è stata dedicata al comportamento sismico delle strutture prefabbricate

multipiano. Come è noto, le norme progettuali nazionali ed europee non forniscono indicazioni

specifiche circa la progettazione sismica di edifici prefabbricati multipiano, ciò con particolare

riferimento alle strutture che prevedono orizzontamenti incernierati ai pilastri. Al fine di coprire,

seppur parzialmente, le lacune presenti nella conoscenza del comportamento sismico di tali strutture

è stata pianificata una campagna sperimentale unica al mondo, unicità che risiede nelle dimensioni e

nella versatilità del prototipo che è stato sottoposto a prove di simulazione sismica. Il prototipo

aveva infatti dimensioni in pianta 15 x 15 metri, era costituito da due campate in entrambe le

direzioni e da tre piani, per un’altezza totale di poco più di 11 metri. Una fotografia della struttura

all’interno del laboratorio di prova è riportata nella figura 6. Le prove sono state realizzate, presso il

laboratorio ELSA della Commissione Europea, con il metodo pseudodinamico; le azioni sismiche

sono state applicate alla struttura attraverso degli attuatori che collegano la struttura stessa con il

grande muro di reazione che caratterizza il laboratorio ELSA.

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Figura 6: rappresentazione schematica della struttura in laboratorio

La struttura è stata sottoposta a prove in diverse configurazioni strutturali.

Durante la prima serie di prove, i collegamenti tra orizzontamenti e pilastri erano delle cerniere e la

struttura era corredata da due muri, anch’essi in calcestruzzo prefabbricato. Tale configurazione ha

consentito di analizzare la ripartizione delle forze sismiche tra la struttura a telaio e i muri. Tali

prove hanno consentito inoltre di studiare il comportamento a diaframma degli impalcati

prefabbricati.

Al termine della prima serie di prove i due muri sono stati scollegati dalla struttura.

La seconda configurazione analizzata sperimentalmente era costituita dal solo telaio prefabbricato

in cui gli orizzontamenti erano incernierati ai pilastri. La deformabilità della struttura è stata

valutata con riferimento al terremoto di progetto e per intensità superiori.

Grazie all’utilizzo di nuovi sistemi di collegamento trave-pilastro, la configurazione incernierata è

stata in seguito trasformata in configurazione con vincoli di continuità.

In particolare, la terza configurazione studiata prevedeva la realizzazione di vincoli di continuità

solo in corrispondenza dell’impalcato dell’ultimo piano.

Al termine di questa serie di prove, sono stati realizzati vincoli di continuità a tutti i piani, ottenendo

in tal modo una struttura analoga ad un telaio gettato in opera.

Le quattro configurazioni considerate sono riassunte schematicamente nella figura 7.

La campagna sperimentale si è conclusa con una prova ciclica ad ampiezza crescente mirata allo

studio del comportamento ultimo della struttura.

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Figura 7: le quattro configurazioni sottoposte a prove sismiche

Sia i risultati delle prove sperimentali che quelli delle analisi numeriche eseguite sono stati utilizzati

per ricavare regole di progetto riguardanti le connessioni e la struttura nel suo complesso. Il

documento “Design guidelines for connections of precast structures under seismic actions” è a

disposizione di tutti i progettisti europei ed è scaricabile dal sito

http://elsa.jrc.ec.europa.eu/publications/LBNA25377ENN

Il consorzio di ricerca era così composto: ASSOBETON – coordinatore del progetto (I), ANDECE

(E), ANIPB (P), SEVIPS (G), TPCA (Tr), ELSA-JRC (EU), POLIMI (I), NTUA (G), ITU (Tr),

LNEC (P), Univ. Lubiana (Sl), Labor (I), LUGEA (I), DLC (I), Riphorsa (E), Halfen (D).

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SAFECLADDING

“Improved fastening systems of cladding wall panels of Precast buildings in seismic zones” (FP7-

SME 2012, Grant agreement n. 314122, 2012-2015)

SAFECLADDING, finanziato dalla Commissione Europea all’interno del 7° Programma Quadro

per la Ricerca e lo Sviluppo, si è occupato dello studio del comportamento sismico delle strutture

prefabbricate, con particolare riferimento all’interazione pannello-struttura. Il consorzio di ricerca

era formato da 12 partner provenienti da tutta Europa; del consorzio hanno fatto parte associazioni

di categoria, prefabbricatori, progettisti ed enti di ricerca.

I progetti precedentemente illustrati hanno contribuito a fornire importanti informazioni inerenti il

comportamento sismico delle strutture prefabbricate sia per quanto riguarda il comportamento

d’insieme, che la progettazione di singoli componenti, come le connessioni tra elementi strutturali.

SAFECLADDING si è concentrato sullo studio degli effetti della presenza dei pannelli nel

comportamento d’insieme della struttura in funzione del tipo di collegamento realizzato. L’attuale

prassi progettuale europea delle strutture prefabbricate, infatti, si basa su di un modello a telaio

“nudo” dove i pannelli perimetrali di tamponamento entrano solo come masse, senza alcuna

rigidezza. I collegamenti tra pannelli e struttura vengono in genere dimensionati con un calcolo

locale in base alla massa dei pannelli per forze d’attacco ortogonali al piano dei pannelli stessi. Il

terremoto di L’Aquila del 2009, quello di Lorca del 2011 ed il successivo dell’Emilia del 2012

hanno evidenziato che i pannelli entrano a far parte del sistema resistente condizionandone la

risposta sismica. Tale interazione è fortemente legata al tipo di collegamento realizzato.

All’interno del progetto di ricerca sono pertanto state prese in considerazione tre diverse

configurazioni di collegamento:

- configurazione isostatica: pannelli di parete collegati alla struttura con vincoli che

consentono il libero manifestarsi dei grandi spostamenti attesi per la struttura a telaio sotto

sisma. Questa soluzione permette di seguire il tradizionale approccio progettuale dell’analisi

fatta sul modello del solo telaio “nudo”.

- configurazione integrata: pannelli di parete collegati con un sistema iperstatico di vincoli

fissi che li rende parte integrante del sistema resistente. Questa soluzione richiede un

approccio progettuale basato su di un modello misto pareti-telaio.

- configurazione dissipativa: questa soluzione si pone come intermedia tra le due presentate

precedentemente. Ad un sistema di collegamento pannello-struttura di tipo isostatico è

affiancato un sistema di collegamento tra pannelli adiacenti in grado di dissipare energia.

Tutte queste configurazione richiedono lo specifico progetto di nuovi connettori: che siano in grado

di consentire quei grandi spostamenti della soluzione isostatica; che siano in grado di trasmettere le

grandi forze previste nella soluzione integrata; che siano in grado di dissipare l’energia prevista

nella soluzione dissipativa.

Il progetto ha dedicato anche ampio spazio alle strutture ed ai sistemi di connessione esistenti. Per

ognuno di essi sono stati messi in luce vantaggi e svantaggi. Come ulteriore protezione delle

strutture esistenti sono stati studiati degli specifici sistemi di back-up in grado di evitare la caduta

dei pannelli in caso di collasso dei tradizionali sistemi di collegamento.

Dopo un’approfondita analisi dello stato dell’arte riguardante le connessioni nelle strutture

prefabbricate, il progetto ha dedicato ampio spazio allo studio dei singoli collegamenti. Prove locali

e su sottostrutture sono state eseguite sia su sistemi di collegamento esistenti, come quelli riportati

in figura 1, sia su dispositivi di nuova concezione in grado di realizzare le tre possibili

configurazioni (isostatica, integrata, dissipativa) individuate come possibili soluzioni (figura 2).

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Figura 1: tipologie di connessioni esistenti studiate nel progetto SAFECLADDING

Figura 2: tipologie di connessioni dissipative studiate nel progetto SAFECLADDING

Le prove eseguite hanno permesso di identificare le caratteristiche principali del comportamento

delle varie tipologie, mettendo in evidenza, per alcune di esse, la necessità di apportare delle

modifiche. Per ogni tipologia studiata è stata predisposta una scheda riassuntiva comprendente: le

caratteristiche principali della connessione in termini di materiali e di geometria, il comportamento

monotono ed il comportamento ciclico. Tali dati sono stati impiegati per calibrare modelli numerici

da utilizzarsi nella pratica progettuale quotidiana.

Alla dettagliata analisi del comportamento delle connessioni è stato affiancato lo studio del

comportamento della struttura nella sua globalità. A tal fine è stato costruito un telaio prefabbricato

monopiano che ha consentito l’esecuzione di prove su molteplici configurazioni: per ognuna delle

due configurazioni principali, corrispondenti al montaggio di pannelli orizzontali o verticali, sono

state studiate diverse soluzioni di vincolo pannello-struttura, per un totale di 37 prove sperimentali

diverse. Il comportamento del telaio nudo ha consentito di valutare le differenze tra le varie

soluzioni testate.

Sia i risultati delle prove sperimentali che quelli della vasta campagna numerica eseguita sono stati

utilizzati per ricavare regole di progetto riguardanti sia le connessioni che la struttura nel suo

DDiissppoossiittiivvii MMuullttii--sslliitt DDiissppoossiittiivvii aa ccuusscciinnoo

Page 14: Il comportamento sismico delle strutture prefabbricate in … · 2017-02-01 · acciaio fermo sul valore q = 5.5 mentre quello per i telai in calcestruzzo scendeva a q = 4.0 e,

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complesso. I due documenti, “Design guidelines for wall panel connections” e “Design guidelines

for precast structures with cladding panels” sono a disposizione di tutti i progettisti europei.

http://bookshop.europa.eu/en/design-guidelines-for-wall-panel-connections-pbLBNA27934

Page 15: Il comportamento sismico delle strutture prefabbricate in … · 2017-02-01 · acciaio fermo sul valore q = 5.5 mentre quello per i telai in calcestruzzo scendeva a q = 4.0 e,

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http://bookshop.europa.eu/en/design-guidelines-for-precast-structures-with-cladding-panels-

pbLBNA27935/

Il consorzio di ricerca era così composto: BIBM – coordinatore del progetto (EU), ASSOBETON

(I), ANDECE (E), TPCA (Tr), ECS (EU), ELSA-JRC (EU), POLIMI (I), NTUA (G), ITU (Tr),

Univ. Lubiana (Sl), Yapi Mekezi (Tr), BS (I).