Nel post di oggi voglio parlarti dell’importanza dei dettagli costruttivi per una una costruzione in cemento armato. I dettagli costruttivi giocano un ruolo decisivo quando una struttura viene investita da un sisma di forte intensità come quello che ha colpito il Centro Italia a partire dal 24 agosto 2016. Nel seguito del post ti mostro il perchè.

 

Lo spunto di quest’articolo è nato da una recente esperienza personale nel Comune di Rieti e provincia per le verifiche di agibilità post-sisma dei fabbricati danneggiati dal terremoto. L’attività coordinata dalla Protezione Civile consiste nell’eseguire un rapido esame visivo all’esterno del fabbricato e in tutti i locali interni per individuare lesioni ed eventuali dissesti. Si procede poi con la compilazione di una scheda F.A.S.T. (acronimo per rilevamento sui Fabbricati per l’Agibilità Sintetica post-Terremoto) e con l’assegnazione di un esito al sopralluogo:

  • FABBRICATO AGIBILE;
  • FABBRICATO NON UTILIZZABILE;

Durante quest’esperienza ho avuto modo di vedere i classici quadri fessurativi e i dissesti causati da un sisma su una struttura in cemento armato o in muratura. Fino ad allora danni del genere li avevo visti soltanto nei manuali dedicati all’argomento.

I fabbricati del Comune di Rieti non hanno subito danni eccessivi. Più del 90% dei fabbricati ispezionati è risultato agibile. La vera devastazione ho avuto modo di vederla nel Comune di Amatrice. Alla fine di un sopralluogo nei pressi di Amatrice, io e il mio compagno di squadra (i sopralluoghi si eseguono in squadre da due persone) decidiamo di fare una visita.

Nel post di oggi voglio condividere con te i dettagli costruttivi delle strutture in cemento armato che sono state danneggiate durante l’evento sismico attraverso una serie di immagini. Le foto che vedrai di seguito le ho scattate di persona durante la visita ad Amatrice. Spero che queste immagini contribuiscano a rafforzare la consapevolezza dell’importanza dei dettagli costruttivi e del rispetto delle prescrizioni normative quando progettiamo una struttura in cemento armato.

Le staffe: ecco cosa accade quando sono poche

La presenza delle staffe è di fondamentale importanza per le travi, i pilastri e i nodi trave-pilastro. Le staffe hanno diversi scopi:

  • garantire la resistenza a taglio delle travi e dei pilastri;
  • confinare le zone critiche delle travi e dei pilastri per consentire la corretta dissipazione dell’energia sismica;
  • confinare i nodi trave-colonna;
  • evitare l’instabilità dei ferri longitudinali dovuta alla compressione per i momenti flettenti indotti dal sisma.

Senza dubbio le NTC2008 prescrivono passi delle staffe molto fitti, soprattutto per strutture progettate in classe di duttilità alta. Saprai bene che sono molto frequenti le lamentele dei carpentieri per la difficoltà di eseguire il getto di calcestruzzo in questo groviglio di ferri di armatura. Ma l’infittimento delle staffe in punti precisi della struttura ha un suo fondamento. Il motivo ti sarà subito chiaro dando un’occhiata alle foto che ti propongo di seguito.

Comune di Amatrice: instabilità della barra longitudinale del pilastro per assenza delle staffe
Comune di Amatrice: instabilità della barra longitudinale del pilastro per assenza delle staffe
Comune di Amatrice: distacco del pilastro dal nodo trave-colonna; assenza di staffe nella zona critica del pilastro.
Comune di Amatrice: instabilità di tutte le barre longitudinali del pilastro. Passo delle staffe troppo ampio, non sufficiente ad evitare il fenomeno di instabilità
Comune di Amatrice: instabilità delle barre longitudinali sul lato corto del pilastro.

Come hai potuto vedere dalle immagini precedenti, il dissesto più frequente è stato il fenomeno di instabilità delle barre longitudinali dei pilastro. Un’adeguata staffatura avrebbe evitato questo problema.

La gerarchia delle resistenze: fondamentale per evitare il collasso

Ti ho già parlato in un post del blog dell’importanza della gerarchia delle resistenze e di quale sia l’obiettivo di questo criterio. Lo scopo della gerarchia delle resistenze è quello di evitare meccanismi di collasso di piano soffice. Ciò si ottiene facendo in modo che in caso di sisma le cerniere plastiche si formino nelle travi e non nei pilastri, al fine di dissipare la maggiore quantità di energia possibile. Di conseguenza i pilastri dovranno avere un momento resistente maggiore rispetto al momento resistente delle travi che convergono nel nodo trave-pilastro. In questo modo il collasso della struttura sarà evitato e la vita umana sarà salvaguardata.

L’esatto contrario è accaduto per la struttura che puoi vedere nella foto di seguito. La trave è rimasta intatta, mentre alla testa dei pilastri del primo livello si sono formate delle cerniere plastiche che hanno dato vita ad un meccanismo di collasso di piano soffice.

Comune di Amatrice: formazione delle cerniere plastiche alla testa dei pilastri del primo livello. Meccanismo di collasso di piano soffice. Nota: la trave è intatta, non si sono formate cerniere plastiche.

 

 

Schematizzazione del meccanismo di collasso di piano soffice (da evitare applicando il criterio di gerarchia delle resistenze)

 

In alcuni casi il mancato rispetto della gerarchia delle resistenze può portare a conseguenze ancora più catastrofiche come nelle immagini che ti propongo di seguito. Tre impalcati sono sovrapposti l’uno sull’altro.

Comune di Amatrice: meccanismo di collasso di piano soffice, tre impalcati sovrapposti l’uno sull’altro. I pilastri non sono visibili.
Comune di Amatrice: Meccanismo di piano soffice. Puoi renderti conto dell’altezza totale facendo un confronto con la sagoma nella foto (sì, quello di spalle sono io)

Il criterio di gerarchia delle resistenze garantisce che collassi come quelli delle foto precedenti siano evitati.

Tamponature: il pericolo più grande è l’espulsione

Una altro dissesto molto frequente per le strutture in cemento armato investite da un sisma è l’espulsione delle tamponature dalla struttura portante in cemento armato. Lo spostamento relativo degli impalcati provoca il distacco fra tamponature e struttura portante. In altri casi oltre al distacco, le tamponature vengono letteralmente espulse fuori dalla struttura a causa dell’accelerazione subita in direzione ortogonale alla tamponatura. Lo stesso può accadere per i tramezzi interni. Puoi vedere alcune immagini di seguito.

Comune di Amatrice: espulsione delle tamponature
Comune di Amatrice: espulsione delle tamponature
Comune di Amatrice: espulsione delle tamponature
Comune di Amatrice: espulsione delle tamponature

Se la struttura in cemento armato è ben progettata, molto probabilmente non riporterà seri danni. Per esempio nell’immagine seguente la struttura in cemento armato è priva della benchè minima lesione. L’unico dissesto subito è stato l‘espulsione delle tamponature. Puoi vedere la foto qui sotto.

Comune di Amatrice: struttura in cemento armato priva di lesioni, espulsione delle tamponature
Comune di Amatrice: collasso dei tramezzi interni

Per evitare questo tipo di dissesto è bene eseguire una verifica della tamponatura per il ribaltamento fuori piano. La Normativa tecnica prescrive di eseguire una verifica degli elementi secondari non strutturali quali possono essere le tamponature. Ti riporto di seguito l’estratto delle NTC2008:

Con l’esclusione dei soli tamponamenti interni di spessore non superiore a 100 mm, gli elementi costruttivi senza funzione strutturale (per esempio le tamponature n.d.t.) il cui danneggiamento può provocare danni a persone, devono essere verificati, insieme alle loro connessioni alla struttura, per l’azione sismica corrispondente a ciascuno degli stati limite considerati.

NTC2008 – par. 7.2.3

Si eseguirà quindi una verifica di resistenza per il ribaltamento fuori piano della tamponatura, considerando un adeguato cinematismo e confrontando il momento ribaltante con il momento resistente. Un problema può comunque essere rappresentato dalle tamponature realizzate con doppia fodera. E’ molto probabile che la fodera esterna, se non collegata adeguatamente con quella interna, andrà soggetta all’espulsione. Una possibile soluzione al problema potrebbero essere delle apposite tamponature anti-espulsione.

Conclusioni

L’obiettivo di questo post non è quello di mettere in evidenza errori di progettazione. Ad essere sinceri non so a che epoca  risalgano i fabbricati che ti ho mostrato in foto. E’ probabile che all’epoca della realizzazione le prescrizioni normative di oggi non erano in vigore.

Ho deciso di pubblicare questo post per un semplice scopo: mostrarti il motivo alla base di alcune delle prescrizioni richieste dalla Normativa Tecnica.

L’infittimento delle staffe nelle zone critiche di travi e pilastri ha un suo fondamento, così come l”importanza della gerarchia delle resistenze. Vedere come si comportano le strutture quando tali accorgimenti non vengono rispettati aiutano senz’altro un progettista a prendere consapevolezza del perchè la Normativa Tecnica ci chiede di rispettare determinate prescrizioni nella fase di progettazione.

La prossima volta che sentirai un carpentiere lamentarsi per l’eccesso di ferro e staffe in corrispondenza dei nodi, magari puoi suggerirgli di dare un’occhiata alle foto di questo post. Eseguire un getto di calcestruzzo con staffe così fitte come richiedono le NTC2008 non sarà il massimo della praticità, questo è fuori di dubbio, ma se l’obiettivo è quello di salvaguardare la vita umana e garantire l’integrità di una struttura allora lo sforzo è giustificato.

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Al prossimo articolo.

Marco.

I dettagli costruttivi che fanno la differenza: quando il sisma investe le strutture

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