Sicurezza sismica delle coperture prefabbricate

I recenti terremoti, in particolare quello del 2012 in Emilia e quello del 2023 in Turchia, hanno evidenziato la vulnerabilità sismica delle strutture prefabbricate progettate senza dettagli antisismici.La principale causa dei crolli è stata la perdita di appoggio degli elementi prefabbricati di copertura per l’assenza di connessioni o il sottodimensionamento delle stesse, non adeguate all’azione sismica. La vulnerabilità sismica di questo tipo di strutture è oggi ben nota. Altrettanto note le possibili soluzioni di miglioramento, sia a livello tecnico che normativo.

Ad esempio, la realizzazione di connessioni tra elementi strutturali offre la possibilità di aumentare la capacità dissipativa delle strutture utilizzando dispositivi di dissipazione sviluppati e dimensionati per la specifica applicazione. L’uso di tali dispositivi, oltre a garantire la connessione tra elementi strutturali, consente di ridurre le sollecitazioni sui pilastri e quindi di mitigare gli effetti del sisma sulla struttura.

Tra le tipologie più ricorrenti di coperture realizzate con elementi prefabbricati, ne riportiamo di seguito alcune, le cui immagini sono tratte dal catalogo “Strutture prefabbricate: catalogo delle tipologie esistenti” a cura di Bonfanti, Carabellese e Toniolo redatto nel 2008 nell’ambito del Progetto triennale 2005/08-DPC/RELUIS.

Collegamenti trave-pilastro con dispositivi SismoCell

Le coperture prefabbricate sono composte da travi appoggiate su pilastri, con elementi secondari (tegoli) posti ortogonalmente e appoggiati sulle travi. Gli interventi per migliorare la sicurezza sismica di questo tipo di strutture si concentrano sui collegamenti in copertura, che sono cruciali per la stabilità della struttura. Il primo nodo da mettere in sicurezza in una struttura prefabbricata è quello trave-pilastro.

I dispositivi SismoCell sono utilizzati per realizzare collegamenti a fusibile dissipativo, che consentono di controllare lo spostamento relativo tra gli elementi strutturali durante un terremoto, riducendo le sollecitazioni trasferite al resto della struttura. Il comportamento dissipativo dei dispositivi, una volta superato il limite elastico e la loro forza di attivazione, crea un effetto di disaccoppiamento controllato tra trave e pilastro, con un vincolo meccanico che viene garantito tramite una barra filettata quando si raggiunge il fine corsa. Le simulazioni numeriche (sia lineari che non lineari) hanno dimostrato l’elevata efficacia dei dispositivi nel ridurre le sollecitazioni sismiche, con un miglioramento medio del 30% nella riduzione delle sollecitazioni alla base dei pilastri, rispetto ai collegamenti rigidi. Questo miglioramento cresce con l’intensità dell’evento sismico.

Nel seguito si riportano alcuni esempi di collegamento trave-pilastro realizzati con dispositivi Sismocell.

Collegamenti elementi secondari di copertura (tegoli) con dispositivi SismoBox

I dispositivi SismoBox sono progettati per garantire il collegamento tra gli elementi secondari di copertura (tegoli) e dissipare energia sismica. Questi dispositivi, di dimensioni ridotte rispetto a quelli utilizzati per le travi, sono dotati di caratteristiche specifiche per facilitare il fissaggio. L’ancoraggio alla trave avviene direttamente tramite due tasselli meccanici o chimici da 12 mm, mentre il collegamento alla carpenteria utilizza 4 bulloni M10.

La distribuzione dei dispositivi SismoBox sulla copertura consente una risposta adattiva della struttura, attivandosi quando viene superata una determinata soglia di sollecitazione. Grazie al loro funzionamento, questi dispositivi realizzano un disaccoppiamento controllato tra gli elementi strutturali, riducendo le sollecitazioni sismiche. L’efficacia di questa azione di disaccoppiamento è maggiore in presenza di irregolarità nella struttura, come tamponamenti e interferenze impiantistiche, che sono comuni nelle costruzioni prefabbricate.

Di seguito viene riportata una serie di esempi di collegamento dei tegoli realizzati con dispositivi SismoBox, suddivise in base alle geometrie degli elementi prefabbricati di copertura.

Le modellazioni numeriche effettuate sui dispositivi SismoBox hanno dimostrato la loro elevata efficienza nel ridurre le sollecitazioni sismiche. I risultati mostrano che la riduzione delle sollecitazioni è maggiore in aree ad alta intensità sismica, in linea con i dispositivi SismoCell per il nodo trave-pilastro. In particolare, utilizzando modelli tridimensionali, è stata ottenuta una riduzione media delle sollecitazioni di taglio alla base dei pilastri del 30% rispetto ai collegamenti rigidi.

Le analisi sono state condotte su due siti a diversa sismicità (media a Ferrara e alta a Cosenza), considerando anche variazioni della tipologia dei pilastri. I dati mostrano una significativa riduzione del taglio alla base dei pilastri con l’uso dei dispositivi dissipativi rispetto ai collegamenti a cerniera.

L’effetto di riduzione delle sollecitazioni alla base dei pilastri grazie ai dispositivi a fusibile dissipativo è visibile anche osservando le singole storie temporali di variazione delle sollecitazioni sugli elementi strutturali. Così come rappresentato nella figura seguente che riporta i valori del taglio alla base per due delle time history considerate.

Supporto tecnico ai progettisti

Sismocell non offre solo dispositivi antisismici, ma fornisce anche un supporto tecnico personalizzato per i progettisti, garantendo il raggiungimento delle prestazioni sismiche richieste. Il team tecnico, altamente specializzato, ottimizza l’intervento in termini di costi e benefici. Con oltre dieci anni di esperienza e una vasta gamma di soluzioni tipologiche da adattare alle singole situazioni, Sismocell facilita la gestione del progetto e fornisce assistenza anche in cantiere per la corretta installazione dei dispositivi e delle carpenterie di ancoraggio, assicurando una rapida esecuzione degli interventi.