L’evento sismico che ha colpito la città de L’Aquila ha messo in evidenza le debolezze dei diversi sistemi costruttivi, soprattutto in riferimento ai loro difetti congeniti o alle eventuali carenze progettuali.

Per i due sistemi costruttivi di più largo impiego (cemento armato e muratura portante), pur con i dovuti distinguo, anche in questa occasione si è potuto constatare che i difetti, quando presenti, sono sempre dello stesso tipo e si possono riassumere come segue:1) mancanza di controllo della qualità dei materiali e della loro posa in opera, che automaticamente si traduce in una diminuzione di resistenza. Per il cal-cestruzzo è determinante il dosaggio, la compattazione, il rapporto acqua/cemento e il copriferro. Per la muratura è importante l’impiego di elementi regolari (mattoni e blocchi), di adeguata resistenza, e la corretta loro “legatu-ra” nella posa in opera (fig. 1);

2) assenza di efficaci ancoraggi e collegamenti (come, ad esempio, il non cor-retto ancoraggio delle murature di tamponamento all’interno del telaio in ce-mento armato, carenti connessioni di vario genere tra i pannelli murari, fig. 2);3) inadeguatezza nella verifica dei dettagli (numero sufficiente e distanza delle staffe nei pilastri, posa in opera dei blocchi correttamente “legati” e connessioni di vario genere nelle murature, fig. 3);

Meccanismi di collasso per effetto di solai di copertura spingentiV. Bacco

1

Lugl

io 2

009

- N

umer

o 58

La G

azze

tta

dei S

oLa

iM

ensi

le d

i in

form

azio

ne t

ecni

ca s

ui S

olai

in

Late

rizi

oFig. 1 - Murature a sacco in pietrame informe o ciottoli con scarsa qualità e forte disomogeneità della tessitura muraria.

Fig. 2 - Problemi d’angolo: a) assenza dell’ancoraggio dei tamponamenti alla struttura in cemento armato; b) esempi di rinforzo delle connessioni negli angoli delle murature e in corrispondenza degli innesti.

Mec

cani

smi d

i col

lass

o pe

r ef

fett

o di

sol

ai

di c

oper

tura

spi

ngen

ti2

4) errato dimensionamento delle singole membrature (forma e dimensioni), del-la loro organizzazione strutturale (equilibrio delle rigidezze, schemi statici di ri-ferimento, ecc.) e dei relativi loro collegamenti che determina pericolose con-centrazioni su alcuni elementi di elevate azioni sia verticali che orizzontali.

Ancor più determinante si è dimostrata, più volte, l’inidoneità dei rapporti tra le strutture portanti verticali e gli orizzontamenti (strutture di solaio intermedio), inclu-se le strutture di copertura (solai piani o a falda inclinata).Per un edificio che deve resistere alle azioni sismiche, tali strutture assumono un ruolo essenziale in quanto, oltre alla naturale funzione di sopportare i carichi ver-ticali, devono anche assicurare quella di ripartire le azioni orizzontali, derivanti dal sisma, tra i vari elementi verticali.Nello svolgere questo ultimo compito, quindi, le strutture orizzontali devono essere efficacemente ancorate alle strutture verticali che le sorreggono, essere in grado di distribuire le azioni in maniera uniforme tra queste ultime (assicurando idonea rigidezza nel piano) e non creare condizioni perché esse stesse amplifichino le forze inducendo spinte non contrastate. Solai e coperture a tetto devono, cioè, essere non spingenti.

Fig. 3 - Errori progettuali e costruttivi: a) l’insufficienza delle staffe nel nodo è causa della instabilità delle armature verticali. Inoltre, la qualità del calcestruzzo (se non si presta la dovuta attenzione) può risultare più scadente alla testa del pilastro in quanto, a seguito del getto, l’acqua in eccesso tende a depositarsi superiormente; b) l’assenza di collegamenti trasversali – diatoni - rende possibile lo scorrimento relativo dei due paramenti (a sinistra), mentre la loro presenza (a destra) rende monolitica la muratura.

Fig. 4 - Strutture spingenti: a) azione spingente degli archi e delle volte; b) travi principali di un solaio in legno non adeguatamente collegate tra loro e alla muratura sottostante; c) azione spingente della componente orizzontale del peso complessivo di un tetto a doppia falda.

3

Sono definiti, in particolare, “spingenti” tutti quegli elementi costruttivi che, anche solo sottoposti ai carichi verticali (peso proprio e carichi variabili d’esercizio e non), tendono a produrre azioni orizzontali sulle strutture portanti verticali (pilastri o pareti murarie) a cui sono direttamente collegati.Sono spingenti gli archi e le volte che, per loro stessa natura, esercitano azioni sia in verticale che in orizzontale (fig. 4.a). Sono anche spingenti i solai piani, a seguito di loro deformazioni (in piano e fuori piano) e, in particolare, quando non esistono adeguati collegamenti di ripartizione con le murature sottostanti (fig. 4.b): questi, se sollecitati da azioni orizzontali, possono creare pericolose azioni di martellamento. Spingenti possono essere, soprattutto, i tetti che, essendo inclinati, generano, na-turalmente, una componente orizzontale del proprio peso che viene amplificata dal sisma (fig. 4.c).

Le conseguenze più rilevanti sono rappre-sentate dalla deformazione della struttura muraria, con eventuale disgregazione, ribal-tamento o spanciamento della stessa, fino alla sua espulsione (fig. 5).

I vecchi solai piani in legno sono caratterizzati, generalmente, da un’unica orditura principale secondo una direzione, e, molto spesso, non presentano collegamenti di alcun tipo al livello dell’appoggio. Inoltre, sono considerati poco rigidi nel proprio pia-no. Più precisamente, si possono distinguere due tipi di orditura: 1) solaio in legno con orditura semplice - le travi sono disposte parallelamente a una direzione muraria e coprono interamente la luce (fig. 6). La deformazione delle travi per flessione (a seguito dei carichi) e le azioni dovute al sisma provocano un’azione orizzontale di spinta e/o martellamento sui muri normali alla loro direzione; azione che, a sua volta, può essere concentrata o distribuita a seconda che le testate siano o meno collegate tra loro e vi sia una interposizione di un dispositivo di distribuzione;

Fig. 5 - Esempio di espulsione della muratura a seguito di spinte.

Fig. 6 - Solaio in legno con orditura semplice: a) la semplice orditura può provocare, a seguito di azioni orizzontali, diversi tipi di dissesto a seconda della efficacia dei collegamenti delle travi ai muri e del grado di ammorsatura di questi; b) dissesto per mancanza di collegamenti: il muro tende al ribaltamento dopo essersi staccato dai muri ad esso trasversali; c) in presenza di collegamenti efficaci, si possono avere deformazioni di tipo flessionale. Lu

glio

200

9 -

Num

ero

58

4

2) solaio con trave maestra e travature ordinarie continue - una trave portante principale interrompe la luce. L’orditura secondaria crea uno schema statico di una trave continua a due campate normalmente di interasse uguale. Una possibile va-riazione consiste nell’interrompere l’orditura secondaria sulla trave (fig. 7). L’azione orizzontale spingente, indotta da questo schema, è di tipo concentrato. I meccanismi fuori piano indotti dal martellamento di tali solai sono riassunti nello schema di figura 8.

Una soluzione molto semplice a questi problemi è il cordolo; cioè quell’elemento strutturale che, oltre a creare collegamento tra gli elementi di orditura del solaio ed il muro, esplica anche, in zona sismica, un’altra funzione altrettanto indispensabile: rendere possibile una corretta distribuzione delle forze orizzontali e verticali al fine di mantenere unita la massa muraria soggetta alle vibrazioni. Nel caso di solaio piano in laterocemento, quasi tutti i problemi prima descritti sono evitati, grazie alla:•presenzadellasolettaarmatache,insiemealleresistenzeacompressionedei

blocchi nelle due direzioni, rende possibile l’assorbimento degli sforzi nel piano, esercitando una conseguente azione di incatenamento (fig. 9);

•rigidezzanelpropriopianocheconsenteunacoerenteripartizionedelleazioniorizzontali sui vari elementi resistenti verticali;

Fig. 8 - Casistica dei meccanismi di collasso delle murature a seguito della spinta del solaio in legno. Le tipologie di rottura sono derivanti dalle caratteristiche delle murature, dai loro collegamenti, dalla presenza di aperture o riduzione della sezione resistente.

Fig. 7 - Solaio con trave maestra e travature ordinarie continue: la trave principale, sia nello schema a) che nello schema b), provoca una azione di martellamento concentrato in un punto che corrisponde spesso alla mezzeria della lunghezza del muro.

Mec

cani

smi d

i col

lass

o pe

r ef

fett

o di

sol

ai

di c

oper

tura

spi

ngen

ti

•sicurapossibilitàdipresenzadelcordolosullamuraturaportante(figg.10a,b)odelle travi di bordo che inquadrano efficacemente il sistema, rendendo possibile il collegamento con i pilastri e scaricando su di essi le componenti orizzontali delle azioni.

Per le coperture a tetto, soprattutto quelle in legno, solitamente poco rigide, possono produrre azioni spingenti sui muri. Per questi tipi di copertura si possono distinguere due modalità di orditura: tetto a falda unica e tetto a doppia falda.Il tetto a falda unica, a sua volta, può avere l’orditura con travi di falda orizzontali op-pure inclinate. Il primo tipo (fig. 11.a) viene considerato “non spingente” perché tutto il peso delle travature di orditura principale viene scaricato direttamente sulle mura-ture inclinate di testata o sulle due travi estreme. Queste ultime, però, scaricano, di solito, sugli angoli la componente orizzontale del peso.

5

Fig. 9 – La resistenza nel piano del solaio, nelle due direzioni, è assicurata dalla presenza della soletta armata e dalla resistenza a compressione dell’insieme travetti/blocchi nelle due direzioni.

Fig. 10 – Il cordolo sulla muratura portante, a); schema di armatura del cordolo, b).

Fig. 11 - Tetto a falda unica: a) orditura di travi di falda orizzontale; b) orditura di travi di falda inclinate. Lu

glio

200

9 -

Num

ero

58

Nel tetto a falda unica con orditura di travi di falda inclinate (fig. 11.b), viene eser-citata una azione spingente localizzata in ciascun punto di appoggio lungo la mura-tura. I più frequenti meccanismi di rottura indotti da queste tipologie di copertura (fig.12) rendono molto evidente, ancora una volta, la necessità di un elemento rigi-do di collegamento delle testate delle travi che distribuisca le azioni sulla muratura e sia opportunamente dimensionato per tali spinte: in definitiva un cordolo.

In entrambi i casi, la presenza di un solaio piano, opportunamente ordito, costitu-isce, senza dubbio, un ulteriore efficace incatenamento per l’assorbimento delle azioni orizzontali. Il tetto a doppia falda è abitualmente costituito da un sistema di muri che reggono le travature in modo da consentire la formazione di piani inclina-ti. Le capriate sono chiamate ad operare in sostituzione degli appoggi del colmo, puntiformi o continui, quando questi costituiscono ingombri strutturali di impedi-mento alla fruizione degli spazi (fig. 13). Esse realizzano strutture non spingenti in quanto dotate di un elemento orizzontale, la catena, che assorbe le azioni indotte dalle due falde che “lavorano” come puntoni (fig. 14). Meglio ancora, come già detto, se questa catena è costituita da un solaio. Unici elementi spingenti restano i puntoni d’angolo, quando non incatenati. Certamente, anche in questo caso, è molto importante la presenza di un elemento di collega-mento, tra i punti di appoggio delle capriate sui muri, che agisca anche da riparti-tore delle azioni delle capriate stesse.

6

Fig. 13 - Strutture a doppia falda tradizionali con appoggi di falda continui, (muri). Lo schema a sinistra rappresenta una struttura spingente solo per il muro di facciata corta. Lo schema di destra presenta il rischio negli angoli dove possono insorgere azioni di spinta con componenti orizzontali.

Fig. 12 - Meccanismi di collasso fuori piano favoriti da coperture spingenti: martellamento delle travi di falda; martellamento delle travi d’angolo.

Mec

cani

smi d

i col

lass

o pe

r ef

fett

o di

sol

ai

di c

oper

tura

spi

ngen

ti

7

Nel caso dei tetti a falda costruiti con struttura in laterocemento, la tecnica costrutti-va permette di realizzare tutti i collegamenti rigidi possibili tra le varie parti strutturali, ivi compreso quello con la eventuale muratura portante sottostante in modo da evita-re ogni forma di spinta e di distribuire correttamente i carichi sulle strutture verticali (fig. 15).Grande attenzione, comunque, deve essere posta nella realizzazione del cordolo in corrispondenza dell’appoggio del solaio sul muro. Il problema non è di particolare im-pegno quando si costruisce un nuovo edificio in cemento armato, ma è sicuramente delicato nelle ristrutturazioni o negli adeguamenti di vecchi edifici, in presenza di solai preesistenti in travi di ferro o di legno.

Fig. 15 – Organizzazione strutturale di un tetto a falde in cui il sistema solaio in laterocemento costituisce una efficace catena in grado di contrastare le azioni spingenti.

Fig. 14 - Orditura di una capriata: la trave di collegamento orizzontale ha funzione di catena ed annulla le azioni orizzontali dei puntoni.

Lugl

io 2

009

- N

umer

o 58