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Introduzione
Capitolo 2 Introduzione
Il presente lavoro si riferisce ad una particolare tecnica costruttiva a pannelli
prefabbricati con funzione strutturale portante e di tamponamento perimetrale ed
interna dei locali.
In associazione con lastre di solaio i pannelli costituiscono l’ossatura portante di
un edificio residenziale.
Nell’esempio svolto le pareti assorbono i carichi orizzontali dovuti alle azioni di
sisma e vento (muri di controvento o “shear walls”) oltre alle azioni verticali
dovute ai carichi permanenti e variabili.
Lo schema strutturale prevede solai infinitamente rigidi nel proprio piano e quindi
la ridistribuzione delle forze avviene esclusivamente in base alle caratteristiche
inerziali delle pareti di controvento.
L’efficacia delle trasmissioni delle azioni orizzontali e verticali è garantita dalla
corretta connessione dei pannelli portanti. Queste sono realizzate a livello della
fondazione, di ciascun solaio e tra pannelli adiacenti.
La stabilità della struttura deve essere garantita anche nelle fasi costruttive
intermedie e pertanto saranno disposti idonei sistemi di sostegno e controvento
fino al completamento dell’involucro edilizio.
Lo spessore complessivo dei pannelli dipende dallo spessore e dal numero dei vari
strati di materiali necessari per l’isolamento termico ed acustico e può variare tra i
16 e i 30 cm.
La produzione degli elementi avviene nello stabilimento di prefabbricazione, dove
dopo il getto di calcestruzzo, vengono disposti gli strati coibentanti e le eventuali
tubazioni per gli impianti tecnologici.
Le finiture esterne variano in base alle esigenze architettoniche e le fonometrie
sono realizzate in fase di produzione.
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Prefabbricazione
Capitolo 3 Prefabbricazione
La prefabbricazione di strutture in calcestruzzo armato consiste nella produzione
dei manufatti un uno stabilimento di produzione, anche lontano dalla sede
dell’opera, e del loro assemblaggio in cantiere.
La realizzazione di elementi prefabbricati in calcestruzzo armato è legata a vari
aspetti, come la velocità di realizzazione, la possibilità di un elevato controllo
della produzione in stabilimento, le elevate prestazioni del materiale ed i
vantaggi economici in presenza di elementi ripetitivi all’interno della struttura.
Tuttavia, lo sviluppo della simica, avvenuto intorno agli anni ’90, e recenti
terremoti, hanno mostrato i limiti di questa tipologia di strutture. La principale
lacuna è la limitata conoscenza delle sue prestazioni proprio sotto l’effetto di
eventi sismici, tanto da aumentare un senso di diffidenza nei suoi confronti, non
giustificata dopo alcuni eventi anche di forte intensità. Infatti, all’origine dei
problemi riscontrati nella deficitaria risposta sismica delle strutture esistenti
(prevalentemente edifici industriali) si possono individuare non tanto i limiti
intrinseci del “prefabbricato“, ma piuttosto sostanziali carenze in fase progettuale
e/o realizzativa, come l’utilizzo di dettagli costruttivi inadeguati, alla scelta di
schemi strutturali inappropriati o assenza di una corretta progettazione sismica.
Ad esempio, gli eventi sismici che hanno colpito la Grecia (Atene, 1999) la
Turchia (Izmit – Kocaeli, 1999) e L’Aquila (6 aprile 2009) hanno evidenziato
l’elevata vulnerabilità di edifici industriali in prefabbricato, realizzati perlopiù con
schemi isostatici a mensola o a pendolo inverso, in cui gli elementi trave sono
semplicemente appoggiati, o incernierati alla sommità dei pilastri.
L’assenza di uno schema a telaio comporta inevitabilmente una notevole
deformabilità del sistema, con potenziale danneggiamento di parti strutturali e non
strutturali interne ed esterne. Inadeguate lunghezze d’appoggio delle travi e la
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Prefabbricazione
debolezza delle connessioni possono condurre a collassi parziali o totali per
effetto a catena, data la limitata ridondanza dello schema strutturale.
In questo contesto, ed alla luce delle nuove Norme Tecniche (D.M. 14.01.08 e
relativa circolare del 2.2.09), entrate definitivamente in vigore dopo il sisma in
Abruzzo si studia il caso di una struttura a due piani con schema a pannelli
prefabbricati portanti in calcestruzzo armato, con connessioni in acciaio;
quest’ultime assumono un ruolo fondamentale per conferire duttilità alla struttura,
ovvero la capacità di dissipare energia. Infatti i pannelli prefabbricati sono
strutture di notevole rigidezza che vengono vincolati puntualmente tra di loro e
alla fondazione da opportuni collegamenti. Risulterebbe infatti poco conveniente e
difficile sfruttare la capacità di deformazione dei singoli pannelli mentre può
essere vantaggioso progettare i collegamenti in modo che siano essi a determinare
la risposta non lineare della struttura e quindi la sua duttilità. In questo modo si
trae vantaggio dalla capacità dissipativa di elementi d’acciaio (costituenti i
collegamenti) opportunamente dimensionati che verranno “sacrificati” per non
compromettere l’integrità strutturale utilizzando criteri di gerarchia delle
resistenze.
I possibili vantaggi di tale struttura prefabbricata, oltre a quelli già citati, sono:
- Presenza di elementi modulari, quindi notevole risparmio dal punto di
vista economico;
- Possibilità di suddividere a piacimento gli ambienti interni;
- Possibile impiego di un unico sistema con funzione portante ma anche di
involucro;
- Drastica riduzione della manodopera in cantiere, quindi minori costi di
costruzione e rischi da infortuni.
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Prefabbricazione
Il maggiore obiettivo tuttavia è quello di utilizzare questa tipologia costruttiva per
usi commerciali e residenziali, tradizionalmente lontani da questo ambito
costruttivo. Le pareti infatti possono essere integrate con “pacchetti” di finitura
interni ed esterni, in modo da garantire, oltre alle proprietà strutturali, anche
quelle architettoniche, di isolamento termico ed acustico.
Grazie quindi alla rapidità delle fasi di esecuzione e montaggio, la
prefabbricazione può essere competitiva anche in questo settore a livello di
prestazioni ed economia.
La realizzazione dell’edilizia civile residenziale prefabbricata presenta l’utilizzo
di diversi sistemi di prefabbricazione che si differenziano sotto il profilo estetico,
statico e produttivo. I sistemi prefabbricati in uso nell’edilizia residenziale e civile
possono essere suddivisi quindi in quattro categorie :
- Sistemi a grande pannello: qui si individuano gli elementi prefabbricati
piani della dimensione di un vano o di una camera, prodotti in stabilimento
trasportati e montati in cantiere con mezzi speciali. Raggiungerà quindi un
elevato livello di finitura incorporando, se previsti, gli infissi
nell’elemento. E’ molto indicato per la realizzazione di edifici in edilizia
residenziale in quanto le disposizioni planimetriche ottenibili presentano
un buon grado di flessibilità . Si riescono a realizzare strutture con pareti
portanti traversali, longitudinali o in entrambi le direzioni.
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Prefabbricazione
Schema a grande pannello: pareti portanti trasversali
Schema a grande pannello: pareti portanti longitudinali
Schema a grande pannello: pareti portanti nelle due direzioni e solai
bidirezionali
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Prefabbricazione
- Sistemi ad ossatura portante: qui il sistema è costituito da pilastri, travi,
elementi di solaio e pareti esterne. Consente di ottenere una buona
flessibilità e si presta quindi alle diverse tipologie edilizie, soprattutto
quelle che richiedono la massima flessibilità in pianta, come scuole ed
edifici commerciali. Lo svantaggio è dato dall’elevato numero di tipologie
di elementi che rende più onerosa la produzione ed il montaggio, nonché
dai numerosi giunti da eseguire in opera. Per l’edilizia civile quindi questa
soluzione è sconsigliata mentre è largamente utilizzata per edifici
commerciali e direzionali e parcheggi pluripiano. Lo schema statico di
questa struttura è del tipo a telaio.
Struttura costituita da elementi lineari con architravi inserite sui pilastri:
a) architravi longitudinali; b) architravi trasversali
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Prefabbricazione
- Sistemi spaziali o cellulari : questi sistemi possono essere divisi in
quattro categorie :
- 1- elementi bi o tri-asssiali prefabbricati, che hanno come vantaggio
la facilità e velocità di montaggio non avendo bisogno di puntellazioni
provvisorie, ma hanno lo svantaggio del costo elevato dei casseri e della
notevole difficoltà di trasporto a causa del notevole peso ed ingombro;
- 2- sistema scatolare a box, che si presenta con cellule chiuse a pareti
portanti, non ha giunti a vista però non ha alcuna flessibilità in pianta,
quindi ha poche applicazioni pratiche;
- 3- sistema ad anelli, assemblando quindi due o più cellule,
disponendo così di un grado di libertà interno; le dimensioni delle
cellule devono essere coerenti con la possibilità di trasporto delle stesse,
hanno però giunti nei vani (pavimento e soffitto) e il sistema può
svilupparsi solo in due direzioni;
- 4- cellule spaziali aperte, formate da un solaio e da due telai
contrapposti, si ha quindi massima flessibilità in pianta ma hanno
metodi di fabbricazione di notevole costo.
Elementi tridimensionali prefabbricati: a) biassiali; b) triassiali
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Prefabbricazione
Sistema scatolare a box
Sistema ad anelli: apertura longitudinale all ’e dific io
Sistema spaziale di cellule aperte
- Sistemi misti : questi sistemi si ottengono accoppiando elementi del
sistema ad ossatura con quelli a grandi pannelli. In questo modo si possono
ottenere notevoli vantaggi economici e di flessibilità interna ed esterna.
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Prefabbricazione
Sistema misto con pilastri interni portanti a più piani e pareti interne portanti
monopiano
La scelta del sistema di fabbricazione più idoneo dipende da molti fattori quali, ad
esempio:
- Dimensioni dell’ intervento;
- Attrezzature disponibili in stabilimento;
- Tipologia residenziale;
- Attrezzature per il montaggio disponibili nelle vicinanze del cantiere;
- Distanza cantiere – stabilimento e successiva incidenza sulle spese di
trasporto;
- Grado di finitura richiesto.