Le coperture spingenti
In questo articolo affronteremo le coperture spingenti di cui tanto si sente parlare quando si affronta il tema della vulnerabilità sismica. Questa tipologia...
In questo articolo affronteremo le coperture spingenti di cui tanto si sente parlare quando si affronta il tema della vulnerabilità sismica. Questa tipologia di coperture, frequentissima negli edifici esistenti in muratura che caratterizzano il nostro territorio, è causa di molti dissesti locali anche in campo statico e diventa una vulnerabilità importante in caso di terremoto.
Partiamo con ordine, vediamo qual è la definizione di struttura
spingente:
"Una struttura si dice spingente se, sottoposta a soli carichi
verticali, produce una reazione orizzontale sugli
appoggi".
Una copertura spingente tende a "ribaltare" le pareti su cui appoggia, quindi una copertura, se è spingente, lo è tanto più:
- tanto più è deformabile;
- tanto più è pesante
Le tipologie di collegamento svolgono un ruolo fondamentale nel
rendere una copertura spingente o meno. Questo problema lo
affronteremo in fondo all'articolo quando parleremo delle coperture
a falda semplice.
Il problema delle coperture spingenti quindi riguarda
prevalentemente le coperture in legno, salvo casi particolari una
copertura in cemento armato difficilmente è spingente. Però, i rari
casi in cui una copertura pesante è spingente sono i peggiori per
le azioni sismiche.
I motivi per cui una copertura spingente ha effetti estremamente
negativi sulla risposta dell'edificio alle azioni sismiche sono
facilmente intuibili:
- alla azione orizzontale sismica si aggiunge l'azione orizzontale per i carichi verticali;
- la componente verticale sismica incrementa la spinta orizzontale.
Le Norme Tecniche per le Costruzioni al
punto 8.7.4 infatti riportano tra gli interventi raccomandati sugli
edifici sulle murature quelli volti
alla riduzione ed eliminazione delle spinte non
contrastate di copertura.
Vediamo allora di capire quali tipologie di copertura sono
spingenti:
Tetto a capanna |
Tetto a capanna con trave
di colmo PARZIALMENTE SPINGENTE |
Questa tipologia è più o meno spingente in funzione della rigidezza della trave di colmo; travi snelle non consentono di limitare efficacemente l’azione spingente. Tuttavia se al colmo i travetti sono ben collegati tra loro e/o sono ben collegati alla trave rigida di colmo e al cordolo, la copertura può considerarsi non spingente.
Tetto a capanna con muro di
spina sul colmo |
Questo schema è solitamente non spingente in quanto il muro sul colmo assicura un appoggio con adeguata rigidezza. Potrebbe essere parzialmente spingente in funzione dei vincoli di appoggio, ma di questo ne parliamo dopo quando affrontiamo il tema delle falde semplici.
Tetto a padiglione |
Il tetto a padiglione può essere o meno spingente in funzione di quanto detto fino ad ora. Il meccanismo di ribaltamento del cantonale è un cinematismo locale estremamente diffuso che può verificarsi anche in condizioni statiche.
Coperture spingenti CON SPINTA ASSORBITA |
Nelle coperture spingenti è possibile inserire elementi resistenti a trazione capaci di assorbire la spinta quali catene, capriate, cordoli e incatenamenti. In questi capi si ripristina una situazione di sicurezza.
Tetto con le travi
principali disposte parallelamente alla linea di colmo |
La falda semplice e l'importanza dei vincoli agli
appoggi
Mi sono tenuto in fondo uno dei problemi dove esistono più opinioni
contrastanti: le coperture a falda semplice. Sono spingenti o no?
Ci sono varie opinioni, la risposta più corretta secondo me è
dipende. Dipende dai vincoli. Vediamo questo schema, che confronta
la copertura ad un auto, che secondo me rende tutto molto
chiaro:
Analizziamo i diversi casi:
A) La trave è orizzontale, vincolata con carrelli a reazione
verticale, non ci sono componenti orizzontali e quindi è in
equilibrio e non è spingente;
B) La trave è inclinata, vincolata con carrelli a reazione
inclinata, non ci può essere l’equilibrio in quanto non sono
equilibrate le componenti orizzontali delle reazioni vincolari,
quindi non è in equilibrio e tende a scivolare verso sinistra;
B1) La trave è inclinata, vincolata con carrelli a reazione
inclinata, tuttavia all’appoggio basso la testa della trave può
contrastare contro il muro, il contrasto con il muro determina una
spinta sub-orizzontale che ripristina l’equilibrio alla traslazione
orizzontale, il sistema è spingente ma è in equilibrio;
C) La trave è inclinata, vincolata con carrelli a reazione
verticale, non ci sono componenti orizzontali e quindi è in
equilibrio e non è spingente;
D) La trave è inclinata, vincolata con carrelli uno a reazione
orizzontale ed uno a reazione inclinata, non ci può
essere l’equilibrio in quanto non è equilibrata la componente
orizzontale della reazione del vincolo di destra, quindi non è in
equilibrio e tende a scivolare verso sinistra. L’equilibrio ci
sarebbe se la testa sinistra della trave potesse contrastare al
muro come nel caso B1 e darebbe spinta orizzontale;
E) La trave è inclinata, vincolata da un lato con carrello a
reazione orizzontale dall’altro con cerniera (appoggio più
spinotto) in grado di dare reazione in ogni direzione, il sistema è
in equilibrio e non è spingente in quanto non nascono forze
orizzontali. Nel caso dell’analogia con l’automobile le ruote
anteriori sono frenate;
F) La trave è inclinata, vincolata da ambedue i lati con cerniera
(appoggio più spinotto) in grado di dare reazione in ogni
direzione, il sistema è in equilibrio e non è spingente in quanto
non nascono forze orizzontali. Nel caso dell’analogia con
l’automobile le ruote sono tutte frenate.
Come consolidare un tetto spingente
Se ci troviamo a dover intervenire su una copertura in legno che ha
le travi e i travicelli sani e idonei ma è spingente possiamo
intervenire in due modi principali:
- eliminando le spinte;
- assorbendo le spinte inserendo delle catene, incatenamenti o cordoli appositamente dimensionati e calcolati;
Conclusione:
E' mia opinione che, per un edificio esistente in muratura, una
copertura leggera, e quindi in legno, sia quasi sempre la soluzione
migliore (specie se dobbiamo sostituirne una che già era così). La
minor massa (e quindi minor azione sismica) sulla sommità
dell'immobile può avere un ruolo fondamentale nella risposta
dell'immobile. Ovviamente sono fondamentali la concezione dello
schema statico, i particolari costruttivi e, per le coperture
esistenti, garantire un buon grado di conservazione.
Una buona progettazione è fondamentale sia per la
sostituzione sia per la riparazione di una copertura in legno, e a
volte bastano pochi accorgimenti per fare una grande, grandissima
differenza.
A cura di Ing.
Braian Ietto
www.ingegneriaedintorni.com
IL NOTIZIOMETRO