Costruzioni antisismiche. Il sistema Plastbau

È un luogo comune della progettazione sismica quello di ritenere che prestazioni che consentano alle costruzioni di rimanere in campo elastico (completa agibilità), anche a seguito di eventi sismici “violenti”, comporti costi insostenibili per la società; le strutture a pannelli portanti continui appaiono in grado di smentire questo luogo comune fornendo a prezzi competitivi strutture altamente sismoresistenti.

È noto come gli approcci progettuali più recenti nei confronti della protezione sismica vengano ad articolarsi su quattro livelli di comportamento atteso dalle strutture:
1. Immediate occupancy - IO (Occupazione immediata, Stato limite di operatività: l’intera costruzione, sia nelle sue parti strutturali che non strutturali, mantiene un comportamento elastico lineare ed è immediatamente fruibile anche a valle di un evento sismico).
2. Occupancy – O (Occupazione, Stato limite di Danno: la costruzione mantiene un comportamento sostanzialmente elastico lineare in tutta la sua struttura portante, mentre sviluppa danneggiamenti limitati nelle porzioni non strutturali, che comunque possono esser riparati in tempi relativamente brevi).
3. Life Safe – LS (Salvaguardia della vita, SLV: sia le parti strutturali che le parti non strutturali della costruzione possono subire danneggiamenti anche consistenti con sviluppo di deformazioni anche in campo non lineare, ma è garantito il “non crollo” delle varie membrature in modo da garantire la salvaguardia delle vite umane).
4. Near Collapse – NC (Stato limite di prevenzione del collasso. SLC: viene garantito il “non collasso” della intera costruzione anche se porzioni limitate – o paramenti – non strutturali possono subire crolli parziali).

Questa impostazione alla progettazione sismica multi livello fu proposta originariamente alla fine degli anni Novanta del secolo scorso nel documento “VISION 2000” redatto dal consorzio dei centri di ricerca californiani di ingegneria sismica che prende il nome di “PEER” (“Pacific Earthquake Engineering Research” Centers) e ha avuto ampia diffusione a livello mondiale, tanto che anche le più recenti normative di progettazione sismica italiane (Nuove norme tecniche per le costruzioni del d.m. 14 gennaio 2008) fanno preciso riferimento a quattro livelli di comportamento delle strutture.

Come evidenziato nella seguente tabella (tratta da un articolo di Vitelmo Bertero del 2002, già professore alla Università di Berkeley in California), le prestazioni sismiche di una costruzione possono essere sintetizzate nella correlazione fra comportamento atteso della costruzione (uno dei quattro sopra elencati) ed intensità (a sua volta correlata al periodo di ritorno del sisma) dello scuotimento sismico.

Per edifici cosiddetti “ordinari” (quali ad esempio gli edifici di tipo 2 e classe d’uso II, di cui alle norme tecniche del d.m. 14 gennaio 2008) le prestazioni “minime” richieste dalle normative internazionali si attestano sostanzialmente sugli obiettivi prestazionali identificati quali “basic objective” nella tabella di Bertero.

Il che equivale sostanzialmente a prevedere:
1. che la costruzione rimanga immediatamente fruibile (stato limite di operatività IO) per un sisma a probabilità di accadimento pari all’81% (con riferimento ad un lasso di tempo che per questa tipologia di edifici risulta essere pari a 50 anni, il che equivale a considerare un sisma con periodo di ritorno pari 30 anni)
2. che la costruzione raggiunga lo stato limite di danno (SLD) per un sisma a probabilità di accadimento pari al 63% in 50 anni (il che equivale a considerare un sisma con periodo di ritorno pari 50 anni)
3. che la costruzione raggiunga lo stato limite di salvaguardia delle vite (SLV) per un sisma a probabilità di accadimento pari al 10% in 50 anni (il che equivale a considerare un sisma con periodo di ritorno pari 475 anni)
4. che la costruzione raggiunga lo stato limite di prevenzione al collasso (SLC) per un sisma a probabilità di accadimento pari al 5 % in 50 anni (il che equivale a considerare un sisma con periodo di ritorno pari 975 anni)

I recenti eventi simici accaduti a L’Aquila (secondo i dati messi a disposizione dalla Rete Accelerometrica Nazionale RAN l’evento accaduto ha mostrato una violenza corrispondente ad un evento con periodo di ritorno pari o superiore ai 475 anni) hanno messo in evidenza come la società attuale si attenda dalle costruzioni un comportamento molto “prestazionale” (livelli di prestazione compresi tra l’Immediate Occupancy e l’Occupancy) anche a seguito di eventi sismici di estrema violenza. Appare quindi piuttosto chiaro come i pur elevatissimi standard di sicurezza richiesti dalle norme internazionali (su cui anche l’Italia si allineerà con l’entrata in vigore del d.m. 14 gennaio 2008) non riescano a soddisfare appieno le aspettative dell’uomo comune.

Il sistema costruttivo Plastbau, per sua intrinseca natura consente di ottenere “facilmente” prestazioni sismiche anche ben superiori ai minimi requisiti di sicurezza prescritti dalle principali normative internazionali e di potere soddisfare a costi contenuti le esigenze di prestazioni attese dalla società.
Il sistema consente infatti di realizzare costruzioni a comportamento scatolare (interamente costituire da nuclei a setti in conglomerato cementizio armato) che garantiscono una ottimale resistenza nei confronti delle azioni orizzontali.
A tal proposito si pensi a come, in costruzioni a sistema portante costituito da telai e caratterizzate da notevoli altezze e dimensioni (numero di piano superiori a 5), l’inserimento di uno o due nuclei portanti in conglomerato cementizio armato di ridotte dimensioni (tipicamente “confinati” ai vani scale o ascensori) consentano di ottenere un sistema resistente alle azioni orizzontali sufficiente a garantire le prestazioni sismiche minime richieste dalla normativa).
Risulta chiaro quindi come, realizzando costruzioni in cui TUTTA l’ossatura portante realizza un nucleo scatolare costituito da pareti in conglomerato cementizio armato, le resistenze nei confronti delle azioni orizzontali siano elevatissime, tanto da poter facilmente garantire prestazioni sismiche superiori ai minimi da normativa.

Con semplici (ancorché non immediati) calcoli si può mostrare come un setto portante realizzato con la metodologia costruttiva Plastbau di lunghezza pari a 5 metri ed altezza pari a 10 metri (come si potrebbe avere nella realizzazione di una villetta a 3 piani) su cui afferiscano i carichi di relativi a circa 25 mq/piano (con riferimento quindi a solai di luce pari a 5,00 metri poggianti sul setto in esame) sia in grado di portare le azioni orizzontali date da un sisma a periodo di ritorno pari a 475 anni (ed accelerazione massima al piede della costruzione PGA pari a circa 0,4 g) mantenendo l’intera costruzione in campo elastico lineare e consentendo una agibilità immediata (prestazione Immediate Occupancy IO – SLO). È qui opportuno sottolineare come per un evento di questa violenza la prestazione minima richiesta dalla normative sia la salvaguardia della vita (SLV) e come tali prestazioni possano essere ottenute mediante l’utilizzo nel pannello della sola armatura minima prevista dal sistema costruttivo (1).
Il pannello poi si caratterizza per la presenza di una diffusa (e “consistente”) armatura a trama orizzontale in grado di garantire una ottima resistenza delle pareti nei confronti delle sollecitazioni taglianti, al fine di scongiurare rotture di questo tipo e ottimizzare il comportamento duttile delle costruzioni.
Il preciso pre-posizionamento delle armature caratteristico del sistema costruttivo è garanzia di una ottimale qualità del costruito con copriferri ed interferri precisi e costanti a garanzia di una ottimizzata durabilità del manufatto.

Il muro Plastbau3 abbinato al solaio Plastbau Metal con le sue caratteristiche di leggerezza, aumenta le prestazioni del sistema costruttivo.
Si potrà rilevare che l'impiego del Solaio Plastbau porta a una riduzione del carico trasmesso dagli orizzontamenti alle strutture verticali, valutabile al 25%, anche nel recupero degli edifici danneggiati dal sisma questo valore risulta molto importante e portatore di notevoli vantaggi. Inoltre la rete portaintonaco, annegata nel pannello e nei travetti impedisce la caduta degli intonaci aumentando così il grado di sicurezza.

Particolare esecutivo muro 1

Particolare esecutivo muro 2

Particolare esecutivo muro 3

Particolare esecutivo muro 4

Articolo dell’Ing. Tomaso Trombetti

Note
(1) Se nella parete sono presenti aperture e/o interruzioni, e/o per situazioni particolari andranno inserite opportune armature aggiuntive.

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