In questo articolo affronteremo il tema delle coperture spingenti, spesso citate nel contesto della vulnerabilità sismica. Questa tipologia di coperture, molto comune negli edifici esistenti in muratura che caratterizzano il nostro territorio, può essere causa di dissesti locali anche in condizioni statiche e rappresenta una vulnerabilità critica in caso di terremoto.
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.
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| Una copertura spingente tende a “ribaltare” le pareti su cui appoggia |
Quindi, una copertura è tanto più spingente quanto più:
- è deformabile;
- è pesante.
Le tipologie di collegamento giocano un ruolo fondamentale nel determinare se una copertura è spingente o meno. Questo aspetto verrà approfondito nella sezione dedicata alle coperture a falda semplice.
Il problema delle coperture spingenti
Il problema delle coperture spingenti riguarda prevalentemente le coperture in legno, mentre una copertura in cemento armato, salvo casi particolari, difficilmente è spingente. Tuttavia, nei rari casi in cui una copertura pesante è spingente, gli effetti sismici possono essere molto gravi.
I motivi per cui una copertura spingente peggiora la risposta sismica dell’edificio sono:
- all’azione orizzontale sismica si somma l’azione orizzontale dovuta ai carichi verticali;
- la componente verticale del sisma incrementa la spinta orizzontale.
Le Norme Tecniche per le Costruzioni (NTC 2018, punto 8.7.4) raccomandano interventi sugli edifici in muratura per ridurre o eliminare le spinte non contrastate delle coperture.
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| Tetto a capanna SPINGENTE |
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| Tetto a capanna con trave di colmo PARZIALMENTE SPINGENTE |
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| Tetto a capanna con muro di spina sul colmo GENERALMENTE NON SPINGENTE |
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| Tetto a padiglione SPINGENTE O NON SPINGENTE |
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| Coperture spingenti CON SPINTA ASSORBITA |
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| Tetto con le travi principali disposte parallelamente alla linea di colmo COPERTURA NON SPINGENTE |
La falda semplice e l’importanza dei vincoli agli appoggi
Uno dei temi più dibattuti è se le coperture a falda semplice siano spingenti o meno. La risposta dipende dai vincoli di appoggio.
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 verticale 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 una copertura in legno con travi e travicelli in buone condizioni è spingente, si può intervenire in due modi:
- Eliminando le spinte, modificando lo schema statico;
- Assorbendo le spinte, inserendo catene, incatenamenti o cordoli dimensionati correttamente.
Per un edificio esistente in muratura, una copertura leggera in legno è quasi sempre la soluzione migliore, specie se sostituiamo una copertura già in legno. La minor massa riduce l’azione sismica e migliora la risposta dell’edificio. Tuttavia, è fondamentale:
- una corretta concezione dello schema statico,
- un’attenta cura dei particolari costruttivi,
- il buon grado di conservazione della struttura esistente (se non viene sostituita)
Una buona progettazione è essenziale sia nella sostituzione che nella riparazione di una copertura in legno. Spesso, bastano pochi accorgimenti per fare una grande differenza nella sicurezza strutturale.
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.
Riferimenti:
– Manuale per la compilazione della scheda di 1° livello di rilevamento danno, pronto intervento e agibilità per edifi ci ordinari nell’emergenza post-sismica
– Linee guida per l’edilizia in legno in Toscana
Autore: Ingegneria e dintorni
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