Le strutture leggere in acciaio sagomato a freddo (CFS) garantiscono una risposta sismica ottimale grazie a una drastica riduzione della massa oscillante dell’edificio, fattore che abbatte proporzionalmente le forze inerziali generate dal terremoto. La progettazione di organismi ibridi o a telaio metallico su fondazioni in calcestruzzo armato sfrutta la massa del basamento e la duttilità dell’elevazione a secco per gestire le sollecitazioni dinamiche. L’impiego di elementi in acciaio formato a freddo (CFS) permette di ottenere vantaggi strutturali misurabili: La concezione strutturale per la resistenza ai carichi orizzontali (sisma e vento) si basa sull’inserimento di adeguati elementi di controventatura. I controventi, sia orizzontali (di piano e di falda) che verticali, hanno il preciso compito di irrigidire i telai in acciaio e limitare gli spostamenti eccessivi della struttura. Il nodo di connessione tra l’acciaio in elevazione e il basamento in calcestruzzo armato viene realizzato rigorosamente a secco, impiegando piastre di base metalliche ancorate alla fondazione tramite gabbie di tirafondi o tasselli chimici, escludendo l’uso di malte o connessioni ad umido in questa interfaccia. Per garantire il corretto trasferimento degli sforzi di taglio e momento flettente alla platea, alle travi rovesce o ai plinti in c.a., si ricorre a due tipologie principali di ancoraggio: Le colonne in acciaio (siano esse in profili laminati a caldo, in scatolari CFS saldati o in profili aperti accoppiati per bullonatura) vengono poi fissate all’ancoraggio tramite piastre di base appositamente forate e irrigidite con fazzoletti metallici (bandiere). La progettazione e l’esecuzione delle strutture in acciaio devono rispettare rigorosamente le prescrizioni del D.M. 17/01/2018 (NTC 2018) e la norma armonizzata UNI EN 1090 ai fini della marcatura CE. Il rispetto di questi standard è imprescindibile per validare la resistenza, la stabilità e la sicurezza dell’organismo strutturale misto. Il dimensionamento avviene secondo i criteri del metodo semiprobabilistico agli stati limite. L’analisi modale con spettro di risposta (espressa in termini di accelerazione) viene utilizzata per valutare lo stato tenso-deformativo indotto dall’azione sismica dinamica. Le connessioni tra le membrature in acciaio avvengono per unioni puntiformi tramite bulloneria strutturale di piccolo diametro (M10-M12). Le uniche saldature consentite (ad esempio su piastre o colonne speciali) vengono eseguite esclusivamente all’interno delle officine in ambiente controllato (sotto certificazione EN 1090), eliminando totalmente la pratica della saldatura in cantiere. La scelta di sistemi costruttivi ibridi o interamente in acciaio su basamenti in calcestruzzo richiede al progettista un netto spostamento delle attività ingegneristiche verso la fase di calcolo e di modellazione off-site. I sistemi a secco standardizzati e interamente imbullonati garantiscono il pieno rispetto delle Norme Tecniche per le Costruzioni (NTC 2018) e la tracciabilità CE in base alla UNI EN 1090. Sul versante della sostenibilità, le tecnologie stratificate a secco facilitano l’ottenimento delle certificazioni ambientali necessarie per i Criteri Ambientali Minimi (CAM), consentendo di progettare strutture altamente sicure in zona sismica con materiali disassemblabili e dotati di Dichiarazione Ambientale di Prodotto (EPD). Le strutture in acciaio, e in particolare i sistemi formati a freddo, garantiscono forze inerziali notevolmente inferiori rispetto al calcestruzzo massivo grazie alla drastica riduzione del peso (fino a ordini di grandezza inferiori). La naturale duttilità del materiale comporta un rischio di collasso inferiore; in caso di sisma estremo, il danneggiamento tende a essere locale e facilmente riparabile. Il nodo critico risiede nella piastra di base delle colonne metalliche, che deve trasferire le sollecitazioni al calcestruzzo sottostante. Questo ancoraggio si realizza a secco mediante gabbie di tirafondi (con barre in classe 8.8 e dime metalliche annegate nel getto) o tramite barre filettate inserite con ancoranti chimici su calcestruzzo indurito. Secondo le indicazioni progettuali standard, il comportamento sismico dinamico viene valutato tramite l’analisi modale con spettro di risposta. I sistemi in acciaio basano la dissipazione dell’energia sismica sull’utilizzo di telai abbinati a specifiche controventature (di piano o verticali), realizzate tramite l’accoppiamento di profili formati a freddo, che hanno il compito di irrigidire la struttura e limitare gli spostamenti. L’ingegnere strutturista definisce il corretto fattore $q$ in base a questi specifici accorgimenti dissipativi. Assolutamente sì. A titolo di esempio, per la costruzione di una villa monopiano a Torregrotta (ME) – territorio inserito in Zona Sismica 2 – i progettisti hanno optato per il sistema in acciaio leggero con involucro a secco proprio per poter contare su un comportamento e un assorbimento ottimali alle sollecitazioni sismiche, garantendo la massima sicurezza. La durabilità si garantisce vietando le saldature in cantiere ed effettuando assemblaggi esclusivamente a mezzo bullonatura. Inoltre, i profili metallici e i componenti di connessione devono essere protetti mediante rivestimenti superficiali applicati a caldo, come la zincatura Sendzimir, la zincatura a caldo, la verniciatura a polveri epossidiche, o utilizzando speciali leghe zinco-magnesio-alluminio (Magnelis) per ambienti particolarmente aggressivi.
Dettagli costruttivi per l'ancoraggio tra acciaio e fondazione in calcestruzzo
Ancoraggio chimico: riservato a carichi meno gravosi (come l’edilizia residenziale o piccole tettoie), impiega barre filettate fissate mediante resine chimiche direttamente all’interno di piastre, solette o travi in calcestruzzo già esistenti e maturate.Normativa NTC 2018 e certificazioni delle strutture miste
Requisito normativo
Applicazione operativa
NTC 2018 (D.M. 17/01/2018)
Regola il calcolo delle azioni statiche, dinamiche e sismiche, definendo i requisiti di sicurezza per gli stati limite ultimi e di esercizio.
UNI EN 1090-1
Definisce i requisiti per la valutazione di conformità delle strutture in acciaio e stabilisce le basi per la marcatura CE.
UNI EN 1090-2
Regolamenta i requisiti tecnici e le procedure di esecuzione. Impone il controllo rigoroso dei materiali in cantiere e la pre-fabbricazione in officina.
Implicazioni operative per i progettisti edili
1. Come si comportano le strutture in acciaio durante un terremoto rispetto al calcestruzzo?
2. Quali sono i dettagli costruttivi critici nella connessione tra acciaio e fondazione in c.a.?
3. Quale fattore di struttura si utilizza per edifici residenziali in acciaio controventati?
4. L'acciaio è consigliato per la ricostruzione in zone sismiche 1 e 2?
5. Come garantire la durabilità delle connessioni strutturali acciaio-calcestruzzo?