Le strutture miste presentano uno schema di funzionamento in due fasi, caratterizzato dalla portanza iniziale della struttura metallica e quella finale di struttura composta. Risultano particolarmente indicate per le zone sismiche, sia per la loro resistenza, che consente una riduzione delle masse, sia per la loro duttilità, che permette alla struttura di andare oltre il limite elastico senza rischio di collasso.

 

Nella struttura mista e nella struttura in c.a., ai fini del calcolo, i solai vengono considerati infinitamente rigidi nel loro piano, dunque gli elementi resistenti si ripartiscono l’azione orizzontale in modo proporzionale alla loro rigidezza.

 

Nelle strutture a telaio sia le azioni orizzontali che quelle verticali vengono assorbite congiuntamente dal complesso di travi e pilastri, ed entrambe inducono sollecitazioni di tipo flessionale su entrambe le tipologie di membratura. Per assicurare la stabilità dell’edificio in ogni possibile direzione di arrivo del sisma, oltre alla presenza del piano rigido, è necessario assicurare un comportamento a telaio in tutte le direzioni: tipicamente questo si ottiene disponendo un ordito di travi a maglie ortogonali collegate rigidamente ai pilastri con nodi ad incastro capaci di trasmettere le sollecitazioni flettenti.

 

Tutto ciò si verifica chiaramente nelle strutture miste, dove, per effetto del completamento in calcestruzzo gli elementi solidarizzano, lavorando come unico sistema. Lo stesso avviene chiaramente con le strutture in acciaio, nelle quali la continuità tra gli elementi trave-pilastro è garantita da opportune giunzioni, adeguatamente dimensionate per trasmettere le azioni flettenti. Nelle strutture in cemento armato precompresso, invece, questa unione non avviene quasi mai. Nella maggior parte dei casi, infatti, gli elementi sono semplicemente appoggiati, trasferendo senza problemi i carichi verticali, ma non assicurando così la trasmissione delle azioni orizzontali. Lo schema statico infatti è a pilastri isostatici, utilizzato tipicamente nei fabbricati industriali e caratterizzato da colonne incastrate alla base e strutture orizzontali semplicemente appoggiate. Si ha quindi uno schema pendolare, che prevede una discontinuità flessionale a livello dei giunti, con eccessivi spostamenti laterali a seguito di forze orizzontali.

 

In Italia, nonostante le novità introdotte dal DM 14.01.2008, non vengono date indicazioni specifiche per la sperimentazione e la progettazione dei sistemi di fissaggio in zona sismica. La normativa, pur individuando nell’unione degli elementi (collegamenti tra parti strutturali atte alla trasmissione di sollecitazioni) il punto debole della struttura, fornisce indicazioni per il suo progetto ancora limitate (devono essere progettate in maniera tale da garantire la trasmissione degli sforzi previsti, senza che avvengano assestamenti preventivi non espressamente previsti in progetto). Il progettista deve opportunamente tenere conto delle azioni locali che possono verificarsi nella realizzazione fisica dei giunti, ivi comprese quelle derivanti da stati di coazione. Gli appoggi devono essere tali da soddisfare le condizioni di resistenza dell’elemento appoggiato, tenendo conto delle variazioni termiche, della deformabilità delle strutture e dei fenomeni lenti.

 

Il prof. Gaetano Manfredi, ordinario di Tecnica delle Costruzioni presso l’Università degli Studi Federico II di Napoli e presidente della Rete dei Laboratori Universitari di Ingegneria Sismica (ReLUIS), intervistato da Edilportale sui crolli di molti capannoni industriali e commerciali avvenuti durante il recente sisma dell’Emilia ha affermato: “Sicuramente l’intensità del sisma è un fattore importante nel crollo di una struttura ma, in questo caso,  ha avuto un ruolo determinante la grande vulnerabilità di questa tipologia strutturale.” e  ancora “I capannoni nella maggior parte dei casi sono stati costruiti senza dettagli sismici,  nodi tra travi e colonne senza connessioni meccaniche e con piccoli appoggi.

 

Tegoli di  copertura semplicemente appoggiati. La maggior parte dei collassi è dovuta alla caduta  delle travi dagli appoggi per limite di spostamento.”

Questo mostra come in Italia è prassi comune realizzare i nodi a secco nonostante sia noto che il solo attrito non garantisce il collegamento, pertanto sarebbe necessario introdurre connessioni meccaniche in corrispondenza degli appoggi, per permettere alla struttura di sopportare le azioni sismiche.

 

L’inserimento di staffe e bulloni come connessioni meccaniche, crea dei vincoli necessari per la sicurezza sismica, ma difficilmente essi assicurano il funzionamento nelle due direzioni principali dell’edificio (il loro costo incide per il 4-5% del costo del capannone).

 

C’è da sottolineare però che questo tipo di accorgimento non è comunque sufficiente per avere una struttura del tutto antisismica, per la quale, invece, è opportuno prestare ulteriore attenzione alle fondazioni.

 

Quello che avviene infatti con i classici plinti a bicchiere è che spesso non sono collegati tra loro, in quanto il costo della struttura sale considerevolmente e, come se non bastasse, il vincolo di incastro che qui si crea (pilastro-bicchiere) diventa un punto critico sotto l’azione sismica. Proprio all’estradosso del bicchiere, infatti, viene a formarsi la cerniera plastica che porta alla rotazione dell’elemento con perdita della verticalità. Il risultato è la rotazione del pilastro e il crollo dell’elemento di trave.