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Tetto spingente

Tetto spingente: caratteristiche e soluzioni strutturali

Tempo di lettura stimato: 6 minuti

Scopri tutto ciò che c’è da sapere sul tetto spingente, dalla definizione alle soluzioni pratiche. Analisi dettagliata delle tipologie e motivi di vulnerabilità

Le coperture spingenti, presenza comune negli edifici in muratura nel nostro territorio, rappresentano una delle principali fonti di dissesti locali, soprattutto dal punto di vista statico, un motivo di vulnerabilità significativa in scenari sismici. Comprendere appieno la definizione e le caratteristiche di queste strutture è cruciale per i professionisti del settore edile.

Questo articolo ti fornirà delle informazioni importanti per comprendere e affrontare le sfide progettuali legate a questa tipologia di tetti.

Potrai anche visualizzare due brevi video per capire come puoi definire il tetto con un software di progettazione architettonica e come effettuare il calcolo con uno strumento di analisi strutturale.

Calcolo di un tetto spingente

Calcolo di un tetto spingente

Tetto spingente: definizione e caratteristiche

Iniziamo con la definizione di “struttura spingente”. Una struttura è considerata spingente se, quando soggetta solo a carichi verticali, genera una reazione orizzontale sugli appoggi. Nel contesto delle coperture spingenti, questo fenomeno è particolarmente critico per la stabilità degli edifici.

Una copertura spingente ha la tendenza a “ribaltare” le pareti su cui si appoggia e questa inclinazione è strettamente correlata a due fattori chiave: deformabilità e peso. Maggiore è la deformabilità e il peso della copertura, maggiore è la probabilità che essa sia spingente. Questi fattori, insieme alle tipologie di collegamento, svolgono un ruolo fondamentale nel determinare se una copertura è spingente o meno. In generale, il problema delle coperture spingenti è più prominente nei tetti a capanna, soprattutto in assenza di travi di colmo o muri di spina.

A differenza delle coperture in cemento armato, che raramente sono spingenti, quelle in legno possono diventarlo, creando una complessità aggiuntiva nella progettazione sismica ed è per questo che le tipologie di collegamento diventano cruciali nell’analisi di queste tipologie di coperture.

Se vuoi conoscere di più sulle coperture e sulle diverse tipologie, ti consiglio di leggere l’articolo di approfondimento “Come progettare un tetto, le linee guida“.

Tipologie di coperture spingenti

Esaminiamo in dettaglio le diverse tipologie di coperture spingenti, focalizzandoci sulle condizioni che determinano se una copertura può essere classificata come spingente o non spingente.

Tetto a capanna: spingente, parzialmente spingente o non spingente?

Il tetto a capanna, una delle configurazioni più comuni, può variare nella sua natura spingente in base a diverse condizioni:

  • tetto a capanna standard: solitamente spingente, questa configurazione può generare una spinta significativa sulle pareti perimetrali;
  • tetto a capanna con trave di colmo: la spinta di questa tipologia è parzialmente dipendente dalla rigidezza della trave di colmo. Travi snelle possono rendere la copertura parzialmente spingente, mentre una buona connessione tra i travetti e la trave rigida può renderla non spingente;
  • tetto a capanna con muro di spina sul colmo: generalmente non spingente, poiché il muro sul colmo fornisce un adeguato supporto e rigidità. La spinta, però, può essere influenzata dai vincoli di appoggio.

Coperture spingenti con spinta assorbita

È possibile mitigare la spinta nelle coperture spingenti introducendo elementi capaci di assorbire la spinta, come catene, capriate, cordoli e incatenamenti. Questi componenti aggiuntivi sono fondamentali per ripristinare un livello di sicurezza adeguato.

Tetto a falsi puntoni in legno

Tra le coperture in legno, il tetto a falsi puntoni è una tipologia frequente. La sua natura spingente o non spingente dipende da vari fattori:

  • tetto a falsi puntoni non spingente: quando la zona di appoggio del puntone è sagomata con precisione, fornendo superfici orizzontali di supporto, e se è presente un muro di spina o una trave di colmo dalla rigidezza significativa, il falso puntone assume una configurazione non spingente. Questo scenario si traduce in uno schema statico equivalente a una trave inclinata, vincolata alle estremità, con un carrello ad asse verticale e un punto di appoggio caratterizzato da una reazione vincolare con componente verticale predominante:
    • carrello ad asse inclinato: in situazioni in cui manca un collegamento diretto tra il puntone e la muratura, un carrello ad asse inclinato può essere la componente dinamica chiave che induce la spinta strutturale;
    • appoggio con collegamento murario: quando, al contrario, è presente un collegamento robusto tra il puntone e la muratura, l’appoggio diventa il punto in cui si concentrano le spinte;
  • tetto a falsi puntoni con trave di colmo: quando la trave di colmo è presente e gli appoggi sono costruiti accuratamente per evitare la spinta del puntone, la natura spingente o meno del tetto dipende in gran parte dalla rigidezza flessionale di questa trave di supporto:
    • se la trave di colmo è sufficientemente rigida, gli spostamenti verticali causati dal peso proprio del tetto saranno controllati e la forza spingente risultante sarà trascurabile. In questo contesto, la trave di colmo agisce come una barriera efficace contro l’abbassamento significativo e gli spostamenti orizzontali dell’appoggio inferiore, riducendo al minimo la spinta esercitata sulla parete perimetrale;
    • nel caso in cui la trave di colmo sia meno rigida e, di conseguenza, deformabile, la risposta del tetto varia significativamente. Gli spostamenti verticali diventano più marcati sotto il carico verticale, generando un maggiore abbassamento e causando uno spostamento orizzontale dell’appoggio inferiore. Questa dinamica può tradursi in una spinta notevole sulla parete perimetrale, specialmente in situazioni sismiche. È fondamentale considerare attentamente la natura della trave di colmo durante la progettazione strutturale, soprattutto in zone sismiche, per mitigare gli effetti potenzialmente dannosi di tetti spingenti.
Tetto spingente in legno

Tetto spingente in legno

Come contrastare le forze orizzontali dei tetti spingenti

Nel contesto della progettazione strutturale, l’affrontare il rischio di ribaltamento delle facciate sollecitate dalle travi di un tetto spingente richiede approcci mirati. Quando le coperture a due o più falde scaricano carichi sulle pareti attraverso le travi, il rischio di ribaltamento, anche sotto azione statica, è una sfida significativa, specialmente per edifici storici.

Una soluzione consigliata consiste nell’implementare una cerchiatura con fasce in fibra di carbonio o in acciaio. Posizionate strategicamente dove le travi trasferiscono le sollecitazioni, queste fasce rafforzano la sezione resistente del pannello murario nella sua zona tesa. Questo approccio è particolarmente efficace nell’edilizia storica, dove la preservazione dell’aspetto estetico è fondamentale.

Quando si affrontano tetti a padiglione con puntoni inclinati, è necessario considerare accorgimenti speciali. I puntoni, supportando le orditure secondarie, possono trasmettere forze elevate agli appoggi, creando potenziali meccanismi di ribaltamento delle pareti esposte. L’utilizzo di catene in piano sulla proiezione dei puntoni, vincolate sia alla testa del puntone che alla muratura contrapposta, è un metodo tradizionale efficace per compensare queste spinte. Inoltre, la presenza di cordoli solleva questioni legate alle dimensioni geometriche e all’inerzia flessionale di tali elementi.

Gli interventi di miglioramento strutturale devono considerare attentamente la sicurezza sismica dell’edificio. L’uso di catene metalliche, l’inserimento di dispositivi di connessione e l’implementazione di archi e volte, quando appropriati, sono strategie essenziali per mitigare gli effetti delle spinte orizzontali e prevenire il collasso durante eventi sismici.

Di seguito ti riporto un breve elenco di soluzioni applicabili suddivise per tipologia di intervento:

Elementi anti-spinta

Catene e cavi: le catene o i cavi di acciaio vengono installati strategicamente per connettere la struttura del tetto alle pareti portanti dell’edificio. Questi elementi assorbono parte della spinta orizzontale, ridistribuendola e limitandone l’impatto sulle pareti.

Cordoli: I cordoli, elementi orizzontali di rinforzo, vengono posizionati lungo le pareti perimetrali. La loro funzione è fornire una maggiore rigidità alla struttura, contribuendo così a contrastare la spinta del tetto.

Utilizzo di travi di colmo rigide

Sagomatura adeguata: una corretta sagomatura della zona di appoggio del puntone sulla trave di colmo è cruciale. Una superficie di appoggio orizzontale aiuta a ridurre la spinta del tetto, favorendo un’adeguata distribuzione delle forze verticali.

Incremento della rigidezza strutturale

Rinforzo delle pareti con integrazione di elementi strutturali: rinforzare le pareti portanti dell’edificio può avvenire attraverso l’uso di materiali più robusti o l’aggiunta di elementi strutturali supplementari come pilastri e travi. Ciò migliora la capacità complessiva di resistere alle forze laterali.

Sistemi di smorzamento sismico:

Ammortizzatori: gli ammortizzatori sismici, come gli ammortizzatori viscosi o a dissipazione di energia, vengono installati per assorbire e dissipare l’energia sismica. Ciò riduce l’effetto delle forze orizzontali sui tetti spingenti, migliorando la stabilità dell’edificio.

Isolatori sismici: questi dispositivi permettono alla struttura di muoversi indipendentemente dal terreno sismico, riducendo così le forze laterali trasmesse al tetto.

A queste soluzioni è sempre bene applicare un flusso di lavoro e strumenti che possano rendere più affidabile ed efficiente tutto il lavoro. Per questo ti consiglio di utilizzare e realizzare modelli BIM che ti consentono una progettazione più accurata e dettagliata, facilitando analisi strutturali avanzate. Ciò include simulazioni di carichi sismici per prevedere il comportamento del tetto in diverse condizioni.

Come fare il calcolo di un tetto spingente

Di seguito puoi vedere un breve video che ti mostra come effettuare il calcolo di un tetto e, quindi, prendere le dovute decisioni per evitare eventi spiacevoli.

Come progettare un tetto spingente

Ora ti condivido un video che ti fa capire nel dettaglio come effettuare il progetto architettonico di un tetto.

 

Edilus

 

Edilus

 

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