18-2011 | Speciale | Vetro
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La progettazione meccanica delle facciate continue

prof. ing. Paolo Rigone*

In base alla Direttiva europea prodotti da costruzione (CPD 89/106) ed alla norma di prodotto UNI EN 13830 la facciata continua, per definizione, consiste di elementi strutturali verticali e orizzontali collegati insieme e ancorati alla struttura portante dell’edificio e tamponamenti, a formare un involucro leggero continuo che garantisce tutte le funzioni normali di una parete esterna, ma che non assume alcuna delle caratteristiche portanti della struttura dell’edificio. Comunque, in quanto elemento dotato di funzione statica autonoma, la facciata deve essere correttamente progettata e verificata sotto il profilo del suo comportamento meccanico. Questo vuol dire che il concetto di resistenza meccanica di una facciata continua risponde al requisito più generale di sicurezza in uso (requisito essenziale n. 4), secondo quanto previsto dall’Allegato A del DPR 246/93 che costituisce il recepimento da parte dello Stato Italiano della CPD (che disciplina la marcatura CE dei prodotti da costruzione).

Al fine di garantirne la rispondenza al requisito fondamentale di sicurezza in uso prescritto dalla CPD, è necessario che tali verifiche siano condotte nei confronti sia dello stato limite di esercizio (SLE) sia dello stato limite ultimo (SLU) in riferimento alle azioni agenti su di essa (vento, urti, azione sismica, azioni orizzontali di esercizio, pesi propri). Si sottolinea inoltre che la facciata continua deve garantire, in condizioni di servizio, la sua piena funzionalità non solo nei confronti della sicurezza degli occupanti, ma anche nei confronti di quei requisiti che connotano la corretta fruizione dell´immobile (controllo della permeabilità all´aria, resistenza al vento e tenuta all´acqua). Ad ogni modo, nel panorama legislativo italiano ed europeo non esiste una norma tecnica di riferimento specifica per il dimensionamento statico delle facciate continue; è quindi necessario utilizzare e mutuare le informazioni e i processi di calcolo e verifica riportati nel corpo delle norme tecniche a disposizione, relative agli elementi strutturali dell’edificio.

Tra le norme tecniche che trovano applicazione per le facciate continue, è necessario ricordare principalmente:

  • - NTC 2008, Norme Tecniche per le Costruzioni di cui al DM 14 gennaio 2008;
  • - UNI EN 1999-1-1, Eurocodice 9, Progettazione delle strutture di alluminio, Parte 1-1: Regole strutturali generali;
  • - UNI EN 13830 – Facciate continue – Norma di prodotto (norma armonizzata relativa alla marcatura CE).

La differenza fondamentale tra una facciata continua e una generica parete esterna consiste nella relazione con la struttura dell´edificio. La facciata continua assolve tutte le funzioni proprie di una parete esterna ad esclusione del supporto di carichi verticali trasmessi dai solai, funzione assolta esclusivamente dalle strutture verticali dell´edificio. Le facciate continue essendo "portate" dalla struttura dell´edificio, non contribuiscono alla stabilità dell´edificio. L´esclusione della funzione di supporto dei carichi verticali ha consentito la realizzazione di sistemi di facciata "leggeri", facciate con orditura metallica ed elementi di tamponatura opachi o trasparenti, composti con differenti materiali e tecnologie. Il sistema viene definito "leggero" proprio perché soggetto a carichi permanenti limitati al peso proprio dei componenti la facciata: l´orditura metallica, gli elementi di tamponatura fissi e apribili, gli elementi accessori, elementi aventi peso proprio contenuto rispetto agli elementi costituenti le pareti in muratura e le pareti portanti in genere.

Per definire compiutamente il progetto statico di una facciata è necessario seguire una precisa sequenza di fasi interdipendenti:

  • 1. acquisizione dei dati di progetto: geometria, localizzazione, caratteristiche dei materiali, ecc;
  • 2. analisi dei carichi e definizione delle combinazioni di carico;
  • 3. definizione dello schema strutturale;
  • 4. analisi strutturale;
  • 5. verifica degli ancoraggi;
  • 6. statica locale.

Le azioni da considerare principalmente nel calcolo della sollecitazione di una facciata continua sono:

Permanenti:

  • peso proprio dell’orditura della facciata (montanti, traversi, staffe e accessori di collegamento);
  • peso portato dalla facciata (peso degli elementi di tamponamento ciechi e trasparenti, eventuali elementi portati quali frangisole ecc.);

Variabili:

  • vento: azione espressa in kN/m2 calcolata in conformità con il Paragrafo 3.3 delle NTC 2008 e alla Circolare applicativa 2 febbraio 2009 n. 617;
  • neve: (applicabile nel caso di inclinazioni comprese tra 60° e l’orizzontale), azione espressa in kN/m2 calcolata in conformità con il Paragrafo 3.3 delle NTC 2008.

L’azione variabile sul montante può essere rappresentata tramite uno schema rettangolare, nel caso la si consideri completamente portata dal montante, o trapezoidale, nel caso sia portata sia dai montanti sia dai traversi; in questo caso l’azione orizzontale del vento sul traverso ha schema triangolare.

Esercizio: - folla che agisce a 1,2 metri dal piano di calpestio o sul traverso intermedio se esistente: nel caso delle facciate continue, diversamente da quanto prescritto al Par. 3.1.4.1 delle NTC 2008, i carichi variabili orizzontali lineari (schema rettangolare) non costituiscono verifica locale, ma bensì si sommano ai carichi orizzontali (ad esempio il vento) attraverso le opportune combinazioni. È necessario infine considerare che la folla non è un’azione caratteristica ma è un’azione nominale, in quanto non è possibile associarla ad un periodo caratteristico proveniente da studi stocastici. I valori, espressi in kN/m, sono riportati nella tabella Tabella 3.1.II Valori dei carichi di esercizio per le categorie d’uso del DM 14.01.2008.

Azioni eccezionali: la determinazione deve essere effettuata in conformità al Paragrafo 3.6 delle NTC 2008. Le azioni eccezionali gravanti sulle facciate continue sono quelle che si presentano in occasione di eventi quali urti, collisioni ed esplosioni.

Temperatura: la determinazione deve essere effettuata in conformità al Paragrafo 3.5 delle NTC 2008.

Sisma: la facciata non costituisce elemento strutturale dell’edificio e rientra quindi nell’ambito applicativo descritto al punto 7.2.3 Criteri di progettazione di elementi strutturali “secondari” ed elementi non strutturali delle NTC 2008. Il DM 14.01.2008 al punto 7.3.6.3 - Verifiche degli elementi non strutturali e degli impianti, prescrive che per gli elementi costruttivi senza funzione strutturale debbono essere adottati magisteri atti ad evitare collassi fragili e prematuri e la possibile espulsione sotto l’azione della forza sismica orizzontale agente al centro di massa dell’elemento non strutturale corrispondente allo SLV.

Le facciate devono essere verificate, per gli stati limite ultimo e di esercizio, in conseguenza alle diverse combinazioni delle azioni: per le facciate le combinazioni da adottare sono la Fondamentale allo SLU e la Caratteristica (o Rara) allo SLE, valutando anche la combinazione sismica e quella accidentale se il caso lo richiede. La verifica allo SLU è una verifica di sicurezza che consiste nell’accertare che il valore di progetto dell’effetto delle azioni, opportunamente fattorizzato tramite i coefficienti di sicurezza ?, non superi la resistenza di progetto. Nel caso (assai comune) in cui il montante sia appeso al solaio superiore questo è da verificare anche all’azione di trazione esercitata dai pesi propri e portati (orditura e tamponamenti). La verifica allo SLE è una verifica di corretto funzionamento che consiste nella valutazione che la deformazione sotto carico rientri nel limiti previsti dalle norme (UNI EN 13830): - deformazione limite del montante soggetto ad azione orizzontale: L/200 o comunque non superiore a 15 mm; - deformazione limite del traverso soggetto ad azione orizzontale: L/200 o comunque non superiore a 15 mm; - deformazione limite del traverso soggetto ad azione verticale: L/500 o comunque non superiore a 3 mm.

È inoltre importante ricordare che, ai fini della marcatura CE di una facciata continua, è necessario da parte del Produttore sottoporre un prototipo della facciata ad una serie di prove sperimentali di laboratorio finalizzate a certificarne le prestazioni (resistenza al vento, permeabilità all’aria e tenuta all’acqua) in condizioni sia di esercizio che di sicurezza. Particolare importanza assume la prova di resistenza al vento in quanto essa permette di verificare sperimentalmente il comportamento deformativo e di resistenza della facciata continua sia in condizioni di esercizio, sotto l’azione del carico di progetto del vento, che di sicurezza attraverso l’applicazione di un carico incrementato di un fattore di sicurezza pari ad 1,5. *Dipartimento BEST, Politecnico di Milano Direttore Tecnico UNCSAAL

(L´articolo apre lo Speciale "Vetro e facciate continue", pubblicato alle paggg. 7 - 12 di questo numero)

 

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