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Sullo sfondellamento dei solai (latero-cementizi)

Analisi delle cause, diagnosi e interventi

AUTORE: Giuliano Gennari, ingegnere libero professionista

INTRODUZIONE

Lo “sfondellamento” dei solai è una problematica di carattere strutturale connessa al

cedimento del fondello delle pignatte nei solai latero-cementizi.

In realtà, la casististica di tale fenomenologia non è semplicemente o solamente

connessa ai solai latero-cementizi a travetti e pignatte; vedremo poi altre situazioni per le

quali occorre prestare le dovute attenzioni.

Minimo comune denominatore del fenomeno è comunque la presenza di elementi in

laterizio ai quali è affidata una funzione strutturale più o meno significativa nel contesto della

struttura orizzontale.

La problematica si evidenzia con il distacco e conseguente rottura, del fondello, dei

setti verticali della pignatta e successiva caduta di porzioni significative di intradosso di solaio

Figura 1 – Esempio di sfondellamento di porzione di solaio e schema di rottura

Si tende ad associare al termine sfondellamento anche il semplice distacco d’intonaco;

in realtà, pur essendo i due fenomeni spesso associati, non è detto che un distacco d’intonaco

comporti anche la successiva rottura del fondello delle pignatte.

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Figura 2 – Esempio di distacco d’intonaco; in questo caso si evidenzia comunque che i fondelli delle pignatte

sono al limite della rottura.

Il fenomeno dello sfondellamento è purtroppo frequente dato l’elevata percentuale di

utilizzo di tale tipologia strutturale nell’edilizia italiana.

La rottura è di tipo fragile, quindi per sua natura veloce e, spesso, senza segnali

premonitori, con potenziali conseguenze molto gravi per le persone e per l’agibilità stessa dei

locali.

CAUSE PRINCIPALI DELLO SFONDELLAMENTO

Le cause per le quali si arriva a un cedimento improvviso della tenuta del fondello delle

pignatte sono molteplici; in generale è possibile asserire che, a parte difetti legati alla cattiva

qualità dei materiali costituenti il laterizio, le cause delle rotture sono sempre di origine

esterna.

La cattiva qualità dei materiali (esempio la difettosità del laterizio in sede di

produzione), l’errata posa in opera dei blocchi e delle armature, possono essere cause

determinante di uno sfondellamento; in questi casi, si hanno effetti di caduta per causa

diretta.

Più spesso però, tali difettosità sono concausa di cadute che avvengono a distanza di

tempo rilevante rispetto alla realizzazione dell’opera.

Per tale motivo, la valutazione e l’eventuale prevenzione di fenomeni di

sfondellamento assumono oggi considerevole rilievo visto il patrimonio edilizio esistente e

l’elevata percentuale di fabbricati che presentano solai realizzati con le tecniche descritte.

Esula da questo breve articolo la trattazione del controllo qualità materiali e corretta

esecuzione in opera, ma s’intende fornire un quadro delle possibili cause di sfondellamento,

spesso legate ad aspetti di progettazione, al fine di fornire qualche suggerimento per eseguire

diagnosi su fabbricati esistenti.

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Premesso quanto sopra, le possibili cause di sfondellamento di solai possono essere

ricondotte macro-categorie così inquadrate:

1. Frecce elastiche e inelastiche del solaio eccessive o non valutate in sede progettuale;

2. Azioni esterne e/o coazioni dovute a schemi statici derivati da vincoli e comportamenti

statici effettivi non schematizzati nella progettazione del solaio

3. Carichi appesi

I primi due punti sono quelli più rilevanti al fine di comprendere il fenomeno, ma sono

anche quelli più difficili da valutare in anticipo al fine di esprimere un giudizio sullo stato di

consistenza di un solaio con un semplice esame visivo.

1-2 Frecce elastiche e inelastiche eccessive o non valutate in sede progettuale;

Azioni esterne/coazioni dovute a schemi statici derivati da vincoli e comportamenti

non schematizzati nella progettazione del solaio.

Per introdurre questo argomento, occorre ricordare l’evoluzione delle normative in

materia di calcolo e progettazioni dei solai in latero-cemento.

Brevemente, si vogliono qui ricordare due tra le numerose regole di progettazione dei

solai latero-cementizi, che si ritengono fondamentali per meglio esporre i successivi temi.

- Nel D.M. 30/05/1972, al punto 5.3.4 si indicava che “… lo spessore dei solai, che non

siano di semplice copertura non deve essere inferiore a 1/30 della luce e in nessun caso

inferiore a 8 cm “.

- Con il D.M. 27/07/1985 tale rapporto era ridotto a 1/25 tra la luce di calcolo (1/30

solo per solai a travetti precompressi) e l’obbligo, in assenza di soletta in calcestruzzo

(solai cosiddetti “rasati”) di prevedere una nervatura di ripartizione per quelli aventi luce

maggiore di 4.5 metri.

- Le attuali norme tecniche (NTC 08 e relativa circolare) non indicano limiti in modo

esplicito, ma richiedono una verifica diretta di deformabilità (C4.1.2.2.2).

Tali cogenti prescrizioni non erano esplicitamente riportate nelle norme in precedenza

vigenti; pertanto i progettisti potevano limitarsi a verificare le geometrie strutturali di un

solaio sulla base del soddisfacimento delle tensioni (ammissibili) nei materiali, lasciando le

verifiche sulla limitazione delle inflessioni elastiche a una sorta di applicazione volontaria

basata prevalentemente sul buon senso o l’esperienza diretta.

Le motivazioni che spinsero il legislatore (dal 1972) a inserire prescrizioni cogenti in

merito a spessori minimi e limitazioni di deflessione erano evidentemente legati a:

- Limitare le deformazioni/vibrazioni dei solai

- Ridistribuire il più possibile carichi concentrati e deformazioni trasversali in virtù del

fatto che il calcolo del solaio difficilmente teneva conto delle deformazioni del complesso

strutturale (vedi fig. 3)

- Cautelarsi dagli effetti di deformazioni viscose a lungo termine

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Figura 3 – Schematizzazione delle deformazioni reali di un solaio nel contesto strutturale di un telaio in c.a.

Osservando le reali deformazioni di un campo di solaio tipo (in un telaio in c.a.), è del

tutto evidente che, per congruenza, si creano sollecitazioni parassite di compressione e taglio

nei laterizi; tali effetti sono tanto più elevati, tanto maggiore saranno le deformazioni del

solaio stesso (vedi fig. 4) e tanto maggiori tanto è più deformabile la struttura nel suo

complesso.

Figura 4 – Schematizzazione delle sollecitazioni parassite dovute a distorsioni del solaio

E’ facile intuire come tali sollecitazioni possano comprimere trasversalmente le

pignatte , provocando azioni di compressione indesiderate e non controllabili, fino al limite

della espulsione del fondello della pignatta per superamento della capacità di compressione

del laterizio stesso.

Nella pratica progettuale corrente, è noto che un solaio è calcolato come elemento

singolo monodimensionale (a meno non si tratti di un solaio con travetti incrociati) su una o

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più luci secondo lo schema di appoggi effettivamente presenti; la valutazione di effetti

secondari di tipo torsionale non è presa in conto.

Risulta evidente come il fenomeno descritto può essere causa di sfondellamento del

solaio.

Un altro punto da focalizzare legato alla progettazione dei solai è il nodo strutturale

ove questi sono orditi parallelamente alle strutture principali che presentano maggiore

rigidezza; è il caso di solai paralleli a travi di bordo in c.a.; laddove non sia presente un

collegamento di armatura (cappa superiore), la differenza di freccia elastica/inelastica a lungo

termine, comporta l’insorgere di momenti flettenti parassiti che, se non tenuti da apposite

armature (ad esempio per mancanza di cappa armata superiore) tendono a generare lesioni

parallele al solaio; lesioni usualmente localizzate in corrispondenza del primo travetto di

solaio (fig. 5)

Figura 5 – Schematizzazione problematiche di bordo solaio

La stessa problematica può essere dovuta alla presenza di muri divisori all’intradosso

del solaio; soprattutto per deformazioni viscose a lungo termine, solai poco performanti

possono letteralmente “adagiarsi” su tali murature, facendole diventare a tutti gli effetti

murature semi portanti.

L’effetto locale sul solaio è ancora una volta quello di creare tensioni trasversali

indesiderate, con possibilità di indurre sollecitazioni non volute sulla componente debole del

solaio stesso, ovvero la pignatta (fig. 6) e portare a fenomeni di sfondellamento

Figura 6 – Effetto di muri all’intradosso di soli cedevoli

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Una esemplificazione di come fenomeni di coazione indesiderati possano provocare

sfondellamenti è il caso dell’incendio; infatti in quel caso, elevati gradienti termici generano

elevate dilatazioni (confinate lateralmente e longitudinalmente ) con conseguente

compressione localizzata e relativa rottura dei fondelli di laterizio(fig.7).

Figura 7 – Effetto di debole incendio in solaio di latero cemento

Come accennato nell’introduzione, esiste una tipologia strutturale di solai per la quale

la rottura del laterizio è anche sinonimo di vero e proprio crollo strutturale, con conseguenze

anche per le strutture “portate” dal solaio stesso.

Infatti, nel caso dello sfondellamento di solai latero-cementizi (con geometrie come

descritte nei paragrafi precedenti) le problematiche legate all’incolumità delle persone e

all’agibilità dei luoghi sono usualmente limitate alla zona poste di sotto il solaio, lasciando

inalterate le condizioni di utilizzo dei locali posti sopra lo sfondellamento.

Per la tipologia strutturale sotto descritta questo non avviene.

Si tratta dei solai a travi e tavelloni interposti (figg. 8-9); tale tipologia strutturale

risulta molto frequente nell’edilizia realizzata tra la fine ‘800 e gli anni 50 del secolo scorso.

Figura 8 – Esempio di solai a travi metalliche e tavelloni interposti

Questa tipologia è qui trattata in quanto anch’essa presenta problematiche che

potremmo definire di sfondellamento.

Escludendo dal presente discorso l’utilizzo di tale tipologia strutturale come

controsoffitto, quando la stessa è utilizzata come solaio, è evidente che il tavellone (che

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mediamente presenta luci comprese tra gli 80 cm e i 120 cm), assume una valenza strutturale

rilevante , essendo lo stesso caricato dai pesi permanenti del riempimento dei massetti, delle

pavimentazioni e dai variabili di solaio.

Al tavellone sono evidentemente assegnati sforzi di flessione significativi, che sono

contrastati dalla nascita di azioni di trazione/compressione nelle cartelle di solo laterizio.

Senza entrare in aspetti normativi di dettaglio, è evidente che gli sforzi di trazione

possono risultare incompatibili con il materiale.

Tale tipologia strutturale, in caso di interventi di recupero, non può che essere

consolidata dall’alto mediante la messa in opera superiore di cappe di calcestruzzo armate, cui

affidare i carichi verticali sopra descritti.

E’ inoltre da ricordare che il tavellone risulta sensibile alla problematica legata alle

azioni di trazione che si generano nella cartella inferiore del laterizio quando vengano

realizzati intonaci in aderenza se, questi, molto adesivi e ad elevato ritiro volumetrico

(esempio classico: intonaco ad elevata o totale base cemento); tali azioni di trazione possono

raggiungere intensità tali da portare alla rottura stessa del tavellone.

Figura 9 – Esempi di tipologie di solai in acciaio e tavelloni che possono presentare fenomeni di rottura del

laterizio.

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Carichi appesi

Naturalmente lo sfondellamento dovuto alla sola presenza di carichi appesi risulta

possibile in quei casi ove il carico sia tale da risultare pregiudizievole per il superamento della

resistenza a trazione delle cartelle in laterizio .

E’ bene chiarire subito che le usuali appensioni ai solai di singoli e leggeri punti luce

non sono sicuramente causa di sfondellamento.

Naturalmente occorre porre attenzione laddove i carichi possano assume un certo

rilievo, oltre che alla necessità di eseguire numerosi fori nella stessa pignatta o laterizio per

eseguire l’appensione, con conseguente riduzione della consistenza della stessa.

L’attenzione infatti deve essere posta in relazione alla tipologia di solaio che ci si trova

di fronte (intendendosi in questo caso la tipologia di associazione travetto+pignatta).

Infatti le tipologie di solai latero-cementizi che storicamente sono stati realizzati

presentano geometrie le più disparate.

Si riporta un caso concreto in cui lo scrivente si è trovato nella condizione di imporre la

demolizione del fondello e prescrivere l’esecuzione dei vincoli degli impianti appesi in sola

corrispondenza dei travetti.

Il solaio era all’interno di un edificio realizzato nel 1952 nel nord Italia; la tecnologia

costruttiva del solaio è stata ricondotta a solai tipo SAPAL RDB.

Figura 10 – Sezione Sapal M-(da manualetto RDB edizione 1962)

Come può osservarsi l’intradosso del solaio è realizzato, tra i travetti, con un fondello

sottile, appoggiato con un semplice dente al laterizio esterno al travetto stesso.

E’ evidente che tale fondello non può essere in grado di sopportare carichi significativi;

inoltre piccoli assestamenti/cedimenti possono compromettere l’equilibrio dell’appoggio con

conseguente caduta di file intere di cartelle.

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Figura 11 – Foto di cantiere relativa a solaio con cartelle inferiori (tipo Sapal), ; si osserva che le cartelle

presentano un appoggio molto modesto; tutte le cartelle inferiori sono state eliminate per evitare

problematiche successive.

Tale caso concreto suggerisce che in ogni caso la verifica della tipologia del solaio può

essere determinante anche al fine dell’emissione di un giudizio finale di merito relativamente

ad eventuali problematiche di sfondellamento in relazione all’appensione di carichi

all’intradosso.

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TIPOLOGIE EDILIZIE MAGGIORMENTE SENSIBILI A FENOMENI DI

SFONDELLAMENTO

I paragrafi precedenti hanno evidenziato quali possano essere le problematiche che più

frequentemente portano allo sfondellamento del solaio.

Tra le righe risulta evidente come gli edifici realizzati in periodi in cui la normativa non

poneva particolari limiti al controllo delle frecce elastiche, non era obbligatoria una cappa

superiore o travetti di ripartizione intermedi, unitamente alla vetustà dei fabbricati (quindi

all’invecchiamento dei materiali) , fa’ delle costruzioni edificate tra i primi anni ‘40 e gli anni

‘70 del secolo scorso con solai in laterocemento, l’edilizia più soggetta alla problematica dello

sfondellamento (come detto, discorso a parte per i solai con tavelloni).

Fattori rilevanti nell’aumentare la probabilità di anomalie di funzionamento del solaio

risultano essere le caratteristiche dei materiali, la situazione d’uso, l’accuratezza del progetto

e degli accorgimenti specifici di progettazione del solaio, i carichi e le luci degli stessi.

Generalmente la rottura avviene su solai molto impegnati staticamente e la probabilità

che il fenomeno si manifesti, è legata all’aumentare della luce (frecce elastiche eccesive).

La tipologia di sezione (soprattutto per la parte laterizia) è poi a sua volta decisiva per

determinare la probabilità di sfondellamento oltre che l’eventuale gravità dello stesso.

Figura 12 – Solai con intrinseca diversa robustezza della pignatta di alleggerimento.

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Non è quindi possibile a priori stabilire se con certezza un solaio subirà un fenomeno

di sfondellamento, ma la probabilità che vi possano essere problemi, aumenterà alla presenza

di una o più di una delle caratteristiche sopra elencate.

DIAGNOSI

E’ possibile sapere in anticipo se un solaio sarà affetto da una problematica di

sfondellamento in un futuro prossimo?

La domanda non può avere una risposta con grado di certezza assoluto trattandosi di

un fenomeno di tipo fragile, condizionato da una molteplicità di fattori incogniti.

E’ possibile eseguire una serie di verifiche; alcune speditive e di facile ed economica

applicazione, altre più raffinate.

Sinteticamente e volendo limitare a fornire indicazioni di massima e di facile utilizzo, si

elencano alcune delle tecniche più in uso; le prime (metodo visivo e battitura del solaio sono

ovviamente eseguibili anche da personale non specializzato), le seconde richiedono

ovviamente strumentazioni specifiche, tarature certe e personale specializzato nella

rilevazione e soprattutto nella corretta interpretazione dei dati.

- Ispezioni visive e battitura dell’intradosso del solaio

- Analisi soniche

- Analisi termografiche,

- Misure vibrazionali e dinamiche

- Ispezioni visive e battitura

Si è detto che essendo lo sfondellamento un fenomeno di natura fragile, non sempre è

possibile accertare segnali che la rottura stia per compiersi.

Alle volte però è possibile visualizzare piccole lesioni che, opportunamente

interpretate, possono indurre ad approfondire l’indagine, ad esempio in prima fase con la

semplice battitura dell’intradosso al fine di verificare i diversi “suoni” del solaio.

Un esempio di lesioni che possono presentarsi alla vista di un’ispezione sono riportate

nella figura 13, ove le lesioni evidenziate con freccia rossa, a seguito di successiva indagine

con battitura e rimozione dell’intonaco, hanno verificato la presenza di un incipiente

sfondellamento (figura 14).

In questo caso si trattava di un solaio di luce elevata con barre inferiori importanti

(2ϕ26+1ϕ16 ogni travetto); si noti come le barre fossero praticamente in appoggio al fondello

in laterizio senza adeguato ricoprimento di calcestruzzo (errata posa in opera.)

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Figura 13 – Lesioni a vista su solaio, indice di possibile anomalia che porta a sfondellamento

Figura 14 – Stessa posizione rimosso l’intonaco e le porzioni di fondello in distacco (si notino le armature dei

travetti non ricoperte di calcestruzzo e quindi appoggiate direttamente sul fondello in laterizio.)

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- - Analisi soniche strumentali

Le analisi soniche strumentali sfruttano il principio della diversa risposta sonora a

impulsi che sono dati all’intradosso del solaio; trattasi di un estendimento strumentale di

quella che è la battitura eseguita con mezzi meccanici per verificare, a orecchio umano,

eventuali anomalie legate a distacchi d’intonaco e/o principi di sfondellamento.

- Analisi termografiche,

Le termo camere producono immagini d’infrarossi invisibili, o radiazioni di calore, e

rappresentano un preciso strumento di misurazione non a contatto delle temperature.

In edilizia l’indagine termografica è mezzo di diagnosi non distruttiva che presenta un

vasto campo di applicazioni, fra le quali il rilevamento dell'umidità, l’identificazione di

elementi architettonici nascosti, l'individuazione di discontinuità o di eventuali difettosità, lo

studio della dispersione termica degli edifici ecc..

L’utilizzo pertanto si presta per valutare eventuali anomalie all’intradosso dei solai.

Figura 15 – Esempio di analisi termografica – l’analisi è utile per valutare in prima battuta anche il senso di

orditura dei solai

- Misure vibrazionali e dinamiche

Il principio di funzionamento si basa sul presupposto che, a parità di percussione, si

generano onde vibrazionali con caratteristiche diverse in funzione dello stato della superficie:

tanto più il materiale è compatto e con stratificazioni ben aderenti e tanto maggiore è la

velocità di propagazione dell’onda vibrazionale, mentre in caso di presenza di discontinuità

interne al materiale, dovute a distacchi e/o lesioni, l’onda si propaga più lentamente.

Il segnale è poi convertito da una centralina in un valore numerico che, valutato in

conformità a una scala di misura sperimentale, fornisce informazioni sullo stato di

conservazione del solaio.

Figura 16 – Esempio di restituzione di prova vibrazionale

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Come accennato, prima, va ribadito che le anomalie riscontrabili dalle strumentazioni

sopra descritte, pur rappresentando un sintomo di possibile degrado del solaio, non sono

direttamente correlabili con potenziali rischi di crollo più o meno imminenti, ma segnalano

solamente la presenza di uno stato fessurativo o di scarsa adesione fra gli strati.

Inoltre, particolare importanza assume che la taratura delle strumentazioni sia

eseguita e validata per la tipologia di solaio effettivamente presente.

La presenza di anomalie (generalmente lesioni) è una condizione necessaria ma non

sempre sufficiente affinché si determini il distacco e quindi il crollo dell’intradosso del solaio.

Tale criticità si manifesta quando lo stato fessurativo si presenta continuo,

sufficientemente esteso, ramificato e posto in punti tali da favorire il distacco dell’intonaco o,

nei casi peggiori, del fondello delle pignatte.

In ogni caso è importante sapere se un solaio è interessato da un fenomeno fessurativo

interno, limitato o esteso che sia, poiché tale fenomeno potrebbe aggravarsi nel tempo in

conseguenza di modifiche nel comportamento statico della struttura e/o introduzione di

azioni esterne inizialmente non presenti.