Rinforzo strutturale per tetti verdi

Quando si decide di costruire dei tetti verdi su edifici esistenti è anche necessario eseguire una verifica di rinforzo strutturale. Questa particolare tecnica costruttiva, sostenibile e incentivata, richiede infatti una attenta analisi per garantire la messa in sicurezza del solaio esistente.

Quando si riqualifica un edificio capita molto spesso di dover intervenire sui solai esistenti. Ne abbiamo parlato ad esempio qui trattando del rinforzo di un vecchio solaio in legno. In particolari condizioni, tuttavia, la ristrutturazione può richiedere qualcosa in più.

Ci riferiamo al caso delle coperture piane che vengono trasformate in tetti verdi, dove il rinforzo strutturale del solaio diventa un passaggio imprescindibile. La scelta di questa specifica tipologia costruttiva è dettata dalla necessità di rendere l’edificio energeticamente più efficiente, con un occhio alla sostenibilità.

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Rinforzo strutturale per tetto verde
Rinforzo strutturale per tetto verde

Ma quale attenzione richiede la progettazione del rinforzo strutturale per tetti verdi?

Analizziamo insieme un esempio di solaio esistente in laterocemento che viene trasformato in chiave sostenibile.

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Rinforzo strutturale di un solaio in laterocemento per tetti verdi

Innanzitutto, l’analisi ed il rinforzo di un solaio esistente richiede di individuare:

  • gli elementi strutturali e quelli non strutturali o di alleggerimento,
  • lo stato di conservazione e di degrado dei materiali,
  • lo schema statico con il quale permette ai carichi di essere trasferiti,
  • i dettagli costruttivi,
  • i carichi cui è soggetto.

Tutti questi punti sono riconducibili al capitolo 8.5 delle Norme Tecniche per le Costruzioni del 2018. A tutti gli effetti stiamo parlando di intervento su un edificio esistente.

Come rinforzare quindi il solaio? La risposta dipende naturalmente dalla criticità da risolvere!

In questo caso vogliamo dare una nuova funzionalità al solaio, propria della realizzazione del tetto verde. La prima conseguenza della scelta di intervento è l’aumento di carico. Concentriamoci allora sul rinforzo del solaio per rispondere all’incremento di carico.

Nel nostro esempio abbiamo solai in laterocemento rinforzati con soletta in calcestruzzo armata, a sua volta collegata alla struttura esistente mediante connettori.
Le verifiche in questo caso vanno condotte secondo le specifiche delle Norme Tecniche per le costruzioni e dell’Eurocodice 4 UNI EN1994-4 2018.

Le verifiche da effettuare dunque sono:

  • verifica a flessione,
  • a taglio,
  • verifica di deformabilità,
  • della connessione,
  • dell’armatura trasversale.

TRAVILOG è il software di calcolo strutturale che implementa le verifiche per i solai esistenti in laterocemento, acciaio e legno. Con il Modulo RINFORZI di TRAVILOG è possibile progettare i rinforzi per solai esistenti e considerare in automatico gli effetti dovuti alla realizzazione di un tetto verde.

Per verificare i solai esistenti

Rinforzo strutturale tetti verdi: verifica a flessione

La verifica a flessione consiste nel controllare che il momento sollecitante calcolato allo Stato Limite Ultimo sia inferiore del momento resistente. Il calcolo viene effettuato sulla base della geometria, dello schema statico, dei carichi e dei coefficienti amplificativi.

Si considera quindi un’unica fase di calcolo, quella finale. Ovvero l’ipotesi è quella di solaio puntellato fino a maturazione del calcestruzzo. Il massimo momento resistente è calcolato mantenendo l’acciaio e il calcestruzzo in fase elastica. Questa scelta è motivata dal fatto che, in alternativa, occorrerebbe garantire capacità duttili difficilmente dimostrabili in un solaio esistente.

Il solaio resiste, quindi, mediante la sezione mista costituita dal travetto esistente e dalla soletta in calcestruzzo armato. Queste due parti sono collegate attraverso l’applicazione di connettori. Il momento resistente è valutato secondo le prescrizioni del §4.2.4.1.2.3 delle Norme Tecniche per le costruzioni, sia con metodo elastico che plastico.

Verifica a flessione
Verifica a flessione

Rinforzo strutturale tetti verdi: verifica a taglio

La verifica consiste nel controllare che il taglio sollecitante, calcolato allo Stato Limite Ultimo, sia inferiore al taglio resistente. Si effettua in base alla geometria, allo schema statico, ai carichi indicati e ai coefficienti amplificativi. Il taglio resistente è valutato non considerando l’armatura trasversale, come indicato dalle prescrizioni del §4.1.2.3.5 delle Norme Tecniche per le costruzioni.

Verifica di deformabilità

La verifica consiste nel controllare che la deformata allo Stato limite di Esercizio, dovuta a tutti i carichi a tempo zero, sia inferiore al limite di deformazione ritenuti accettabili.

Verifica della connessione

Questa verifica consiste nel controllare che i connettori, disposti con spaziatura costante o variabile, garantiscano uno scorrimento in ogni sezione maggiore di quello richiesto. Lo scorrimento di progetto massimo è valutato con un calcolo elastico.

La resistenza a taglio può essere inputata dall’utente utilizzando i valori di resistenza di progetto a taglio a calcestruzzo fessurato e non fessurato. Questi valori si ottengono da prove sperimentali o si ricavano dalla scheda tecnica.

In alternativa viene valutata dal programma considerando tre meccanismi di rottura limite: taglio limite della connettore pry-out del calcestruzzo e la resistenza di bordo secondo quanto prescritto nelle UNI EN1994-4 2018.

Rinforzo strutturale per tetti verdi - verifica della connessione
Verifica della connessione

Verifica dell’armatura trasversale della soletta in calcestruzzo armato

La verifica consiste nel controllare che l’armatura nella nuova soletta in calcestruzzo armato, disposta in direzione trasversale rispetto alla luce del solaio, sia sufficiente a scongiurare le rotture fragili nel calcestruzzo a causa degli sforzi di taglio in prossimità delle superfici di taglio in corrispondenza della connessione.

L’armatura minima necessaria all’assorbimento della sollecitazione di taglio viene valutata secondo le prescrizioni del §C4.3.4.3.5 della Circolare 21 gennaio 2019, n. 7 del C.S.LL.PP. La tensione di taglio sollecitante unitaria è determinata considerando la forza di compressione massima sviluppata in soletta sulla metà della luce di calcolo.

Il peso di un tetto verde

Definito come verificare il solaio esistente resta solo un parametro che ancora formalmente non abbiamo analizzato. Il nuovo peso del tetto verde.

Per definire il nuovo carico che grava sul solaio esistente è utile approfondire il tema dei tetti verdi in termini di stratigrafia secondo quanto prescritto dalla UNI 11235:2015. I due parametri che condizionano fortemente la stratigrafia e quindi il peso del nuovo pacchetto di copertura sono:

  • presenza di accumulo di acqua meteorica
  • tipologia di verde estensivo o intensivo.

La prima scelta consiste nel prevedere una soluzione che permetta di gestire le acque meteoriche per il mantenimento a verde della copertura. Va da sé che il volume di accumulo dovrà essere considerato sia a pieno regime che completamento scarico nella determinazione dei pesi gravanti sul solaio.

La seconda invece dipende dal tipo di piantumazione e dalla scelta progettuale del tetto verde. La tipologia di tetto di verde intensivo prevede un maggior strato colturale e quindi un maggior peso.

Rinforzo strutturale per tetti verdi: alcuni elementi che definiscono la stratigrafia

Ecco un esempio di elementi che definiscono la stratigrafia di un tetto verde:

  • intonaco
  • solaio strutturale
  • massetto alleggerito
  • elemento di tenuta (impermeabilizzazione)
  • isolamento termico
  • protezione dall’azione delle radici
  • accumulo idrico
  • strato colturale
  • essenze vegetali.
Modellazione del tetto verde. Con TRAVILOG esegui le verifiche nello stato di progetto considerando in automatico i carichi del tetto verde.

Determinare il peso è il primo passaggio. Successivamente dovremo verificare che il solaio sia in grado di resistere alla nuova configurazione di carico garantendo che tutte le verifiche nello stato di progetto siano soddisfatte.

Confronto delle valutazioni del solaio esistente nello stato di fatto e di progetto.

È, inoltre, fondamentale rapportare l’intervento all’edificio nella sua globalità.

È infatti necessario determinare l’incremento (o anche il decremento) di carico derivante dalla modifica della stratigrafia. Oltre infatti le verifiche locali del solaio, e degli elementi strutturali che ne recepiscono il peso e le azioni, è necessario verificare che l‘incremento di carico non crei criticità sugli elementi strutturali che trasferiscono il carico a terra.

Dal punto di vista normativo è necessario verificare che l’intervento non comporti una verifica dell’intera struttura in termini di vulnerabilità e secondo quanto definito al capitolo 8.4.3 delle Norme Tecniche per le Costruzioni. Infatti in caso di incremento dei carichi per più del 10% rispetto alla condizione si ricorre nelle prescrizioni di adeguamento sismico dell’intero edificio.

Con il Modulo RINFORZI di TRAVILOG è possibile progettare i rinforzi per solai esistenti anche in acciaio o in legno ed effettuarne le relative verifiche.

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Ingegnere civile dedicato al calcolo strutturale, svolge l’attività di analista strutturale per lo sviluppo di codici di calcolo strutturali.
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