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La progettazione sismica delle strutture in legno

Ivan Giongo, dell’Università di Trento, spiega gli aspetti fondamentali da considerare nella progettazione antisismica in legno

«Il legno è un materiale “leggero” con un peso specifico che è all’incirca un quinto di quello del conglomerato cementizio. Ciò significa che in presenza di azione sismica, un edificio realizzato con struttura portante in legno sarà soggetto a forze inerziali significativamente minori rispetto ad un edificio realizzato con tecnologie “pesanti”. Inoltre, presenta ottime qualità da un punto di vista meccanico». Ivan Giongo, ricercatore del Dipartimento di Ingegneria Civile Ambientale e Meccanica dell’Università di Trento spiega quali siano le peculiarità del legno che lo rendono un materiale eccellente per l’impiego nelle strutture antisismiche. Lo ha fatto anche in occasione di un convegno dedicato al legno, quale “nuovo modello di sostenibilità e di economia circolare”, in particolare per la ricostruzione delle aree colpite dal sisma del centro Italia.

«La forte crescita del mercato del legno avvenuta negli ultimi anni, è stata fortemente influenzata da aspetti legati ai concetti di sostenibilità ambientale e bioedilizia, spesso immediatamente associati alle strutture in legno anche dai non addetti ai lavori, vale a dire committenti pubblici e privati – spiega – Il legno è, infatti, l’unico materiale da costruzione rinnovabile che permette una riduzione dell’impatto ambientale grazie al cosiddetto “sequestro di carbonio” ossia l’accumulo nella massa legnosa di carbonio sottratto all’atmosfera».

È proprio al dott. Giongo che chiediamo di approfondire come impiegare al meglio il legno nelle strutture antisismiche.

Quali sono gli aspetti fondamentali da considerare nella progettazione sismica delle strutture in legno?

La risposta dinamica di un edificio, indipendentemente dalla tecnologia costruttiva, viene solitamente analizzata ricorrendo a semplificazioni e schematizzazioni che permettono di ottenere una ragionevole stima del comportamento sismico della struttura in tempi e costi computazionali relativamente contenuti. Tali assunzioni, risultano tanto più affidabili quanto più il comportamento della struttura è “prevedibile”, caratterizzato cioè da una risposta “globale” definita dal contributo di tutte le componenti strutturali. Di fondamentale importanza in questo senso sono la regolarità in pianta e la regolarità in elevazione. Le strutture in legno non fanno eccezione e dunque edifici regolari si comportano meglio di edifici con geometrie fortemente irregolari. Se consideriamo edifici a pareti portanti (pareti a telaio oppure realizzate con pannelli in X-LAM) al fine di ottenere una risposta il più possibile prevedibile è preferibile che tutte le pareti assolvano contemporaneamente alla funzione portante (trasferimento dei carichi verticali) e alla funzione di controventamento (trasferimento dei carichi laterali), attraverso la predisposizione di adeguati sistemi di collegamento per il trasferimento delle azioni di trazione e taglio tra un piano e il successivo. In questo modo le forze che nascono per effetto dell’azione del sisma vengono trasmesse in fondazione con percorsi chiari e soprattutto brevi.

Un altro concetto fondamentale nella progettazione di edifici in zona sismica è la cosiddetta “gerarchia delle resistenze”, ossia tutta quella serie di accorgimenti volti ad evitare rotture elasto-fragili che possono determinare il raggiungimento improvviso delle condizioni di collasso. In pratica si cerca di fare in modo che i meccanismi di rottura duttili (rotture precedute da grandi deformazioni) siano attivati prima dei possibili meccanismi di rottura fragili.

In questo modo, il collasso della struttura avviene in maniera progressiva ed è preannunciato da deformazioni tali da indurre gli occupanti a mettersi in salvo ben prima che l’edificio abbia raggiunto le condizioni ultime.

Contrariamente a quanto si fa solitamente con edifici realizzati con altre tecnologie costruttive, per esempio le strutture a telaio in calcestruzzo armato, dove i nodi trave-colonna (fragili) sono progettati per essere sovra-resistenti rispetto a travi e pilastri, nelle strutture in legno la duttilità viene ricercata proprio nei nodi andando a sfruttare la capacità deformativa delle connessioni metalliche e lo schiacciamento localizzato delle fibre di legno attorno ai connettori.

Oltre che nelle costruzioni o ricostruzioni ex novo, il legno come e dove può offrire il suo “contributo” nella riqualificazione di strutture danneggiate dal sisma?

La massa contenuta, unita alla possibilità di realizzare interventi a secco – per esempio, sfruttando sistemi basati su connettori a vite – fanno del legno un ottimo candidato per interventi post-evento sismico dove rapidità di esecuzione e reversibilità sono aspetti prioritari.

Nello specifico, stiamo studiando delle soluzioni che vedono l’utilizzo di elementi lignei, sia pannelli sia elementi monodimensionali, a rinforzo dell’involucro murario di edifici esistenti tradizionali. I primi risultati appaiono certamente promettenti, anche se molti aspetti necessitano di essere approfonditi, specialmente da un punto di vista tecnologico-operativo.

Il legno, inoltre, può contribuire in maniera significativa alla riduzione della vulnerabilità sismica degli edifici esistenti anche in maniera “indiretta”. Mi spiego: la capacità di un edificio esistente di resistere allo scuotimento sismico, può essere notevolmente aumentata migliorando il comportamento di quelle componenti lignee che già si trovano all’interno dell’edificio, ossia solai e coperture. La rigidezza di piano degli orizzontamenti gioca infatti un ruolo di primo piano nel determinare l’attivazione di meccanismi locali di rottura della muratura. Solai eccessivamente deformabili non sono in grado di esercitare un vincolo efficace, in grado di impedire il ribaltamento delle pareti caricate fuori dal proprio piano. In questo caso, tecniche di rinforzo legno-legno sono da preferirsi, per i vantaggi elencati in precedenza. In aggiunta, si può ottenere un marcato miglioramento della risposta, correggendo possibili difetti (con riferimento alla risposta sismica) insiti nella concezione strutturale originaria, quali ad esempio:

  • configurazioni inadatte a sopportare condizioni di carico asimmetriche;
  • presenza di spinte non contrastate;
  • mancanza di elementi di presidio nei giunti tradizionali di carpenteria;
  • mancanza di collegamenti con la muratura.

In un discorso di prevenzione, quali sarebbero gli aspetti da considerare nel mettere in sicurezza aree o tessuti urbani a forte rischio sismico?

Posso solo dare una risposta parziale relativamente all’aspetto ingegneristico di cui mi occupo.

Il “rischio sismico” è definito dal prodotto tra la “pericolosità sismica” dell’area in esame, la sua “esposizione” (direttamente collegata alla densità abitativa) e la “vulnerabilità” delle strutture presenti. Dato che non è possibile ridurre la pericolosità sismica di un sito (determinata dalla vicinanza ad una faglia attiva e dal tipo di suolo) ed è estremamente difficile ridurne l’esposizione (per esempio, operando sugli indici di urbanizzazione), bisogna intervenire sulla vulnerabilità delle strutture.

In aggiunta ai concetti descritti sopra, si devono perseguire tutte quelle strategie che favoriscono un comportamento “scatolare” degli edifici, dove tutte le componenti strutturali contribuiscono a resistere all’eccitazione sismica. Ciò permette di incrementare la cosiddetta “robustezza strutturale”, ossia l’instaurarsi di percorsi alternativi di trasferimento delle forze che consentono di sopportare fenomeni di intensità superiore a quella prevista in fase di progetto. A questo scopo, fondamentali sono i collegamenti tra le pareti e quelli tra le pareti e gli orizzontamenti.

Autore

Andrea Ballocchi

Andrea Ballocchi

Andrea Ballocchi, giornalista e redattore free lance. Collabora con diversi siti dedicati a energie rinnovabili e tradizionali e all'ambiente. Lavora inoltre come copywriter e si occupa di redazione nel settore librario. Vive in provincia di Milano.

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