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Legno e sismica: facciamo un po’ di chiarezza.

timber_seismic_weightCi sono diversi fattori che rendono questo materiale da costruzione molto indicato per la realizzazione di edifici in zone ad alta sismicità, uno di questi è sicuramente la leggerezza e il rapporto resistenza/peso.

Leggerezza

Il sisma nasce come effetto di una accelerazione del sottosuolo indicata solitamente con il termine “ag” che va a sollecitare la massa dell’edificio “W” secondo la legge F=W*ag che qui riportiamo notevolmente semplificata rispetto a quanto previsto dalla normativa. Ne segue che a pari valore di ag si avrà una diminuzione della forza sismica al diminuire della massa W: cioè più l’edificio è leggero e minore sarà la forza sollecitante. Il valore di ag è fornito dalla normativa (NTC ’08).

L’aspetto architettonico influisce notevolmente sulla risposta dinamica dell’edificio e la normativa a tal proposito raccomanda, ma non obbliga, di cercare la massima regolarità in pianta ed in elevazione definendo a tal proposito alcuni criteri. Si veda a tal proposito la normativa europea Eurocodice 8 di cui si riporta la prima parte del paragrafo 4.2:

timber_building_antiseismic_eurocode_ntc20008

In particolare riportiamo l’attenzione sulla disposizione delle pareti sismo-resistenti in pianta: nel caso di edifici multipiano il solaio svolge la funzione di “raccogliere” le forze orizzontali e distribuirle sulle sottostanti pareti assieme a quelle verticali. E’ facile quindi comprendere come un ad un maggior numero di pareti sismo-resistenti corrisponda una più efficace ed uniforme distribuzione degli sforzi con un conseguente aumento della sicurezza strutturale.

Tali forze si traducono in un insieme di azioni di tipo roto-traslazionale sulle pareti al piano terra che sono solitamente trasferite alla fondazione tramite due tipologie di staffe metalliche:

  • Staffe Holdown, aventi il compito di impedire la rotazione delle pareti
  • Squadrette a taglio, incaricate di impedire la traslazione dell’edificio

Per impedire la rotazione della parete le staffe Holdown vengono poste il più possibile alle estremità della stessa in modo tale da massimizzare il braccio e quindi riuscire a sfruttare al meglio la capacità portante della connessione metallica. Per quanto riguarda le squadrette a taglio, esse vengono di norma disposte ad interasse regolare lungo il lato inferiore della parete.

rototraslazione_parete_xlam_platform_frame_holdown

Immagine tratta dal libro del carpentiere

rototraslazione_parete_xlam_platform_frame_holdown_2

Immagine di una parete correttamente ancorata alla fondazione tramite staffe metaliche

Duttilità delle connessioni

In ultimo, ma sicuramente non per importanza, abbiamo la capacità della struttura di dissipare energia. Il legno è un materiale con comportamento spiccatamente elasto-fragile, ovvero quasi privo di capacità dissipativa. Questo compito viene quindi necessariamente delegato alle connessioni metalliche caratterizzate da una elevata duttilità ovvero capacità dissipativa ovvero capacità di deformarsi molto senza però rompersi.

Per meglio comprendere questo concetto si invita a provare il seguente esperimento:

  • Tenete saldamente in mano filo di ferro di piccolo diametro (ad esempio una graffetta) e cominciate ciclicamente a spingerne l’estremità libera con spostamenti sempre maggiori. Noterete che inizialmente la graffetta ritorna in posizione inziale (campo elastico) e non appena superato un certo limite (snervamento), essa comincerà a deformarsi rimanendo in posizione (campo plastico con conseguente dissipazione di energia). Questo tipo di comportamento è definito duttile ed è una delle peculiarità dei metalli.
  • Ripetendo la stessa operazione con uno stuzzicadente noterete che inizialmente il comportamento sarà assimilabile a quello dell’acciaio (campo elastico), ma superata una certa soglia esso si spezzerà compromettendo irrimediabilmente la sua capacità portante: rottura fragile e nessuna dissipazione di energia.

 

timber_building_antiseismic_eurocode5_ntc20008_2
Modi di rottura per connessione a gambo cilindrico legno-legno a due piani di taglio secondo la teoria di Johansen

 

Da questo ragionamento si intuisce quindi come le connessioni e la loro corretta progettazione svolgano un ruolo determinante all’interno della struttura. Ma come si quantifica la duttilità di una struttura? In che modo essa va ad incidere sulla resistenza dell’edificio?

La normativa prevede un parametro, chiamato fattore struttura “q”, con il quale si “quantifica” la capacità dissipativa della struttura diminuendo l’azione sismica.

Questo argomento, largamente discusso e che lascia molto spazio alle interpretazioni, verrà affrontato in maniera esauriente in un prossimo articolo. Continuate a seguirci!

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