Edilizia antisismica in legno: la quadratura del cerchio?

A seguito dei recenti tragici eventi provocati dal terremoto in Centro Italia, torna di stringente attualità il dibattito sulla resistenza delle strutture edilizie alle sollecitazioni del sisma e alle prestazioni antisismiche dei diversi materiali: acciaio, calcestruzzo, muratura e legno. E proprio sul legno si concentra questo articolo, scritto dall’ing. Pierpaolo Cicchiello, attuale presidente della Commissione Strutture dell’Ordine degli Ingegneri di Monza e della Brianza. Il contributo, scritto dopo il terremoto che colpì l’Abruzzo nel 2009 è ancora attuale e fornisce degli utili spunti di riflessione sulle performance antisismiche dell’edilizia in legno.

II terremoto in Abruzzo ha evidenziato, tragicamente, una realtà trascurata, ossia che buona parte del territorio italiano presenta un rilevante rischio sismico. Questo comporta che, quando si costruisce, si debbano applicare criteri di sicurezza e utilizzare metodi costruttivi che siano effettivamente all’avanguardia. La tecnica e le tecnologie costruttive moderne offrono soluzioni che permettono di gestire e ridurre il rischio sismico entro livelli di sicurezza ritenuti, allo stato attuale delle cose e per le scelte del legislatore, accettabili.

La sicurezza delle costruzioni in relazione agli eventi sismici è ambito di ricerca e studio da diversi decenni nel mondo intero. In questi ultimi decenni particolarmente significativi sono stati i risultati ottenuti nell’ambito delle strutture in legno, da sempre diffuse in zone note per Ia frequenza dei fenomeni sismici come Nord America e Giappone.
È ormai riconosciuto come edifici in legno, correttamente progettati, se realizzati con moderne tecniche costruttive quali il sistema della costruzione intelaiata e la tecnologia X-Lam, possano garantire livelli elevati di performance sismica.

Perché adottare il legno in zona sismica?

Per consentire, nell’ambito di questo articolo, una visione d’insieme, ci limiteremo a esporre gli aspetti salienti che possono indurre ad adottare una soluzione costruttiva di questo genere per un edificio da erigere in zona a elevata intensità sismica.

1. Il legno è, tra i materiali da costruzione, il più leggero. Le sollecitazioni su una costruzione in caso di sisma sono, come noto, proporzionali anche alle masse della costruzione stessa. La massa del legno e circa ¼ di quella del calcestruzzo: questo comporta che, ceteris paribus, le costruzioni in legno siano sottoposte a un input sismico ridotto.
2. Per le sue caratteristiche meccaniche, il legno, naturalmente elastico, sopporta facilmente le deformazioni. Durante un sisma, la minor rigidezza e quindi la maggiore deformabilità dell’edificio permettono di assorbire meglio le sollecitazioni di natura sismica.
3. Il legno offre, in rapporto alla massa, un comportamento meccanico favorevole. La sua resistenza meccanica unitaria risulta fra le migliori in assoluto, il che si traduce nel fatto che le strutture in legno sono in grado di fronteggiare anche sollecitazioni importanti.

Le moderne costruzioni in legno vengono realizzate o per mezzo di telai in legno ricoperti di pannelli OSB (Oriented Strand Board) in caso di struttura intelaiata, oppure con l’utilizzo di elementi piani, quali pareti e solette, di pannelli X-LAM(costituito da legno massiccio a strati incrociati). Le costruzioni caratterizzate da elementi piani hanno maggiore resistenza sotto sisma rispetto a edifici con elementi monodimensionali (quali le strutture a pilastri), dal momento che rigidezza e resistenza della struttura risultano distribuite e non concentrate (leggi anche Sistema X LAM: moderna tecnica di costruzione in legno).

La struttura in legno, come abbiamo ora mostrato, non è formata da un corpo monolitico, ma è costituita da elementi diversi, quali pareti e solai, che vengono collegati tra loro con delle unioni meccaniche, i giunti. Questi, se ben progettate e realizzati, possono sia favorire la deformabilità della costruzione che contribuire alla dissipazione isteretica dell’energia sviluppata per il sisma.
In sostanza il grado di efficienza sismica offerto da una struttura in legno dipende primariamente dalle connessioni e dalla loro corretta concezione e progettazione.

A tal riguardo risulta di notevole interesse il progetto Sofie (leggi anche Il comportamento degli edifici in legno in caso di sisma), sviluppato presso il CNR-lVALSA (Istituto per la valorizzazione del legno e delle specie arboree). Nel 2006 un primo edificio di tre piani affrontò con disinvoltura l’esperimento presso il NIED di Tsukuba (National Institute for Earth Science and Disaster Prevention, Istituto nazionale di ricerca sulla prevenzione dei disastri), superando indenne la simulazione applicata fino a 7,2 sulla scala Richter, con meraviglia degli stessi giapponesi. Nel 2007 una struttura di legno che si sviluppa per 7 piani, per un’altezza di 24 metri, costruito con pannelli X-LAM, é stata sottoposta alla simulazione su pedana vibrante del terremoto di Kobe, caratterizzato da una magnitudo 7,2 Richter, che provocò la morte di oltre seimila persone. Per la precisione, il programma di prove ha previsto l’applicazione in successione di due accelerogrammi sismici. Il primo è stato il terremoto Niigata-Chuetsu-Oki del luglio 2007, con una magnitudo 6,8 Richter e una PGA (Peak Ground Acceleration, accelerazione di picco al suolo) pari a 1 g. Il secondo è stato il terremoto Hanshin-Awaji del 1995, noto come terremoto di Kobe, con una magnitudo 7,2 sulla scala Richter e una PGA 0,82 g.

In occasione del sisma di massima intensità ipotizzabile, le NTC prevedono che l’edificio possa danneggiarsi anche seriamente. In tale eventualità, Ia struttura in legno è, per sua natura, adatta a essere riparata attraverso la sostituzione di parti e connessioni danneggiate, rendendo economicamente vantaggioso recuperare Ia sua valenza strutturale.

II sistema a telaio (struttura intelaiata)

Diffuso in Nord America e Canada, il sistema a telaio prevede il ricorso a una struttura di elementi piani in legno, il telaio, uniti con chiodatura a pannelli strutturali in truciolari OSB (Oriented Strand Board). Così facendo si crea un elemento piano da utilizzare alla bisogna come parete o solaio, completato poi con isolante e strati di finitura. Questo tipo di costruzione, secondo le previsioni dei codici normativi più moderni, viene trattata con favore in caso di azioni sismiche.

X-LAM, pannelli di legno massiccio a strati incrociati

L’ X-LAM, noto anche come Cross Laminated Timber o panneIlo multistrato di legno massiccio, fa la sua comparsa nella seconda meta degli anni Novanta, mentre Ia prima omologazione risale al 1998. Esso si ottiene incollando diversi strati di tavole di legno incrociati, di spessore medio di 2 cm disposti ortogonalmente tra di loro, per uno spessore totale variabile dai 5 ai 30 cm, da utilizzare come pareti e solai per edifici. Essi sono realizzati dall’incollaggio di strati incrociati di tavole, dando origine così ad un materiale avente i pregi di lastre e piastre, ossia in grado di assorbire sollecitazioni in diverse direzioni. L’elevato grado di prefabbricazione rende tale tecnica costruttiva veloce, sicura, economica: anche aperture per porte e finestre vengono realizzate in ditta. Il vantaggio essenziale del loro uso è rappresentato dalla stabilità dimensionale, mentre le caratteristiche di rigidezza li rendono adatti nell’edilizia antisismica e per la realizzazione di edifici multipiano.

Il progetto SOFIE

Nel 2007, i pannelli X-LAM sono stati i protagonisti di una estesa ricerca presso il CNR-IVALSA: il test antisismico SOFIE. Come sopra anticipato, un edificio di 24 metri di altezza, realizzato con questi pannelli, è stato sottoposto alla simulazione del terremoto di Kobe, presso il NIED di Tsukuba in Giappone, su di una tavola vibrante tra le più grandi al mondo, con una misura di 15×20 m.

Le conclusioni cui si è giunti dopo la diffusa sperimentazione è che la costruzione realizzata con i pannelli X-LAM, uniti con connessioni meccaniche specificamente progettate, rappresenta una tecnica costruttiva efficace per la sicurezza in caso di sisma.
La ricerca condotta ha dimostrato l’affidabilità e Ia sicurezza del legno come materiale per l’edilizia, oltre al valore aggiunto che assicura in termini di comfort abitativo, risparmio energetico e rispetto dell’ambiente.

L’Italia è un paese a forte rischio sismico e la sua storia è caratterizzata da numerosi terremoti disastrosi. Ricerche come queste forniscono dei chiari segnali al mercato e alla società: le caratteristiche di flessibilità, resistenza, duttilità e leggerezza proprie del legno ne rendono appropriato l’impiego nelle aree classificate ad alto rischio sismico.

Si sottolinea che, con le Norme tecniche per le costruzioni, sia per gli edifici realizzati a piè d’opera che per gli edifici prefabbricati, non è più possibile in Italia, come avveniva in passato, costruire un edificio di legno senza un progetto strutturale completo e senza necessità di effettuare un deposito all’ufficio del Genio Civile; a lavori ultimati, l’edificio deve essere infine collaudato. Se fossero ritenute utili, le eventuali prove di carico sono da eseguire in base alle indicazioni della UNI EN 380 Strutture di legno – Metodi di prova – Principi generali per le prove di carico statico. In conclusione, in ottica di bioedilizia, giova sottolineare che il legno utilizzato, abete rosso della Val di Fiemme proveniente da foreste certificate per la gestione sostenibile, è un materiale naturale ed ecocompatibile.

Articolo di Pierpaolo Cicchiello, Ingegnere strutturista e collaboratore di Politecnico di Milano


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