La prima norma emanata dal CNR sulle azioni vento risale al 1964, si può dire che la stessa vanta anche un primato mondiale, essendo stata tra le prime a regolamentare in materia.
Con il documento normativo DT 207, emesso nel 2008, il Consiglio Nazionale delle Ricerche ha fornito le linee guida circa le “Istruzioni per la valutazione delle azioni e degli effetti del vento sulle costruzioni”.
Tale documento, soggetto all’evoluzione ed i cambiamenti del settore, è stato rivisto e sottoposto ad inchiesta pubblica fino al 31 gennaio 2019 e come indicato dal CNR: “si confida in una vasta risposta della comunità tecnico-scientifica italiana, per perfezionare ulteriormente il testo proposto ed offrire agli ingegneri italiani, e più in generale alla classe degli operatori nel campo delle costruzioni civili e industriali, un documento realmente efficace e operativo”. Esso risponde, come chiarito all’interno del testo, al concetto generale di “Istruzioni”, in senso tanto “normativo” quanto “istruttivo”.
I quattro capitoli, in cui sono raccolte le istruzioni, sono così strutturati:
- capitolo 1 – contiene le premesse generali, definisce il campo di applicazione delle Istruzioni e fornisce una guida razionale circa l’uso del documento;
- capitolo 2 – espone i concetti generali sulle azioni e gli effetti vento sulle costruzioni;
- capitolo 3 – fornisce le istruzioni propriamente dette esplicitando i criteri per la valutazione della velocità e la pressione cinetica del vento di progetto, esponendo i concetti generali sulle azioni aerodinamiche e gli effetti dinamici e aeroelastici;
- capitolo 4 – presenta l’applicazione delle istruzioni a 14 esempi illustrativi, rappresentativi dei tipi costruttivi ricorrenti (es. edificio civile, tettoia, palo antenne…).
Nel documento DT 207 R1/2018 sono, inoltre contenute le appendici che riportano indicazioni e criteri sull’esecuzione delle valutazioni del vento incidente (A-F), delle azioni aerodinamiche (G-H) e degli effetti dinamici e aeroelastici (I-R). L’Appendice S, tratta l’uso della galleria del vento, mentre l’appendice T è relativa all’uso delle simulazioni computazionali del vento.
Effetti e azioni vento. Quali sono le novità ed il campo di applicazione delle istruzioni?
Le novità introdotte con la revisione, interessano la valutazione del coefficiente dinamico relativo alle azioni trasversali e torsionali del vento sulle strutture e sugli elementi snelli, inclusi gli impalcati da ponte e nuove appendici sulla valutazione del danno per fatica indotto dalle azioni del vento turbolento ed i limiti di applicazione e i requisiti indispensabili per l’applicazione della CFD/CWE in campo strutturale.
Le “Istruzioni per la valutazione delle azioni e degli effetti del vento sulle costruzioni”, sono applicabili alle costruzioni:
–civili di altezza non superiore ai 200 m;
–industriali, inclusi gli apparecchi di movimentazione e sollevamento;
–ponti, con campate di lunghezza non superiore a 200 m e analoghi ai tipi specificati.
Le istruzioni forniscono le azioni vento (pressioni, forze, momenti…) sulla costruzione e sugli elementi componenti, comprese le parti strutturali e non strutturali. Si rimanda ad altre fonti normative per gli effetti indotti da queste azioni, ovvero tensioni, sollecitazioni, spostamenti, deformazioni… e le relative verifiche agli stati limite ultimi, di esercizio, di fatica…
Azioni del vento: (a) sull’organismo strutturale complessivo; (b) su un singolo elemento strutturale; (c) su elementi non strutturali di copertura; (d) sul fissaggio di elementi di copertura_©CNR
All’interno del documento vengono, inoltre, definite le prescrizioni ed i criteri associati agli effetti del vento e le relative verifiche, il procedimento di calcolo del numero dei cicli di tensione prodotti dal distacco risonante dei vortici da strutture o elementi snelli, nella prospettiva di verifiche a fatica, e il criterio di verifica dell’abitabilità degli edifici nei riguardi delle accelerazioni di piano indotte dal vento.
L’ingegneria del vento, dalle costruzioni rigide e massicce alle ardite architetture
La disciplina dell’ingegneria del vento che abbraccia la fisica, la chimica dell’atmosfera, l’aerodinamica, l’aeroelasticità e la meccanica delle strutture, si è evoluta negli anni e con essa le costruzioni a partire dagli edifici residenziali, passando per gli elementi di rivestimento, fino ad arrivare alle costruzioni industriali.
Le Istruzioni nascono per rispondere alle esigenze evolutive di materiali, tecniche e allo sviluppo di opere sempre più ardite, caratterizzate da particolare complessità sia dal punto di vista architettonico, sia tecnico-strutturale.
Le costruzioni più compatte, tozze appartenenti ad una epoca passata si discostano da quelle snelle e leggere dalle forme innovative e fortemente esposte all’azione aerodinamica del vento che diventa azione primaria della quale valutare gli effetti per garantirne la sicurezza. Il comportamento aerodinamico della struttura e la risposta delle stesse alle azioni vento e la tipologia del terreno, influiscono sulla progettazione delle opere.
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Le DT 207 R1/2018, pertanto, rappresentano uno strumento indispensabile per il progettista, come specificato all’interno del documento: “Questa situazione dà luogo ad un panorama di costruzioni sempre più articolato ed eterogeneo, nei riguardi del quale è necessario disporre di principi e regole di progetto e di verifica, con i quali spaziare da metodi semplici e immediati per le situazioni ordinarie, a metodi dettagliati per le costruzioni particolari, sino a criteri che indirizzino il progettista verso tecniche numeriche, analitiche e/o sperimentali, sempre più specialistiche, specie nei casi che implicano fenomeni fisicamente complessi e ingegneristicamente impegnativi.”
Consulta la CNR-DT 207 R1/2018
Per eventuali contributi sulle“Istruzioni per la valutazione delle azioni e degli effetti del vento sulle costruzioni”: commenti-norme.dt207-R1-2018@cnr.it
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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
La struttura della attuale normativa tecnica per la verifica sismica delle costruzioni esistenti, in ambito nazionale (Norme tecniche per le costruzioni) e internazionale (Eurocodice 8 Parte 3) prevede un percorso di verifica che si si conclude con la determinazione dei rapporti tra l’intensità sismica che produce ogni stato limite considerato e la corrispondente intensità di verifica.
Il limite del procedimento descritto è quello che al suo termine l’effettivo livello di protezione della struttura, misurato in termini di probabilità di superamento di ogni stato limite considerato, non è conosciuto.
Per superare il problema, la Commissione di studio per la predisposizione e l’analisi di norme tecniche relative alle costruzioni del CNR ha predisposto e pubblicato le Istruzioni per la Valutazione Affidabilistica della Sicurezza Sismica di Edifici Esistenti, il cui obiettivo è la messa a punto di procedure idonee a valutare il riflesso sul risultato finale di tutte le incertezze a valle dell’azione sismica di verifica, in termini di probabilità di superamento dello stato limite.
Le istruzioni sulla valutazione affidabilistica della sicurezza sismica di edifici esistenti non richiedono il possesso di particolari competenze specialistiche in termini di teoria dell’affidabilità.
Per quanto riguarda la modellazione e l’analisi della risposta strutturale, invece, poiché gli stati limite di maggiore interesse sono caratterizzati da livelli di danno strutturale elevati, anche prossimi al collasso, l’applicazione delle Istruzioni richiede la simulazione del comportamento non lineare di elementi in c.a. e muratura, che presuppone conoscenze teoriche ed esperienza d’uso di idonei codici di calcolo.
La struttura delle istruzioni per la valutazione affidabilisitica
Il documento si compone di:
– Un capitolo generale, (cap. 2) contenente gli aspetti della procedura di verifica comuni alle diverse tipologie costruttive, e in particolare le costruzioni in muratura e quelle in cemento armato.
– Due capitoli che forniscono gli elementi specifici relativi alle costruzioni in muratura (cap. 3) e in cemento armato (cap. 4).
– Un’appendice (app. A) di commento ad alcune parti dei capitoli precedenti.
– Due appendici (B e C) contenenti due applicazioni complete rispettivamente a un edificio in muratura e a un edificio in cemento armato.
Scarica le Istruzioni per la Valutazione Affidabilistica della Sicurezza Sismica di Edifici Esistenti
Risale al 17 gennaio del 1995 l’evento sismico che, prima del devastante terremoto di venerdì 11 marzo, aveva colpito con più violenza il Giappone nella città di Kobe. In quell’occasione il sisma ebbe una magnitudo di 7,2 sulla scala Richter, facendo tremare la terra per 30 secondi, provocando 6.000 vittime.
Nell’anno del terremoto di Kobe, il governo giapponese aumentò gli stanziamenti per la ricerca antisismica e venne costruita a Miki (poco distante da Kobe) la piattaforma sismica sperimentale più grande al mondo, in grado di riprodurre qualsiasi terremoto, anche di elevatissima magnitudo: ‘E-Defense’, dove la lettera E sta per Earth, terra.
È su questa piattaforma che nel 2007 viene eretta una palazzina in legno di 7 piani e 24 metri di altezza, per essere sottoposta alla stessa onda sismica che colpì Kobe, considerata la più distruttiva per le opere civili.
Il test ha coronato il successo di un progetto di ricerca sull’edilizia sostenibile denominato Sofie (Sistema Costruttivo Fiemme), teso a definire prestazioni e potenzialità del sistema costruttivo X-Lam (leggi anche Sistema X Lam: moderna tecnica di costruzioni in legno): pannelli lamellari di legno massiccio di spessore tra i 5 e i 30 centimetri incollati a strati incrociati.
Una tecnica nata in Germania e perfezionata in Italia, grazie alla collaborazione tra l’Istituto per la Valorizzazione del Legno e delle Specie Arboree del Consiglio Nazionale delle Ricerche (Cnr-Ivalsa) e la Provincia Autonoma di Trento (leggi anche Edilizia antisismica in legno. La quadratura del cerchio?).
Mai al mondo, prima, una struttura interamente di legno di tali dimensioni aveva resistito a una simile forza d’urto. Il palazzo ha oscillato per qualche secondo, si è sollevato leggermente ed è subito tornato nella sua posizione iniziale, riportando danni minimi e riparabili con semplici interventi.
Ma la casa di legno Sofie avrebbe resistito al recente terremoto?
“La differenza tra un valore di 7.2 e uno di 8.9 di magnitudo – spiega Ario Ceccotti, direttore del Cnr-Ivalsa e responsabile del progetto Sofie – è di uno a trenta: ovvero l’energia rilasciata dal secondo è trenta volte maggiore. Tuttavia l’azione sismica alla base degli edifici dipende dalla distanza dall’epicentro. Può provocare più danni un terremoto di intensità minore ma più vicino. Almeno a giudicare dalle immagini che ci arrivano dal Giappone sembrerebbe che questo terremoto non abbia fatto molti più danni di quello di Kobe del ’95: è stato lo tsunami a provocare il peggio, come mi hanno confermato i miei colleghi giapponesi”.
La ricerca sugli edifici di legno intanto prosegue. È in via di definizione un accordo tra Cnr-Ivalsa, Provincia di Trento e provincia canadese del Québec per lo studio su un edificio sostenibile e antisismico di sette piani che abbina legno, vetro e acciaio e che dovrebbe essere portato presto in Giappone per un nuovo test.
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TX Arca
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Cos’è la fotocatalisi?
La fotocatalisi è un fenomeno naturale, che presenta molte affinità con la fotosintesi clorofilliana, per cui una sostanza, chiamata fotocatalizzatore, attraverso l’azione della luce naturale o artificiale, attiva un forte processo ossidativo che porta alla trasformazione di sostanze organiche e inorganiche nocive in composti assolutamente innocui.
Sono innumerevoli gli studi, le sperimentazioni e le verifiche che CTG, il Centro tecnico del Gruppo Italcementi, ha condotto in collaborazione con Arpa (Agenzia regionale per la protezione dell’ambiente), CNR (Istituto inquinamento atmosferico) e CCR (Centro comune di ricerca Ispra). In ogni occasione è emersa l’efficacia dei materiali cementizi fotocatalitici che hanno così dimostrato di possedere una reale valenza ecosostenibile. Le prove di laboratorio hanno mostrato come sia sufficiente un irraggiamento di soli tre minuti per ottenere una riduzione degli agenti inquinanti fino al 75%; verifiche sperimentali in grande scala hanno confermato valori di abbattimento anche superiori. Per esempio, TX Aria ha consentito, in particolari condizioni di laboratorio, abbattimenti fino al 91% del biossido di azoto.
I risultati positivi dell’efficacia di TX Active®, ottenuti nelle prove di laboratorio, sono stati confermati anche dall’applicazione sul campo con report e dati concordi nell’attestare la qualità di questo materiale.
Una scossa di terremoto e poi via via altre sempre più forti; ma la struttura sulla “tavola vibrante” rimane integra. È quanto accaduto presso i laboratori dei “Terremoti Artificiali” del Centro Enea della Casaccia, dove, su un modello rinforzato in scala 1:10, che riproduce il principale elemento strutturale della Chiesa di Santa Irene di Istanbul (Turchia), sono state condotte prove di sperimentazione sismica grazie alle “Tavole Vibranti” che riproducono i terremoti.
Il modello è stato sottoposto a sollecitazioni sismiche crescenti, uguali per intensità ed effetti a quelle tipiche dell’area geografica della Turchia.
Lo studio del comportamento sismico della struttura della Chiesa di Santa Irene a Istanbul è frutto di un accordo del Ministero dei beni culturali della Turchia, che, con il finanziamento della Banca Mondiale, ha affidato il lavoro allo Studio Croci e Associati e SPC di Roma in joint venture con l’OSM di Istanbul.
I risultati delle prove hanno messo in luce l’efficacia dell’intervento.
In particolare, l’arco centrale trasversale fra le due cupole principali della chiesa, il più debole della struttura, è stato sottoposto ad un intervento di miglioramento sismico e con queste prove ne è stata verificata l’efficacia.
Le prove sono state realizzate alla presenza dell’arch. Maurizio Galletti, Soprintendente per i Beni architettonici e paesaggistici del Lazio e del Prof. Giorgio Croci, progettista dell’intervento di miglioramento sismico, dell’ing. Luciano Marchetti, Vice Commissario per la Salvaguardia dei beni culturali dell’Abruzzo, istituzione cui l’ENEA ha fornito supporto e collaborazione durante la difficile fase dell’emergenza nell’area terremotata, partecipando fin dai primi giorni con una sua task force.
Il laboratorio “Terremoti Artificiali” dell’Enea fa parte di RELUIS, Rete dei Laboratori Universitari per l’Ingegneria Sismica, a cui fa riferimento la Protezione Civile per la sperimentazione in campo sismico, e partecipa alle fasi della ricostruzione in Abruzzo, mettendo le sue competenze a disposizione del sistema Paese.
Descrizione delle sperimentazioni effettuate
Le prime sperimentazioni sul modello sono state realizzate a luglio senza l’applicazione di tecniche di rinforzo antisismico e le prove erano state interrotte dopo che si erano verificati gravi danneggiamenti dell’elemento strutturale (una prima leggera lesione a 0.27 g di accelerazione di picco e gravi lesioni a 0.35g).
In questa seconda fase sperimentale, il modello rinforzato è rimasto integro quando è stato sottoporto a sollecitazioni pari a quelle della sperimentazione di luglio, e solo quando sono state applicate accelerazioni di intensità doppia rispetto alle precedenti, si sono verificate le prime lesioni.
Il miglioramento sismico è stato conseguito tramite interventi “leggeri e mirati”, non visibili e non invasivi:
– l’irrigidimento dei matronei mediante inserimento – sotto il pavimento – di controventi orizzontali al primo livello del manufatto, – il rinforzo a taglio dei pilastri dell’arco centrale tramite staffatura e, per quanto riguarda i quattro archi longitudinali,
– l’applicazione – sotto il manto di copertura – di un rinforzo in doppio strato di fibra aramidica stesa con resina epossidica avente il duplice compito di rinforzare e irrigidire gli archi stessi, seguendone la geometria senza appesantire la struttura.
Anche per l’arco centrale trasversale il miglioramento sismico rinforzo/irrigidimento è stato realizzato mediante l’applicazione dello stesso materiale composito.
Nel corso della prova è stato rilevato come non necessaria l’adozione di un tirante in acciaio di irrigidimento dell’arco centrale, inizialmente predisposto ma non attivato in quanto è stato verificato come i nastri in materiale composito fossero sufficienti per il miglioramento sismico della struttura.
Grazie ad un sistema innovativo di monitoraggio di tipo “motion capture 3D” ad alta risoluzione, che prevede un sistema di posizionamento locale di telecamere per la rilevazione delle traiettorie dei marcatori fissati nei punti critici della struttura sottoposta a vibrazione, è possibile realizzare filmati dei test, rielaborati da un modello matematico che permette di visualizzare la effettiva posizione dei marcatori e di assimilare in tempo reale i dati sperimentali nei modelli numerici.
Questa applicazione ha consentito anche la messa in rete delle prove, realizzando in tempo reale la sperimentazione condivisa a distanza tra diversi utenti collegati in remoto.
La condivisione a distanza con accesso alla rete di supercalcolo dell’Enea è uno dei capisaldi della sperimentazione presso i laboratori di prove dinamiche e controllo delle vibrazioni dell’Enea e consente ai partner di partecipare direttamente all’esperimento, con scambio di dati ed informazioni in tempo reale.
Ciò è particolarmente importante per le prove sismiche e per le attività di qualifica di attrezzature, componenti e sistemi per le applicazioni su impianti energetici di ogni tipo, anche nucleari, e per l’ingegneria civile, industriale, aerospaziale.
Prosegue il dibattito sul comportamento degli edifici e dei materiali in caso di sisma. Dopo l’intervento dell’ing. Valentini (leggi l’articolo) riceviamo e volentieri pubblichiamo questo contributo del professor Bernasconi docente di costruzioni in legno presso la Scuola di ingegneria di Yverdon.
Il terremoto in Abruzzo ha tragicamente evidenziato una realtà troppo spesso trascurata: tutto il territorio italiano è a rischio sismico. Questo significa che, quando si costruisce un edificio (sia esso pubblico o residenziale), è assolutamente necessario applicare i più efficaci criteri di sicurezza e utilizzare metodi costruttivi all’avanguardia. La scienza, la tecnica e le tecnologie costruttive moderne offrono soluzioni che permettono di gestire e ridurre il rischio sismico entro limiti di sicurezza ritenuti, allo stato attuale delle cose, accettabili e sufficienti: purtroppo i fenomeni sismici fanno parte di quelle catastrofi naturali che dimostrano tragicamente come la natura possa a volte sopraffare ogni previsione umana.
La sicurezza delle costruzioni in relazione ai fenomeni sismici è oggetto di ricerca e studi specifici da decenni nel mondo intero. Particolarmente intensi in questi ultimi decenni sono stati anche i risultati ottenuti nell’ambito delle strutture in legno, che tradizionalmente sono da sempre molto diffuse in zone note per la frequenza dei fenomeni sismici: il Giappone e alcune regioni del Nord America sono gli esempi più eloquenti.
È ormai riconosciuto a livello internazionale come gli edifici in legno ben progettati e realizzati secondo le tecniche più moderne, come la tecnologia X-Lam e il sistema della costruzione intelaiata, possano garantire i livelli più avanzati di sicurezza sismica.
Perché il legno è tra i materiali edili da preferire in zona sismica?
– Il legno è molto più leggero degli altri materiali da costruzione; le forze agenti su una costruzione in caso di sisma sono proporzionali alla massa della costruzione stessa.
La massa del legno è circa un quarto di quella del calcestruzzo: questo significa che le costruzioni in legno sono sottoposte ad un impeto distruttivo del terremoto decisamente più ridotto.
– Il legno presenta un comportamento meccanico particolarmente favorevole, se confrontato con la sua massa. A parità di massa, la resistenza meccanica del legno è fra le migliori in assoluto. Questo significa che le strutture in legno sono in grado di assorbire senza danni anche forze e sollecitazioni importanti.
– Per le sue caratteristiche meccaniche, il legno è naturalmente elastico e quindi sopporta facilmente una lieve deformazione: questo si manifesta in modo positivo in particolar modo durante l’azione del sisma, in quanto la minor rigidezza (cioè la maggiore deformabilità) della costruzione permette di meglio assorbire l’onda sismica.
– L’edificio in legno non è mai un corpo monolitico, ma è formato da diversi elementi (di regola parete e solaio) uniti tra loro attraverso connessioni meccaniche (detti anche giunti o collegamenti). Queste, se ben progettate e realizzate, fungono da ulteriore elemento a favore della deformabilità della costruzione e contribuiscono a dissipare l’energia sprigionata dal sisma, evitando così il crollo della struttura. Di fatto, la sicurezza sismica di un edificio in legno dipende anche dalle connessioni e dalla loro corretta progettazione.
– I moderni edifici in legno sono progettati privilegiando l’utilizzo di elementi piani, come le pareti e le solette di pannelli X-Lam (legno massiccio a strati incrociati) o il telaio di legno ricoperto di pannelli OSB (Oriented Strand Board) in caso di struttura intelaiata. Le costruzioni a elementi piani sono più resistenti in caso di sisma rispetto alle costruzioni eseguite con elementi lineari (per esempio le strutture a pilastri) perché la rigidezza e la resistenza della struttura sono distribuite su tutta la costruzione e non sono concentrate in pochi punti.
– Queste affermazioni sono ampiamente provate da diversi studi, in particolare dal progetto Sofie (vedi capitolo apposito) del CNR-IVALSA. Un edificio in legno di 7 piani e 24 metri di altezza, realizzato con i pannelli X-Lam, è uscito indenne da un test antisismico decisamente rude: la simulazione su pedana vibrante del terremoto di Kobe (magnitudo 7,2 della scala Richter) che nel 1995 in Giappone provocò la morte di oltre seimila persone.
– L’X-Lam il più tecnologico tra i cosiddetti “legni ingegnerizzati” (che comprendono anche il legno lamellare) risulta essere un materiale particolarmente adatto in caso di sisma.
È resistente e rigido poiché grazie alla sua composizione a più strati incrociati, cioè ruotati ad angolo retto uno rispetto all’altro, è in grado di assorbire e di trasmettere alle fondamenta sollecitazioni e forze provenienti da ogni direzione.
– Che il legno fosse un materiale particolarmente adatto alle costruzioni in zona sismica lo sapevano anche gli antichi: i Giapponesi hanno realizzato numerosi templi in legno che sono ancora al loro posto dopo molti secoli di vita (e molti sismi). Un esempio è il tempio Horuiy, realizzato nell’ottavo secolo, che ha superato indenne anche il terremoto di Kobe del 1995
(magnitudo 7,2 della scala Richter).
– In caso di terremoto (o altri eventi distruttivi come l’incendio), l’edificio in legno è uno dei più adatti ad essere riparato. Sostituendo le parti e le connessioni danneggiate è in alcuni casi possibile recuperare la sua portanza e renderlo nuovamente abitabile, consentendo ai proprietari di recuperare parte del patrimonio distrutto dall’evento naturale.
X-Lam, pannelli di legno massiccio a strati incrociati
L’ X-Lam (pannelli di legno massiccio a strati incrociati), conosciuto anche come “pannello multistrato di legno massiccio”, “Cross Laminated Timber”, “pannello compensato di tavole” ecc, è stato utilizzato per la prima volta nella seconda metà degli anni ’90 e la prima omologazione austriaca risale al 1998.
Il pannello X-Lam nasce dall’incollaggio di diversi strati di tavole di legno incrociati, cioè ortogonali l’uno rispetto all’altro. Ne deriva un materiale con l’efficacia strutturale della lastra e della piastra, che può essere sollecitato staticamente in diverse direzioni. Ciò significa che è possibile pensare per superfici e contare su un alto grado di prefabbricazione: basti pensare che anche le aperture per porte e finestre possono essere realizzate in laboratorio.
I pannelli X-Lam possono essere utilizzati come parete, soletta, tetto oppure come piastra per l’impalcato di ponti e simili. Il loro vantaggio essenziale è la stabilità dimensionale e le loro doti di rigidezza li rendono particolarmente adatti nell’edilizia antisismica e per la realizzazione di ogni tipo di edificio, anche multipiano.
Questo nuovo materiale strutturale si sta diffondendo rapidamente, tanto che la capacità produttiva in Europa raggiunge il mezzo milione di metri cubi l’anno.
Tra i maggiori produttori ci sono la Germania e l’Austria.
Il sistema a telaio (o struttura intelaiata)
Ampiamente diffuso in tutto il Nord America e in Canada, il sistema a telaio prevede l’utilizzo di una struttura di elementi piani in legno (telaio), unita tramite chiodatura ad una pannellatura strutturale formata da pannelli truciolari OSB (Oriented Strand Board).
In questo modo si crea un elemento piano da utilizzare come parete o solaio, da completare poi con strati di materiale coibentante e con le finiture scelte (ad esempio l’intonaco nel caso delle pareti o i pavimenti nel caso del solaio).
Questo tipo di costruzione è definito, nelle normative internazionali, come particolarmente favorevole in caso di azioni sismiche.
Con il sistema a telaio è stato recentemente costruito a Lugano un edificio di 6 piani, la Casa Montarina, che risponde alle esigenze attuali e più moderne in ambito di sicurezza in caso di sisma. Si tratta di un edificio abitativo in zona urbana, con un’altezza complessiva di 6 piani, la cui struttura è stata realizzata interamente in legno. Tutti gli elementi strutturali, compresa la struttura della tromba delle scale e gli irrigidimenti orizzontali – elementi essenziali della struttura di edifici di questo genere, ma anche e particolarmente fondamentali in caso di azione sismica – sono realizzati con pannelli di legno e elementi di legno lamellare.
Il progetto SOFIE
Nel 2007 i pannelli X-Lam sono stati i protagonisti di un progetto di ricerca messo a punto dal CNR-IVALSA di San Michele all’Adige (TN): il test antisismico SOFIE, progetto sistema costruttivo Fiemme (sulle prove antisismiche dei sistemi costruttivi, consulta anche l’articolo sul sistema costruttivo Emmedue).
Una casa in legno di 7 piani e 24 metri di altezza, interamente realizzata con questi pannelli, ha resistito con successo al test antisismico considerato fra i più distruttivi per le opere civili: la simulazione del terremoto di Kobe (magnitudo 7,2 della scala Richter), che nel 1995 provocò la morte di oltre seimila persone.
Il test, effettuato in Giappone presso il Nied (Istituto nazionale di ricerca sulla prevenzione dei disastri) è il risultato di studi e ricerche durati cinque anni, che hanno individuato nella combinazione dei pannelli X-Lam con specifiche connessioni meccaniche, una tecnica costruttiva ideale per garantire la sicurezza sismica.
Per la realizzazione di questo edificio sono stati necessari 250 m3 di abete rosso provenienti dalle foreste certificate PEFC (Certificazione internazionale della gestione forestale sostenibile) del Trentino, che sono stati inviati in Germania per la realizzazione dei pannelli X-Lam e successivamente in Giappone per l’assemblaggio dell’edificio su quella che è, a tutti gli effetti, la tavola vibrante più grande del mondo (misura metri 15×20).
La ricerca condotta dall’IVALSA ha dimostrato in modo definitivo l’affidabilità e la sicurezza del legno come materiale per l’edilizia, oltre al valore aggiunto che assicura in termini di comfort abitativo, risparmio energetico e rispetto dell’ambente.
Articolo del Prof. Ing. Andrea Bernasconi, ingegnere civile ETH Zurigo (CH). Consulente del Politecnico di Graz (A) e Professore di costruzioni in legno presso la Scuola di Ingegneria di Yverdon (CH)
Risorse on-line
www.dataholz.com
www.promolegno.com/risponde
www.ivalsa.cnr.it
www.promolegno.com