GARANZIA DELL’INTEGRITÀ STRUTTURALE

Il calcolo dei carichi da vento in Ucraina è disciplinato dalle norme edilizie statali ДБН В.1.2-2:2014 “Carichi e influssi. Norme di progettazione”. Questo documento stabilisce i metodi per determinare i valori normativi e di calcolo delle pressioni del vento sugli edifici e sulle strutture, nonché i coefficienti corrispondenti. Il parametro principale è il valore normativo della pressione del vento (W0), che dipende dalla zona eolica in cui si trova il sito di costruzione. L’Ucraina è suddivisa in cinque zone eoliche, dove W0 varia da 0.3 kPa (30 kgf/m²) per la zona I a 0.6 kPa (60 kgf/m²) per la zona V.

Un aspetto importante è la considerazione dei coefficienti aerodinamici (c), che riflettono la forma dell’edificio e il suo orientamento rispetto al flusso del vento. Questi coefficienti possono essere positivi (pressione sul lato sopravvento) o negativi (depressione sul lato sottovento e sulla copertura). Per forme geometriche complesse, in particolare per sistemi di capriate con grandi falde o sporgenze, i coefficienti aerodinamici possono variare notevolmente, richiedendo un’analisi più dettagliata, eventualmente anche mediante modellazione CFD (Computational Fluid Dynamics). Inoltre, si tiene conto dei coefficienti di pulsazione (ζ), che caratterizzano la natura dinamica dell’azione del vento, specialmente per strutture alte e flessibili. Per la maggior parte degli edifici residenziali fino a 60 m di altezza, le ДБН consentono un calcolo semplificato, ma per progetti unici o edifici in zone ad elevata attività eolica è obbligatorio un calcolo dinamico completo. L’analisi dettagliata della pressione del vento sui diversi elementi della copertura (colmo, cornicioni, falde) è critica, poiché proprio queste zone subiscono i carichi maggiori a causa della turbolenza e dell’effetto di “distacco” del flusso.

Il valore della pressione del vento aumenta con l’altezza, il che viene considerato anche tramite il coefficiente k, che tiene conto della variazione della pressione del vento in funzione dell’altezza dell’edificio sul livello del suolo. Per gli edifici situati vicino a specchi d’acqua aperti o sulle sommità di colline, è necessario applicare coefficienti di sicurezza aggiuntivi per il carico da vento. Una progettazione esperta prevede non solo il calcolo dei carichi massimi, ma anche l’analisi della loro distribuzione su tutta la superficie del tetto, il che è di importanza critica per la corretta scelta dei materiali e della configurazione del sistema di capriate.

I carichi da neve sono il secondo influsso naturale significativo che deve essere attentamente considerato nella progettazione di tetti e sistemi di capriate. Secondo la ДБН В.1.2-2:2014, il valore normativo del carico da neve (S0) viene determinato in base alla zona nevosa del sito di costruzione. Il territorio dell’Ucraina è suddiviso in sette zone nevose, dove S0 varia da 0.5 kPa (50 kgf/m²) per la zona I a 2.4 kPa (240 kgf/m²) per la zona VII (regioni montane dei Carpazi).

Un aspetto chiave è la considerazione del coefficiente di forma del tetto (μ), che indica come la neve si distribuisce sulla superficie. Per i tetti piani, μ è generalmente pari a 1.0, mentre per i tetti a falde dipende dall’angolo di inclinazione. Per angoli di inclinazione ridotti (fino a 30°), μ può essere prossimo a 1.0, ma con l’aumentare dell’inclinazione la neve scivola più facilmente e μ diminuisce. Tuttavia, per angoli di inclinazione superiori a 60° (ad esempio, per alcune forme architettoniche moderne o case A-Frame), il carico da neve può essere completamente ignorato grazie all’autopulizia. Tuttavia, è importante considerare la possibilità di una distribuzione non uniforme della neve, specialmente nelle zone di dislivello, vicino a parapetti, cavedi di ventilazione o aree in ombra, dove si formano accumuli di neve. Questi accumuli locali possono superare notevolmente il carico uniforme, richiedendo un rinforzo del sistema di capriate e dei singoli elementi della copertura.

I valori di calcolo dei carichi da neve si ottengono moltiplicando i valori normativi per i coefficienti di sicurezza sul carico (γf), che per la neve sono generalmente assunti pari a 1.4. È inoltre necessario considerare i coefficienti di sovraccarico, che possono essere applicati nei casi in cui esista il rischio di nevicate anomale o di formazione di ghiaccio. Ad esempio, il congelamento dei sistemi di drenaggio o delle grondaie può portare a un notevole aumento del carico locale. La progettazione dei sistemi di capriate deve tenere conto non solo del carico da neve verticale, ma anche delle possibili componenti orizzontali che si generano durante lo scivolamento della neve, specialmente su materiali di copertura lisci. Un efficace smaltimento della neve e dell’acqua, nonché la corretta scelta dei materiali di copertura che minimizzano l’adesione della neve, sono fondamentali per la durabilità e la sicurezza della struttura del tetto.

I pannelli Cross-Laminated Timber (XLAM) e Structural Laminated Timber (SLT) rappresentano una soluzione ingegneristica avanzata che garantisce un’eccezionale resistenza ai carichi da vento e da neve. I pannelli XLAM sono composti da diversi strati di lamelle di legno incollate perpendicolarmente tra loro. Questa struttura multistrato conferisce al materiale un’elevata resistenza e rigidità in due direzioni, rendendolo ideale per l’uso nelle strutture portanti di tetti, pareti e solai.

Grazie alla sua struttura monolitica, il pannello XLAM distribuisce efficacemente i carichi puntuali e uniformemente distribuiti su tutta la superficie. Rispetto ai tradizionali sistemi di capriate, dove il carico viene trasmesso attraverso elementi singoli (travetti, travi), i pannelli XLAM funzionano come un’unica grande piastra. Ciò aumenta notevolmente la resistenza alle deformazioni e alle frecce sotto l’effetto della neve. Per quanto riguarda i carichi da vento, l’elevata rigidità dei pannelli XLAM consente loro di resistere a pressioni e depressioni significative, garantendo la stabilità del manto di copertura e dell’intero edificio. La resistenza dell’XLAM alle azioni dinamiche del vento è ulteriormente rafforzata dall’affidabilità dei collegamenti tra i pannelli e gli altri elementi strutturali. La produzione dei pannelli XLAM avviene su macchinari CNC ad alta precisione, che garantiscono dimensioni perfette e minimizzano gli errori in fase di montaggio. Per il calcolo delle strutture in XLAM si applicano le disposizioni dell’Eurocodice 5 (EN 1995-1-1), adattate alle condizioni nazionali, il che consente di modellare con precisione il comportamento del materiale sotto diversi tipi di carico, incluse le combinazioni di neve e vento.

Vale la pena notare che l’uso dell’XLAM nei sistemi di capriate o come copertura continua del tetto semplifica le soluzioni costruttive, riducendo il numero di nodi singoli e aumentando l’affidabilità complessiva. Ciò è particolarmente importante per gli edifici soggetti a carichi ciclici o situati in zone sismicamente attive, dove l’elevata resistenza e la duttilità del legno rappresentano un vantaggio significativo. Grazie all’elevata resistenza al taglio e alla compressione, i pannelli XLAM possono essere utilizzati per creare strutture a grande luce senza appoggi aggiuntivi, il che apre nuove possibilità nella progettazione architettonica e garantisce la massima efficienza nell’uso dello spazio.

La resistenza del sistema di capriate e la sua capacità di resistere ai carichi da vento e da neve dipendono in gran parte dall’affidabilità dei nodi di fissaggio. Ogni nodo è un punto critico attraverso il quale le sollecitazioni dei carichi vengono trasmesse alle pareti portanti o ad altri elementi strutturali. I nodi tipici del sistema di capriate comprendono il fissaggio al cordolo (mauerlat), il collegamento dei travetti al colmo, il fissaggio dei puntoni e dei controventi ai travetti e alle travi di banchina.

Il mauerlat è una trave di appoggio che distribuisce uniformemente il carico dai travetti alle pareti portanti. Il fissaggio dei travetti al mauerlat può essere rigido o mobile. Il fissaggio rigido viene solitamente realizzato mediante staffe in acciaio, ancoraggi o intagli con fissaggio aggiuntivo tramite bulloni o caviglie, garantendo resistenza sia alle sollecitazioni verticali che orizzontali. Il fissaggio mobile, spesso con l’uso di appoggi scorrevoli, consente al legno di “respirare” durante le deformazioni termiche e igrometriche, prevenendo l’insorgere di tensioni indesiderate. Ciò è particolarmente rilevante per le case in legno soggette ad assestamento.

I nodi di colmo sono il punto di collegamento dei travetti. Possono essere realizzati mediante piastre di sovrapposizione (in acciaio o in legno), collegamenti bullonati o intagli. È importante che questi nodi garantiscano un’efficace trasmissione delle sollecitazioni di compressione e trazione generate dalla neve e dal vento. Per sistemi di capriate complessi, come i tetti a padiglione o a piramide, il numero e la varietà dei nodi aumentano notevolmente, richiedendo un calcolo individuale di ogni collegamento secondo la ДСТУ Б В.2.6-160:2010 “Strutture di edifici e costruzioni. Strutture di legno. Disposizioni generali”. Nella progettazione dei nodi per i pannelli XLAM che fungono da elementi del sistema di capriate, si utilizzano fissaggi metallici speciali, come connettori angolari, viti per legno ad alta capacità portante e collegamenti bullonati. È fondamentale garantire un’area di contatto e una profondità di avvitamento sufficienti per le viti, al fine di evitare l’estrazione o il taglio.

Garantire la resistenza all’estrazione (in caso di carichi da vento in depressione) e al taglio (in caso di carichi di scorrimento) è un compito prioritario. Tutti i collegamenti devono essere progettati tenendo conto dei coefficienti di sicurezza e del margine di resistenza, per prevenire il cedimento anche in caso di carichi di picco. I moderni software di ingegneria consentono di effettuare un’analisi dettagliata dello stato tensio-deformativo dei nodi, ottimizzandone la struttura e la scelta degli elementi di fissaggio. Questo approccio è garanzia di durabilità e sicurezza della copertura.

La progettazione moderna degli edifici, soprattutto tenendo conto di complessi carichi da vento e da neve, è impossibile senza l’applicazione delle tecnologie Building Information Modeling (BIM) e di calcoli ingegneristici complessi. La modellazione BIM consente di creare un modello digitale dell’edificio che contiene non solo proprietà geometriche, ma anche fisiche, meccaniche e di altro tipo di tutti i suoi componenti. Ciò permette di effettuare un’analisi integrata, individuare potenziali conflitti e ottimizzare le soluzioni costruttive già in fase di progettazione.

Nel contesto dei carichi da vento e da neve, il modello BIM consente di determinare con precisione l’area e la configurazione delle superfici esposte, nonché di integrare i dati sulle zone eoliche e nevose con georeferenziazione. Il software specializzato, integrato con il BIM, può calcolare automaticamente i carichi secondo la ДБН В.1.2-2:2014 e gli Eurocodici, tenendo conto della forma del tetto, dell’altezza dell’edificio e del tipo di terreno. I calcoli ingegneristici in tali sistemi includono il metodo degli elementi finiti (FEM), che consente di modellare lo stato tensio-deformativo della struttura sotto l’effetto di diverse combinazioni di carico.

Per i pannelli XLAM, la modellazione BIM è particolarmente efficace. Essa consente non solo di calcolare la capacità portante e le frecce dei pannelli sotto la neve, ma anche di elaborare in dettaglio i nodi di collegamento, modellandone il comportamento sotto i carichi da vento. Questo approccio garantisce precisione nella scelta dello spessore dei pannelli, del tipo e del passo degli elementi di fissaggio, e ottimizza anche il taglio del materiale, riducendo gli scarti e i costi di costruzione. Grazie al BIM è anche possibile modellare diversi scenari di carico, inclusi i casi estremi, e valutare la risposta della struttura, aumentando il livello di sicurezza e affidabilità. Ciò permette ai progettisti di individuare i “punti deboli” della struttura e adottare misure di rinforzo già prima dell’inizio dei lavori di costruzione. Inoltre, il BIM favorisce un migliore coordinamento tra architetti, ingegneri strutturisti e altri specialisti, minimizzando i rischi di errori e ritardi nel progetto.

La progettazione degli edifici in Ucraina richiede una profonda comprensione delle particolarità climatiche locali e del loro impatto sui carichi da vento e da neve. Per le regioni centrali, come l’oblast’ di Kyiv, sono tipici carichi da neve moderati (zona nevosa II-III, S0 da 0.8 a 1.2 kPa) e carichi da vento (zona eolica II-III, W0 da 0.4 a 0.5 kPa). Tuttavia, per la regione dei Carpazi (ad esempio, le oblast’ di Ivano-Frankivsk e Chernivtsi) i carichi da neve possono raggiungere la zona VII (S0 fino a 2.4 kPa), e quelli da vento la zona IV-V (W0 fino a 0.6 kPa), il che richiede un notevole rinforzo delle strutture.

**Caso di studio: Progettazione di un cottage in XLAM nei Carpazi.**

Supponiamo di progettare un cottage a due piani con una superficie del tetto di 150 m² nella parte alta dei Carpazi (zona nevosa VII, zona eolica V). Secondo le ДБН, i valori normativi sono S0 = 2.4 kPa, W0 = 0.6 kPa. Tenendo conto dei coefficienti di sicurezza (1.4 per la neve, 1.2 per il vento) e della forma del tetto (ad esempio, tetto a due falde con angolo di 40°):

1. **Carico da neve:** Valore di calcolo S = S0 × μ × γf = 2.4 kPa × 0.8 (per 40°) × 1.4 = 2.688 kPa (268.8 kgf/m²).
2. **Carico da vento:** Valore di calcolo W = W0 × k × c × γf = 0.6 kPa × 1.0 (per altezza fino a 10 m) × 0.8 (per la falda sopravvento) × 1.2 = 0.576 kPa (57.6 kgf/m²). La depressione sulla falda sottovento può essere superiore, fino a -1.0 kPa (100 kgf/m²).

Per un tale edificio, sceglieremmo pannelli XLAM di spessore non inferiore a 120-140 mm per il tetto, garantendo il loro fissaggio alle pareti portanti (anch’esse in XLAM o legno lamellare) mediante speciali connettori angolari ad alta resistenza, in grado di sopportare notevoli sollecitazioni di trazione dovute alla depressione del vento. I nodi di collegamento dovrebbero essere progettati tenendo conto delle possibili combinazioni di carico (neve + vento), utilizzando collegamenti multi-bullone o a vite con un passo minimo di 150 mm. Sarebbe inoltre previsto un sistema di paraneve, per evitare lo scivolamento improvviso delle masse nevose, che potrebbe generare carichi d’urto sulle parti inferiori della struttura o su oggetti adiacenti. Questa soluzione permette di garantire non solo un’elevata capacità portante, ma anche una maggiore efficienza termotecnica e velocità di montaggio, fattore critico nelle condizioni montane con una stagione edilizia breve.

Oltre al calcolo diretto dei carichi da vento e da neve, per garantire la durabilità e un esercizio senza problemi dell’edificio è importante considerare una serie di fattori aggiuntivi. Uno di questi è la protezione delle strutture dall’umidità, che può penetrare attraverso danni alla copertura causati da carichi estremi. I moderni materiali di copertura devono avere un’elevata resistenza ai danni meccanici (ad esempio, dalla caduta di ghiaccio o rami), oltre a essere resistenti ai cicli di gelo-disgelo.

Nella progettazione dei sistemi di capriate e dei tetti in XLAM è opportuno prestare attenzione a: 1. **Impermeabilizzazione:** Utilizzo di membrane e sigillanti di alta qualità nei nodi dove esiste il rischio di infiltrazione d’acqua (ad esempio, attorno a camini, abbaini, pluviali). 2. **Ventilazione:** Garanzia di un’adeguata intercapedine di ventilazione sotto il manto di copertura (per i sistemi di capriate tradizionali) o nello spessore del pacchetto di copertura (per i pannelli XLAM, se integrati in un sistema con isolamento esterno). Ciò previene l’accumulo di condensa, che può portare al marcimento delle strutture in legno e alla riduzione della loro capacità portante. 3. **Sistemi paraneve e di scarico dell’acqua:** Paraneve efficaci prevengono lo scivolamento incontrollato delle masse nevose, che può essere pericoloso per le persone e i beni, oltre a causare carichi d’urto sugli elementi inferiori dell’edificio. Sistemi di scarico robusti, dimensionati per grandi volumi e pesi di neve/ghiaccio, garantiscono lo smaltimento dell’acqua di disgelo senza rischio di danni alla facciata o alla fondazione.

Il monitoraggio in esercizio dello stato della copertura e delle strutture portanti svolge inoltre un ruolo importante. Ispezioni regolari dopo forti nevicate o uragani permettono di individuare tempestivamente potenziali problemi (ad esempio, frecce nei travetti, danni ai fissaggi, spostamento di elementi di copertura) e di adottare misure per la loro risoluzione. Per gli edifici in XLAM, l’ispezione visiva può essere integrata da un controllo strumentale mediante termografia (per individuare difetti nascosti o zone con umidità elevata) o controllo acustico (per la diagnostica dello stato del legno). La durabilità dell’edificio è direttamente proporzionale alla qualità della sua progettazione, alla scelta dei materiali e al rispetto delle norme edilizie in tutte le fasi di realizzazione e successivo esercizio.