RESISTENZA SISMICA DEGLI EDIFICI IN LEGNO

Le strutture in legno, pur essendo relativamente leggere, possiedono una flessibilità naturale, che rappresenta un vantaggio in caso di carico sismico. Tuttavia, questa flessibilità richiede controllo e orientamento attraverso soluzioni ingegneristiche specifiche. Il legno lamellare, come materiale da costruzione, svolge qui un ruolo chiave grazie alla sua elevata resistenza, stabilità e prevedibilità delle caratteristiche. A differenza del legno massiccio, il legno lamellare minimizza i difetti interni e garantisce una distribuzione uniforme dei carichi.

Il principio fondamentale della progettazione antisismica consiste nel creare percorsi per il trasferimento delle forze inerziali generate da un terremoto, dal tetto fino alla fondazione. Queste forze si distribuiscono attraverso un sistema di elementi orizzontali (diaframmi) e verticali (pareti con controventi), che insieme formano la rigidità spaziale dell’edificio. Secondo la norma EN 1995-1-1, Eurocodice 5, i calcoli delle strutture in legno tengono conto dei carichi dinamici, elemento di importanza critica per le regioni sismiche. È importante che il legno per la casa scelto soddisfi i requisiti di resistenza ed elasticità. Per il legno lamellare, si tratta ad esempio delle classi di resistenza GL24h o GL28h, che garantiscono la capacità portante necessaria. La progettazione deve prevedere la definizione dettagliata di ogni nodo, per evitare concentrazioni di tensione che potrebbero portare al collasso.

Le tecnologie moderne permettono di realizzare in legno lamellare strutture durevoli e resistenti agli agenti esterni, conformi ai più elevati standard di sicurezza. La giusta combinazione tra resistenza del materiale e soluzioni ingegneristiche consente di costruire case affidabili anche in condizioni geologiche complesse.

I diaframmi di rigidità sono elementi orizzontali, come i solai e le coperture del tetto, che agiscono come dischi o travi rigide. La loro funzione principale è raccogliere i carichi sismici orizzontali che agiscono sull’edificio e trasmetterli agli elementi portanti verticali (pareti, telai). Senza diaframmi efficaci, le pareti potrebbero agire in modo indipendente, il che porterebbe a deformazioni incontrollate e al collasso.

Nelle case in legno lamellare, i diaframmi si formano generalmente con travi di solaio in legno, sulle quali viene posato un tavolato (ad esempio in pannelli XLAM, compensato o OSB). Questo tavolato, essendo rigidamente fissato alle travi, funziona come un unico insieme, garantendo la rigidità spaziale. Secondo le raccomandazioni della norma EN 1995-1-1, per il calcolo dei diaframmi occorre tenere conto della loro capacità di sopportare sia i carichi di taglio sia quelli flessionali. Ad esempio, per un tavolato in compensato di spessore 18-22 mm, fissato con viti a passo di 100-150 mm lungo il perimetro, è possibile ottenere un’elevata rigidità. È fondamentale il corretto collegamento del diaframma agli elementi verticali, garantito da bulloni di ancoraggio o piastre in acciaio speciali. È importante anche considerare le aperture nei diaframmi (per scale, impianti tecnologici), poiché possono ridurne l’efficacia. Queste aperture richiedono un rinforzo con travi supplementari o elementi metallici per compensare la perdita di rigidità.

L’efficacia del diaframma di rigidità dipende direttamente dalla qualità dei materiali, dalla precisione di esecuzione e dall’affidabilità dei collegamenti. In questo contesto, l’uso del legno lamellare permette di raggiungere un’elevata omogeneità e resistenza della struttura, elemento di importanza critica per le zone sismicamente attive.

I controventi sono elementi diagonali aggiunti all’intelaiatura della parete o del telaio per aumentarne la resistenza alle forze orizzontali. Trasformano elementi potenzialmente flessibili in triangoli rigidi, che non possono deformarsi sotto l’azione dei carichi di taglio. Negli edifici in legno si utilizzano diversi tipi di controventi, tra cui pareti rigide a pannello (shear walls) formate dal rivestimento, ed elementi diagonali (controventi a X o a K).

Nella progettazione di case in legno lamellare, le pareti portanti verticali funzionano spesso come diaframmi di taglio, se opportunamente rivestite. Ad esempio, pareti in legno lamellare rivestite su entrambi i lati con pannelli XLAM o un doppio strato di compensato/OSB creano un sistema molto efficace, in grado di sopportare carichi orizzontali significativi. Secondo i calcoli ingegneristici, la resistenza a taglio di tali pareti dipende dallo spessore del rivestimento, dal passo dei fissaggi e dalle caratteristiche dei materiali. Ad esempio, per una parete alta 3 m in legno lamellare 200×200 mm, rivestita con compensato da 15 mm con passo dei fissaggi di 50 mm, la capacità portante a taglio può raggiungere 20-30 kN/m. I progetti di tali edifici devono sviluppare in dettaglio i nodi di collegamento dei controventi con gli altri elementi. Per le strutture a telaio in legno lamellare, si possono impiegare tiranti diagonali in acciaio o controventi in legno, fissati a pilastri e traversi mediante piastre metalliche e bulloni.

La scelta del tipo e delle dimensioni dei controventi dipende dall’intensità dell’azione sismica, dall’altezza dell’edificio e dal concetto architettonico complessivo. Il posizionamento e la progettazione ottimali dei controventi permettono di distribuire uniformemente i carichi ed evitare concentrazioni eccessive di tensione, garantendo la durabilità e la sicurezza della struttura.

L’ancoraggio è un sistema di fissaggi che garantisce un collegamento solido tra i diversi elementi strutturali dell’edificio e la sua fondazione. Durante un terremoto si generano forze inerziali che possono causare il sollevamento (uplift) e lo scorrimento (sliding) delle pareti rispetto alla fondazione, o la separazione di un elemento dall’altro. Un ancoraggio di qualità è di importanza critica per prevenire questi fenomeni.

Per le case in legno lamellare, i principali tipi di ancoraggio comprendono i bulloni di ancoraggio, che attraversano la corona inferiore del legno e si fissano nella fondazione, nonché speciali fissaggi in acciaio (ad esempio squadrette, piastre, tiranti) per collegare le pareti tra loro, con i solai e con il tetto. Secondo la norma ДБН В.1.1-12:2014 “Costruzione nelle aree sismiche dell’Ucraina”, i fissaggi di ancoraggio devono essere calcolati per resistere allo strappo e al taglio con coefficienti di sicurezza corrispondenti alla categoria di pericolosità sismica della regione. Ad esempio, per una zona con intensità 7 gradi sulla scala MSK-64, i requisiti per gli ancoraggi saranno significativamente più elevati rispetto a 6 gradi. Un nodo di ancoraggio tipico comprende una piastra o squadretta in acciaio, fissata al legno mediante viti resistenti (ad esempio viti strutturali a filettatura piena di diametro 8-10 mm) e alla fondazione in cemento mediante ancoranti chimici o a espansione di diametro 16-20 mm. Il passo degli ancoraggi è generalmente di 1-2 metri, con installazione obbligatoria negli angoli dell’edificio e lungo i bordi delle aperture.

Una corretta progettazione e installazione dell’ancoraggio è la garanzia che l’intera struttura funzioni come un unico insieme durante l’evento sismico, distribuendo e dissipando efficacemente l’energia delle oscillazioni. Un ancoraggio insufficiente o di scarsa qualità può causare collassi locali, anche se gli elementi principali hanno una resistenza sufficiente.

La resistenza sismica e l’efficienza energetica, pur essendo aspetti differenti della costruzione, sono strettamente collegati nella fase di progettazione. Una struttura in legno lamellare ben progettata dal punto di vista antisismico può essere allo stesso tempo altamente efficiente dal punto di vista energetico. È importante comprendere come le soluzioni relative all’integrità strutturale influenzino le caratteristiche termotecniche (valore U o valore R).

Per l’Ucraina, dove le condizioni climatiche variano, i requisiti relativi alla resistenza termica (valore R) e al coefficiente di trasmittanza termica (valore U) sono definiti dalla norma ДБН В.2.6-31:2021 “Isolamento termico degli edifici”. I nodi di fissaggio antisismici, in particolare gli elementi metallici, possono diventare “ponti termici” se non isolati adeguatamente. Ad esempio, le piastre e i bulloni di ancoraggio in acciaio che attraversano l’isolante possono aumentare significativamente le dispersioni termiche. Una soluzione efficace è l’uso di inserti termici o la disposizione degli elementi metallici in modo che siano completamente immersi nello strato di isolamento termico. Per le pareti esterne in legno lamellare, dotate di isolamento supplementare (ad esempio lana minerale dello spessore di 150-200 mm), il valore U complessivo non dovrebbe superare 0,28 W/(m²·K), e per la copertura fino a 0,20 W/(m²·K) per la maggior parte delle regioni dell’Ucraina. Ciò garantisce un sistema di ventilazione ottimale e un microclima confortevole negli ambienti.

Tabella: valori minimi di U-value per le pareti esterne in Ucraina per zona sismica

L’ottimizzazione delle caratteristiche termotecniche nella fase di progettazione di edifici antisismici in legno lamellare rappresenta un investimento nell’efficienza energetica a lungo termine e nel comfort degli abitanti, contribuendo anche alla riduzione dei costi di esercizio.

La progettazione di nodi di fissaggio affidabili è fondamentale per la resistenza sismica degli edifici in legno, in particolare quando si utilizza il legno lamellare. Questa guida passo dopo passo aiuterà a comprendere il processo di sviluppo di un nodo chiave: il collegamento tra la parete e la fondazione.

1. Analisi dei carichi sismici: Determinare l’intensità dell’azione sismica per il sito di costruzione specifico secondo la norma ДБН В.1.1-12:2014. Ciò permetterà di calcolare le forze inerziali orizzontali e verticali che il nodo deve sopportare.
2. Scelta dei materiali: Selezionare la classe di resistenza del legno lamellare (ad esempio GL28h) e il tipo di elementi di ancoraggio (piastre in acciaio, bulloni, ancoranti chimici). Per le piastre in acciaio, utilizzare gradi di acciaio con elevato limite di snervamento (ad esempio S235 o S275).
3. Soluzione concettuale del nodo: Proporre uno schema di fissaggio. Ad esempio, staffe in acciaio a “L” con fori per i bulloni.
4. Calcolo dei bulloni di ancoraggio: Determinare il diametro e il numero necessari di bulloni di ancoraggio fissati alla fondazione, tenendo conto delle forze di strappo e taglio. Prestare attenzione alla profondità di posa degli ancoranti nel calcestruzzo. Ad esempio, per un bullone M16, la profondità può essere di 150-200 mm.
5. Calcolo del fissaggio al legno: Scegliere il tipo e il numero di viti o bulloni per collegare le staffe in acciaio alla corona inferiore del legno lamellare. Utilizzare viti strutturali con testa di superficie maggiorata per una migliore pressione di contatto.
6. Definizione dei collegamenti: Disegnare il nodo in scala, indicando le dimensioni di tutti gli elementi, la disposizione dei fissaggi e le distanze dai bordi del legno. Rispettare le distanze minime dal bordo del legno al fissaggio, per evitare la spaccatura del legno (generalmente non meno di 3-5 diametri della vite/bullone).
7. Garantire l’isolamento termico: Pianificare l’isolamento termico del nodo per evitare ponti termici. Può trattarsi di un taglio termico o dell’immersione completa degli elementi metallici nello strato isolante.
8. Considerare la tecnologia di montaggio: Verificare che il nodo possa essere realizzato in cantiere utilizzando attrezzature standard.
9. Verifica di conformità alle norme: Effettuare una verifica finale di tutti i calcoli e delle soluzioni adottate rispetto alle norme ДБН e agli Eurocodici.
10. Documentazione: Creare un set completo di disegni e specifiche per i costruttori, comprese le istruzioni di montaggio.

Questo approccio permette di sviluppare sistematicamente nodi affidabili e sicuri, che costituiscono la base di un edificio antisismico durevole in legno lamellare.

La fase finale, ma non meno importante, per garantire la sicurezza sismica di un edificio in legno è l’audit di conformità del progetto e della struttura realizzata alle norme vigenti, nonché, se necessario, l’esecuzione di collaudi. In Ucraina, i documenti principali sono ДБН В.1.1-12:2014 “Costruzione nelle aree sismiche dell’Ucraina” e ДБН В.2.6-160:2010 “Strutture in legno. Disposizioni fondamentali”.

L’audit del progetto comprende:

• Verifica dei calcoli: Analisi completa dei calcoli statici e dinamici di resistenza e stabilità, effettuati tenendo conto dei carichi sismici. Particolare attenzione viene dedicata ai coefficienti di sicurezza e alla considerazione della duttilità dei materiali.
• Conformità dei nodi: Verifica dettagliata di tutti i nodi strutturali (diaframmi, controventi, ancoraggi) rispetto ai requisiti delle norme ДБН e alle raccomandazioni dell’Eurocodice 5 (EN 1995-1-1). Le dimensioni delle piastre, i diametri dei bulloni, il passo dei fissaggi sono calcolati correttamente?
• Materiali e qualità: Valutazione della conformità dei materiali da costruzione scelti (classe del legno lamellare, tipo di fissaggi) ai requisiti di progetto e agli standard.
• Completezza della documentazione: Verifica della presenza di tutti i disegni, specifiche e istruzioni di montaggio necessari, che garantiscono la corretta esecuzione dei lavori in cantiere.

Collaudo delle strutture:

In alcuni casi, in particolare per progetti innovativi o complessi, possono essere necessari collaudi in situ o di laboratorio sugli elementi strutturali. Possono trattarsi di:

• Prove di taglio: Verifica della resistenza e rigidità effettive dei diaframmi e delle pareti di taglio.
• Prove sui nodi di ancoraggio: Test di strappo e taglio degli ancoraggi nel calcestruzzo e dei collegamenti con il legno.
• Prove dinamiche: Simulazione di carichi sismici su un modello in scala ridotta dell’edificio o su singoli nodi per valutarne il comportamento durante un terremoto.

I risultati dell’audit e dei collaudi permettono di confermare o correggere le soluzioni progettuali, garantendo il massimo livello di sicurezza sismica dell’edificio. Si tratta di un passo critico per ogni casa costruita in zone potenzialmente pericolose.