Nuova tecnologia per la riduzione del rischio sismico: le pareti in CLT post tese a basso danneggiamento

L’articolo descrive i principali risultati ottenuti nell’ambito del progetto di ricerca TIRISICO “Tecnologie innovative per la riduzione del rischio sismico delle costruzioni” finanziato dalla regione Emilia Romagna (POR-FESR 2017-2019).

In particolare l’articolo riporta la descrizione e la caratterizzazione sperimentale di un sistema costruttivo innovativo del tipo a pareti CLT (Cross Laminated Timber – pannelli X-LAM) post-tese assemblate con dispositivi isteretici esterni e sostituibili a valle di un evento sismico.

Prestazioni antisismiche delle costruzioni in legno con sistema CLT

Le costruzioni legno a pannello massiccio tipo CLT (Cross Laminated Timber) negli ultimi anni hanno avuto una ampia diffusione nel mercato edile nazionale per la realizzazione di edifici residenziali, scolastici o adibiti ai servizi.

Le prestazioni antisismiche degli edifici CLT sono state dimostrate da numerosi studi scientifici condotti sia a livello nazionale che internazionale [1-3]. In particolare tali studi hanno evidenziato che le costruzioni in CLT possono resistere a sismi di elevata intensità grazie al combinato effetto della leggerezza strutturale e della capacità dissipativa del sistema [4].

Tale capacità di dissipazione energetica è assicurata dai sistemi di connessione metallici utilizzati per assemblare l’edificio e connetterlo a terra. Durante un evento sismico infatti, tali connessioni (tipicamente del tipo holdown e angolari chiodati) si danneggiano dissipando l’energia indotta dall’evento sismico. In quest’ottica le costruzioni in CLT risultano sicure in caso di sisma ma richiedono importanti interventi di verifica o eventualmente sostituzione delle connessioni a valle dell’evento sismico per riabilitare il fabbricato.

Il progetto TIRISICO e il nuovo sistema costruttivo a basso danneggiamento per le costruzioni in legno

Nell’ambito del progetto TIRISICO “Tecnologie innovative per la riduzione del rischio sismico delle costruzioni” finanziato dalla regione Emilia Romagna (POR-FESR 2017-2019) è stata sviluppata una nuova tecnologia costruttiva a pannelli CLT caratterizzata da un limitato livello di danneggiamento a seguito dell’evento sismico.

In particolare il sistema sviluppato prevede delle pareti in CLT post tese equipaggiate con dissipatori sostituibili che svolgono la funzione di controventamento del fabbricato.

Il sistema proposto mostra un comportamento ricentrante governato dal meccanismo di rocking ottenuto mediante delle barre post-tese fissate alla fondazione e collegate alla sommità della parete. La dissipazione è affidata invece a dei dissipatori isteretici studiati e realizzati per essere facilmente riposizionati o sostituiti dopo un evento sismico. Tali dissipatori collegano la parete di base alla fondazione o agli elementi in legno adiacenti che si trovano lungo l’elevazione della struttura.

Il sistema a parete descritto nel presente articolo, è stato sviluppato a partire dalle precedenti esperienze di ricerca disponibili in letteratura condotte in Nuova Zelanda e basate sull’utilizzo di pareti poste tese in “GluLam” o “LVL” [5-7]. Tali sistemi di concezione neozelandese sono stati adattati all’utilizzo di pannelli in CLT [7,8] e di smorzatori isteretici esterni sostituibili [9].

Il comportamento per azioni di tipo ciclico (assimilabili all’azione del sisma) del sistema a pareti CLT post tese proposto nel presente articolo è stato caratterizzato sperimentalmente presso il laboratorio meccanico del CIRI-EC del l'Università di Bologna mediante prove su prototipi in scala reale. I risultati delle prove sperimentali hanno dimostrato una ottima risposta strutturale in termini di resistenza, capacità di spostamento e di dissipazione energetica. Inoltre è stata verificato il requisito di basso danneggiamento del sistema proposto ovvero la capacità di ri-centraggio della parete e la possibilità di sostituire i dissipatori isteretici a valle dei un eventuale evento sismico.

Come è composto il sistema CLT a basso danneggiamento

Il sistema CLT a basso danneggiamento descritto nel presente articolo è composto da una parete CLT post-tesa inserita tra due colonne laterali in legno lamellare. La parete è collegata alla fondazione di base e alle colonne laterali mediante dissipatori isteretici che si attivano rispettivamente per trazione (dissipatori di base) e taglio (dissipatori laterali) a seguito del movimento laterale del sistema.

Le barre post-tese determinano il meccanismo di rocking della parete e quindi la capacità di ri-centraggio del sistema mentre i dissipatori assicurano una adeguata dissipazione energetica. In Figura 1 viene presentato il sistema CLT post-teso sopra descritto inserito in una struttura intelaiata in legno del tipo post&beam.

Figura 1 – Assonometria Sistema a pareti CLT post-tese sviluppato nell’ambito del progetto TIRISICO.

La barra di post tensione può essere inserita in appositi incavi realizzati sulla superficie esterna del pannello.

Nello sviluppo del sistema e nella realizzazione dei prototipi in scala reale sono stati studiati e sviluppati specifici nodi strutturali per assicurare il corretto funzionamento del maccanismo di roking ed evitare alcuni problemi locali già evidenziati in precedenti studi [5-9].

In particolare i nodi strutturali critici sono: il collegamento alla base della parete e il collegamento colonna-parete. Tutti i dettagli sono stati progettati secondo un criterio di gerarchia di resistenze in modo da evitare danneggiamenti locali o rotture fragili che potessero compromettere la risposta attesa del sistema.

Collegamento alla base della parete

La base della parete, riportata in Figura 2a, è stata progettata per evitare due tipi di problematiche:

• lo spostamento orizzontale
• e lo schiacciamento del pannello CLT.

Per evitare lo spostamento orizzontale della base della parete, che potrebbe indurre pericolosi effetti parassiti sulla barra di post-tensione, sono state studiate specifiche chiavi di taglio realizzate con piastre rigidamente connesse alla parete con viti e contro-piaste con denti trapezoidali solidarizzate al cordolo di fondazione.

Per evitare lo schiacciamento del legno nella porzione di spigolo della parete, dove si localizzano le forze di compressione dovute al meccanismo di rocking, la base della parete è stata rinforzata con viti a tutto filetto disposte verticalmente in due strati interni del pannello CLT. È importante notare che anche le due piastre laterali contribuiscono a confinare la base della parete in CLT.

Collegamento colonna-parete

Per garantire il trasferimento del carico tra colonna e parete, è stato studiato uno specifico dispositivo del tipo a rulli, presentato in Figura 2b. Il dispositivo di trasferimento del carico è composto da due piastre a C in acciaio, una fissata alla colonna e l'altra alla parete.

Nell’interspazio tra le piastre è presente un rullo in acciaio necessario per trasferire l’azione orizzontale tra la parete e la colonna e al contempo lasciare libero lo scorrimento verticale. Per evitare schiacciamenti localizzati tutte le aree di appoggio delle piastre sono state rinforzate con viti a tutto filetto.

Figura 2 – Dettagli costruttivi: (a) Chiave di taglio, (b) dispositivo trasferimento di carico a rullo

I dissipatori adottati sono delle piastre piane denominate X-bracket [10,11] che sono concepiti per essere utilizzati sia come dissipatori assiali che come dissipatori a taglio. Nello specifico sono stati utilizzati dissipatori X-bracket spessi 8mm realizzati in acciaio S275.

Il collegamento dei dissipatori alla parete in CLT è stato realizzato mediante piastre chiodate; per realizzare un fissaggio iper-resistente ed iper-rigido della piastra al pannello è stata rinforzata localmente la superficie del pannello con un rinforzo FRP [12].

...CONTINUA.

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