ARCHITETTURA FARE

La sicurezza sismica

Servizio: Raffaela Balestrieri
Le Ville Plus s.r.l.

Una delle ultime realizzazioni di “Le Ville Plus” progettata secondo i dettami della bioedilizia e della sicurezza sismica.
One of the latest creations by “Le Ville Plus” designed according to the rules of biobuilding and seismic safety.

Costruita su misura, secondo i parametri della bioedilizia e della bioarchitettura, con materiali pregiati, robusti e resistenti ma, soprattutto, capace di garantire un livello di sismicità assoluta (12° Mercalli). E’ questa la casa progettata e realizzata da “Le Ville Plus”. Memore dell’esperienza della ricostruzione dopo il drammatico terremoto del 1976, l’azienda friulana ha saputo fare propri molti degli insegnamenti di quelle aziende che sono state in grado di ricostruire il volto del Friuli. Una ricostruzione apprezzata e riconosciuta da tutti come esempio di perfetta edilizia antisismica. Un’antisismicità capace di garantire quella sicurezza che è indispensabile per una migliore qualità della vita a cui Le Ville Plus affianca l’uso di materiali naturali e leggeri quali il legno che ha come effetto la riduzione delle forze sismiche. La struttura portante è composta da travi e pilastri in legno lamellare di grossa sezione, tagliati su misura e sagomati in stabilimento. In cantiere vengono, poi, assemblati mediante collegamenti ad incastro che agiscono per contatto o mediante carpenterie, si realizza così uno scheletro (telaio) al quale si affidano tutte le azioni agenti, sia verticali (forza di gravità) sia orizzontali (sisma, vento). L’utilizzo del legno si rivela particolarmente idoneo dal punto di vista meccanico a questa tipologia di costruzioni: per l’elevata resistenza(paragonabile a quella del calcestruzzo rispetto al quale dà, però, il vantaggio di resistere anche a trazione), per la deformabilità (caratteristica che gioca un ruolo favorevole alla diminuzione dell’intensità dell’azione sismica), per la flessibilità che comporta un aumento del periodo proprio di oscillazione, fattore che attenua l’effetto del sisma, e per la capacità di incrementare la sua resistenza dal 50% al 100% sotto l’azione di carichi istantanei. L’esperienza acquisita ha dimostrato, inoltre, l’importanza della capacità di assorbimento dell’energia sismica da parte della struttura “Le Ville Plus” che si manifesta principalmente nella duttilità dei nodi che, da collegamenti rigidi (incastri), si trasformano in “molle” o “ammortizzatori” in grado di dissipare energia e, quindi, di smorzare l’effetto delle forze sismiche.
Made-to-measure according to the rules of eco-building and bioarchitecture, using valuable, strong and resistant materials, and above all able to withstand powerful earthquakes (12th degree on the Mercalli scale). This is the house designed and built by “Le Ville Plus”. Basing on the experience of reconstruction after the tragic earthquake of 1976, the Friuli-based company has exploited the experience of the enterprises that have renovated the area of Friuli. Such reconstruction has been appreciated and acknowledged by everyone as a model of anti-seismic building concept. Anti-seismic properties guarantee the necessary safety for better quality life, combined with the use of natural and lightweight materials such as timber, which ensures the absorption of seismic forces. The supporting structure consists of large-section glulam beams and pillars, cut-tosize and shaped in the factory. At the building site, then, the components are assembled by means of fixed joints, that work by simple contact or hardware. A skeleton (framework) is thus created, which supports all forces, both vertical (gravity) and horizontal (earthquakes, wind). Timber is particularly suitable from a mechanical point of view for this kind of constructions, by virtue of its high resistance (similar to concrete, with the additional benefit of tensile strength), deformation (a favorable property for the absorption of seismic forces), flexibility (which increases the oscillation period thus reducing seismic effects) and its capacity to increase resistance from 50% to 100% under the action of instant loads. Experience has also shown the importance of the seismic energy absorption capacity of the “Le Ville Plus” structure, mainly due to the flexible connections which can change from fixed joints into “springs” or “shock absorbers” that dissipate energy and thus lessen the effects of seismic forces.

È La sicurezza sismica noto che il legno viene considerato non solo adatto, ma addirittura consigliabile per costruire in zona sismica, a patto che si ponga la dovuta attenzione nella progettazione e realizzazione dei necessari dettagli strutturali. Tale buona reputazione deriva, oltre che dal buon comportamento di edifici realizzati con sistemi strutturali in legno durante i passati terremoti, anche da alcune caratteristiche peculiari di questo materiale particolarmente idonee nei confronti delle azioni sismiche:
– Leggerezza strutturale.
L’azione sismica produce sulla struttura degli effetti riconducibili ad un sistema di forze variabili nel tempo. Riferendoci ai valori massimi di tali sistemi di forze, questi si possono ottenere secondo la legge di Newton:
FORZA = MASSA X ACCELERAZIONE
I valori massimi delle sollecitazioni provocate dall’azione sismica sono direttamente proporzionali alle masse proprie e portate dalla struttura ed all’accelerazione massima che queste ultime subiscono. Le strutture in legno, se confrontate con le strutture realizzate con materiali da costruzione tradizionali, sono leggere e pertanto le sollecitazioni indotte dall’azione sismica sono notevolmente inferiori. Ad esempio il legno massiccio di conifera ha un peso specifico intorno ai 500 kg/m3.. Questo significa che il rapporto peso specifico/resistenza è simile a quello dell’acciaio ed è 5 volte inferiore a quello del calcestruzzo.
– Resistenza.
A causa delle sue proprietà viscoelastiche, il legno presenta una notevole adattabilità a variazioni statico-deformazionali favorita dall’ottima resistenza anche a trazione del materiale, fattore essenziale per assorbire le sollecitazioni dinamiche (azioni sismiche).
– Deformabilità.
Il valore medio del modulo elastico del legno parallelamente alla fibratura è all’incirca pari ad 1/3 di quello del calcestruzzo. La maggiordeformabilità del legno comporta bassi valori di rigidezza e quindi un’alta flessibilità che si può tradurre in un aumento del periodo proprio di oscillazione e, quindi, in una minore suscettibilità della struttura nei confronti dell’azione sismica.
CRITERI GENERALI DI PROGETTAZIONE
La progettazione antisismica, come suggerito dall’ EUROCODICE 8, prevede che le strutture debbano essere concepite secondo il “Criterio della gerarchia delle resistenze”, ossia occorre prevedere che gli elementi strutturali a comportamento plastico raggiungano lo stato post-elastico quando gli elementi elementi a comportamento fragile sono ancora in fase elastica e ben lontani dal raggiungimento della rottura. Questo significa che nelle strutture in acciaio ad esempio, i giunti saldati vengano progettati in modo da essere molto più resistenti delle aste (avendo le saldature un comportamento fragile). Nel C.A. invece, tale comportamento si ottiene progettando le sezioni con una opportuna staffatura, in modo tale da evitare la rottura a taglio che è sempre una rottura fragile. Nel caso delle strutture in legno tale criterio viene perseguito progettando adeguatamente i giunti con connettori meccanici, avendo ovviamente cura nel rendere gli elementi di legno più resistenti dei giunti. Durante la progettazione si deve poi tener conto del fattore di struttura q,definibile come il rapporto fra l’accelerazione di picco del terremoto che porta al crollo la struttura e l’accelerazione di picco che porta la struttura al raggiungimento del limite elastico: q = Au /Ay
L’Eurocodice 8, nella parte riferita alle strutture di legno, ci viene incontro nell’identificazione del corretto valore del fattore di struttura da adottare in funzione del sistema costruttivo adottato e del tipo di giunti che lo compongono definendo appunto le tipologie strutturali ammesse ed il corrispondente valore del fattore di struttura q. Alcune di queste sono:
– Strutture non dissipative, senza o solo con alcuni giunti con connettori meccanici (es. archi incernierati,strutture a sbalzo con giunti rigidi alla base): q=1
– Strutture poco dissipative,strutture con colonne fissate alla base semi-rigidamente: q=1,5
– Strutture mediamente dissipative quali edifici con pareti verticali resistenti alle azioni orizzontali dove il rivestimento è incollato al telaio. I solai sono interconnessi per mezzo di connettori meccanici: q=2.
In ogni caso, se i calcoli eseguiti per i calcoli statici portano a valori delle forze agenti sulla struttura maggiori di quelle attese nel caso di azione sismica (anche assumendo un valore del fattore di struttura q=1) non c’è nessuna necessità di prescrivere alcun livello di duttilità nei giunti. Questo può essere il caso di grandi strutture in zone con elevati carichi da neve. Ciononostante, anche in questo caso, pur non essendo necessario, il soddisfacimento delle prescrizioni pro-gettuali dell’EC8 darà alla struttura stessa una riserva di duttilità che è comunque sempre opportuna.
Seismic safety
As knows, wood is not only suitable, but recommended for building in seismic areas, provided you pay the due attention to the design and construction of the required structures. Its good reputation derives not only from the excellent behavior of building made with timber structures during past earthquakes, but also from some peculiar properties of this material which are particularly suitable in relation to seismic events:
– Structural lightness.
Earthquakes generate effects that can be described as a system of forces that change over time. Referring to the highest values of these forces, they result from the Newton law: force = mass x acceleration
The maximum values of stress due to seismic action are directly proportional to the inherent and transmitted masses of the structures and to the maximum acceleration they are submitted to. Timber structures, as compared to traditional building materials, are lighter, and therefore the stress induced by seismic action is much lower. For instance, solid softwood has a specific weight around 500 kg/m3. This means that the specific weight/resistance ratio is close to steel and five times lower than concrete.
– Resistance.
By virtue of its viscous-elastic properties, wood easily adapts to static-deformation variations, also thanks to excellent tensile strength, which is essential to absorb dynamic stress (seismic action).
– Deformation.
The mean value of the modulus of elasticity of wood parallel to grain is about 1/3 of concrete. Being more deformable, timber features lower rigidity values and high flexibility, which translates into an increased own oscillation period, and therefore, lower sensitivity of the structure to seismic action.
General design criteria
According to Eurocode 8, anti-seismic design rules state that structures must be based on the “resistance hierarchy principle”, i.e. it must be ensured that the structural elements with plastic behavior reach the post-elastic status when the elements with fragile behavior are still in the elastic phase and far from the breaking point. This means that, in steel structures, the welded joints are designed so as to be much more resistant than the rods (as weldments have a fragile behavior). In reinforced concrete steel, instead, such behavior is achieved by designing the sections with suitable stirrups, to prevent shearing stress breaking, which is a form of fragile failure. With timber structures, this objective is achieved through the adequate design of joints with mechanical connectors, obviously taking care to make the timber elements more resistant than joints. During design, then, you have to take into account the structure factor q, which is defined as the relation between the peak acceleration of an earthquake leading to structural collapse and the peak acceleration that causes the structure to reach its elastic limit: q = Au /Ay
Eurocode 8, in the section concerning timber structures, explains how to identify the correct value of the structural factor to be adopted according to the adopted construction system and the corresponding joints, by defining the admissible structure types and the corresponding value of the structural factor q. Some of these are:
– No-dissipation structures, with none or few joints with mechanical links (e.g. hinged arches, protruding structures with stiff joints at the base): q=1
– Low-dissipation structure, with columns fixed to the base with semi-rigid joints: q=1.5
– Mean-dissipation structures with vertical walls resistant to horizontal stress, whereby the coating is glued to the frame. The floors are connected by means of mechanical links: q=2. In any case, if static load calculations indicate that the forces acting on the structure are higher than those expected in case of earthquake (even assuming a structural factor value of q=1) there is no need to provide for any level of ductility of the joints. This can apply to big structures in areas with
high snow loads. Nevertheless, also in this case, although not necessary, the compliance with the design requirements of EC8 will provide the structure with a margin of ductility that is still desirable.

 

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