Resoconto collaborazione FLA - UNITN - Gruppo di lavoro - DICAM - FederlegnoArredo

DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA CIVILE, AMBIENTALE E MECCANICA

Resoconto collaborazione FLA – UNITN
Gruppo di lavoro – DICAM
Francesco Smiroldo, Dottorando
Andrea Gaspari, Dottorando
Maurizio Piazza, Professore ordinario
Ivan Giongo, Ricercatore

Sommario
Il presente documento è un resoconto dei lavori svolti nell’ambito della collaborazione tra
FederlegnoArredo ed il Dipartimento di Ingegneria Civile, Ambientale e Meccanica dell’Università degli
Studi di Trento. I filoni di ricerca principali, sviluppati nell’ambito delle due borse di dottorato, sono i
seguenti:
     Valutazione e mitigazione dei rischi nelle strutture in legno, Andrea Gaspari
     Riduzione della vulnerabilità sismica di strutture intelaiate in calcestruzzo mediante l’utilizzo di
         pannelli lignei, Francesco Smiroldo
     H-LAM – Prove sperimentali per l’ottimizzazione di una nuova connessione per pareti Xlam,
         Francesco Smiroldo e Andrea Gaspari

1      Valutazione e mitigazione dei rischi nelle strutture in legno
Il presente progetto mira a creare sul territorio italiano un centro di eccellenza dedicato alla
progettazione tecnologica, valutazione e modellazione del Rischio per quanto riguarda gli edifici a
struttura di legno, andando a definire specifici indici che permettano di mitigare il rischio e ridurne le
conseguenze. Il processo di valutazione dei rischi è altresì importante non solo per la filiera legata alle
costruzioni ma anche e soprattutto per Istituti di Credito, Assicurazioni ed Enti Pubblici. Il progetto di
ricerca mira infatti ad aumentare la consapevolezza e la conoscenza delle strutture in legno tra questi
attori economici. Il concetto di mitigazione del rischio inoltre passa quindi dall’elaborazione o dal
miglioramento di particolari costruttivi, attraverso la quantificazione dei rischi collegati alle diverse
pratiche progettuali e costruttive. Data la vastità del progetto di ricerca, sono stati avviati diversi filoni
di ricerca, descritti nei paragrafi seguenti.
Questa tematica di ricerca viene portata avanti anche in collaborazione con il neonato Istituto di
Scienze per la Sicurezza (ISSTN) dell’Università di Trento ed in particolare all’interno del panel relativo
all’analisi e mitigazione del rischio di sistemi strutturali, infrastrutturali e geotecnici. L’intento
dell’Istituto è quello di promuovere lo scambio di competenze tra diverse discipline e dare visibilità ad
un tema, quello della valutazione e mitigazione dei rischi, che oggi sta diventando centrale in molti
ambiti della società.

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1.1 Attacco a terra – quantificazione dell’hazard
Il dettaglio dell’attacco a terra nelle strutture in legno risulta uno dei punti
critici sia dal punto di vista strutturale che della durabilità. Questa tematica
di ricerca vuole quantificare i rischi e le conseguenze collegate a questo
dettaglio nei confronti della durabilità, dell’azione sismica e dell’incendio.
Le diverse soluzioni tecniche e progettuali sono in corso di categorizzazione
secondo diverse classi di rischio in modo da promuovere approcci
progettuali ed esecutivi ottimizzati secondo i principi della valutazione e
mitigazione dei rischi. Sono in fase di approfondimento, inoltre, un
confronto con casi studio e un approfondimento di metodologie di dialogo
tra le attuali norme tecniche per le costruzioni e le indicazioni progettuali
dedotte in fase di ricerca.

1.2 Modelli di stima della durabilità - L’approccio australiano
Questo filone di ricerca studia rilevanti esperienze internazionali sul
tema della stima della durabilità di strutture in legno in modo da
applicarle al territorio italiano. I metodi di stima presi in considerazione
sono stati sviluppati all’interno di un progetto di ricerca decennale,
condotto nel primo decennio degli anni 2000, portato avanti dal
Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (CSIRO)
e poi pubblicato sotto l’egida di WoodSolutions, ente finanziato
dall’organo federale australiano Forest & Wood Products Australia Ltd
(FWPA). Tali metodi di stima dipendono da classi di clima e di rischio
che tengono in considerazione aspetti retativi a condizioni climatiche,
modalità costruttive e materiali utilizzati. L’adattamento del metodo alle specificità del territorio
italiano è in corso di studio, anche tramite comparazioni tra il grande corpus di dati sperimentali
utilizzati nello progetto di CSIRO e i dati presenti per il territorio europeo.

1.3 Attacco del balcone – Quantificazione degli errori progettuali ed esecutivi
Diversi studi confermano che gli errori in fase di progetto ed esecuzione sono la causa di molti dei
collassi avvenuti tra le strutture in legno. Questo filone di ricerca sta valutando i rischi relativi a questo
tipo di errori in modo da prevederne le possibili conseguenze e proporre metodi di identificazione degli
errori e soluzioni tecniche adatte ad evitarli. Tutto questo attraverso lo studio dell’attacco del balcone
all’edificio, dettaglio costruttivo critico in primo luogo perché congiunzione di molti elementi edilizi
diversi: facciata, balcone, solaio interno e infissi.

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1.4 Vulnerabilità grandi luci
In collaborazione con il consorzio Reluis ed il Dipartimento di Protezione Civile.
Il presente studio, la cui prima parte si è conclusa
nei primi mesi del 2019, è volto a studiare un
nutrito campione di strutture in legno a grande
luce per valutarne le principali vulnerabilità
all’azione sismica. Le 101 strutture campionate
sono state analizzate tramite una metodologia di
stima della vulnerabilità sismica sviluppata ad
hoc e concepita per essere applicata ad una
grande varietà di strutture lignee e miste (ad
esempio edifici con pilastri in CA e copertura in legno). I principali punti critici delle parti strutturali in
legno sono stati verificati secondo le normative tecniche del 2008 (in vigore durante lo svolgimento
dello studio) e sono state inoltre analizzate vulnerabilità non considerate esplicitamente dalla
normativa, come ad esempio la presenza di connettori tra le travi secondarie e le travi principali. L’esito
dell’analisi ha quantificato le vulnerabilità principali, riscontrate a livello di: connessione tra trave
principale ed elemento verticale, controvento di falda, ridotta presenza o assenza di connettori in
connessioni rilevanti.

1.5 CARTIS GL Edifici Grandi Luci
In collaborazione con il consorzio Reluis ed il Dipartimento di Protezione Civile.
Il progetto di ricerca sulla stima di vulnerabilità di edifici in legno a grande luce è stato incluso in una
stretta collaborazione con il Dipartimento di Protezione Civile che ha come scopo la definizione della
scheda Cartis Grandi Luci per le strutture in legno. La scheda Cartis Grandi Luci, ovvero la scheda di 1°
livello per la caratterizzazione tipologico – strutturale di edifici a grandi luci, ha come scopo la messa a
punto di una apposita banca dati che vada a valutare a scala nazionale l’esposizione degli edifici sulla
base delle loro caratteristiche tipologico-strutturali.

2      Riduzione della vulnerabilità sismica di strutture intelaiate in
       calcestruzzo mediante l’utilizzo di pannelli lignei
L’obiettivo del presente studio è quello di sviluppare un intervento di miglioramento sismico,
applicabile a strutture esistenti intelaiate in calcestruzzo e tamponate in muratura, che viene realizzato
attraverso la sostituzione dei tamponamenti murari con pannelli in CLT. Una grande porzione di tali
strutture è stata infatti realizzata trascurando o tenendo limitatamente in considerazione sia le azioni
sismiche che il ruolo svolto dai tamponamenti nella risposta globale, comportando risposte sismiche
sovente caratterizzate dallo sviluppo di meccanismi fragili o danneggiamenti imprevisti. La soluzione
proposta ha dunque il principale scopo di ridurre la vulnerabilità degli edifici considerati senza
modificare il sistema strutturale originale.
Il ridotto spessore dei pannelli lignei ed il minore peso specifico degli stessi rispetto al laterizio
comportano in primo luogo una riduzione delle masse in gioco, rendendo inoltre possibile la
realizzazione di isolamenti ed alloggiamenti impiantistici in spaziature complessivamente inferiori.
L’ottimizzazione del sistema di connessione tra telaio in calcestruzzo e pannello ligneo è volta invece
a consentire un trasferimento delle sollecitazioni tale da privilegiare lo sviluppo di comportamenti
duttili. Infine, a seguito di un’azione sismica tale da compromettere l’efficacia degli elementi portanti,
l’impiego di pannelli lignei strutturali ha l’obiettivo di consentire agli edifici di evitare il manifestarsi di
situazioni catastrofiche, affidando ai pannelli il compito di resistere a parte delle azioni verticali.
Il presente percorso di ricerca prevede dunque un’indagine numerica dell’intervento proposto, volta
ad ottimizzarne l’implementazione ed il comportamento in funzione delle caratteristiche dei sistemi

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originali considerati. Attraverso l’esecuzione di prove sperimentali si prevede infine di calibrare e
validare i modelli proposti.

I principali temi attualmente in fase di studio sono riportati di seguito.

Analisi parametriche – ottimizzazione dell’intervento
Attraverso analisi statiche non lineari è stato
possibile analizzare oltre 400 telai isolati, al fine                      Curve di capacità
di indagare gli effetti dell’intervento sulla                          Muratura           Pannello ligneo
risposta sismica al variare sia delle
caratteristiche degli elementi esistenti
                                                        Base Reaction

considerati, che delle modalità di realizzazione
dell’intervento stesso. In particolare, per
quanto riguarda le maglie in calcestruzzo, sono
stati presi in considerazione differenti rapporti
luce/altezza,        geometrie     delle     sezioni,
caratteristiche di armatura e proprietà
meccaniche dei materiali. Inoltre, le risposte del
sistema originale e di quello post-intervento                                Displacement
sono state indagate considerando diverse
configurazioni di carico. Riguardo alla definizione del sistema di intervento invece, si è scelto di valutare
sia gli effetti dell’implementazione di pannelli di differenti spessori, che dell’utilizzo di diverse modalità
di connessione con il telaio esistente.
L’obiettivo di tali analisi è stato quello di definire delle “regole di implementazione”, dipendenti dalle
caratteristiche geometriche e dalle configurazioni di carico originali, che permettessero di definire la
configurazione ottimale dell’intervento per gli specifici casi considerati. È stato quindi considerato un
edificio caso-studio, in cui si è supposto di implementare l’intervento proposto. L’edificio è stato
modellato agli elementi finiti e sottoposto ad analisi statiche non lineari, i cui risultati hanno
evidenziato come l’intervento sia stato in grado di migliorare il comportamento sismico della struttura,
favorendo lo sviluppo di meccanismi di collasso duttili.
Attualmente sono in fase di sviluppo modelli adatti ad essere sottoposti ad analisi dinamiche non
lineari, grazie alle quali è possibile valutare con maggiore dettaglio la risposta dell’intervento proposto.
Tramite tali modelli si intende infatti indagare il comportamento isteretico del sistema, tenendo in
considerazione fenomeni quali il ribaltamento fuori piano del tamponamento ed il martellamento con
il telaio esistente.
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Analisi dei nodi trave-pilastro
Durante un evento sismico, in corrispondenza nei nodi trave-pilastro
non è infrequente il manifestarsi di danneggiamenti concentrati che
possono condurre allo sviluppo di rotture fragili, con esiti anche
catastrofici. Tali fenomeni hanno particolare incidenza nelle strutture
esistenti caratterizzate da una realizzazione antecedente agli attuali
criteri progettuali quale, ad esempio, quello della gerarchia delle
resistenze.
L’obiettivo della presente indagine è dunque quello di valutare nel
dettaglio l’entità degli effetti dell’intervento proposto sulla risposta
sismica dei nodi. In particolare, attraverso la definizione di modelli
numerici in grado di considerare specificatamente tale problematica,
si sta valutando se, e in che misura, la sola sostituzione dei pannelli
può dare un contributo positivo al loro comportamento. Al fine di
ottimizzare l’intervento e di ridurre la vulnerabilità sismica dei nodi,
viene indagato come i diversi parametri in gioco, quali i rapporti
geometrici, la rigidezza del sistema di connessione e le proprietà del pannello ligneo, influenzino la
risposta di tali zone. Nei casi in cui risulti necessario, si propone inoltre la progettazione interventi di
rinforzo tali da favorire lo sviluppo di meccanismi di collasso duttili.

Definizione di un modello semplificato ed estensione delle indagini
Attraverso la definizione di un modello numerico semplificato della
soluzione proposta è possibile ridurre l’onerosità del calcolo e
facilitare la modellazione di intere strutture. A tal fine si considera
una casistica di edifici reali costruiti sul suolo italiano e progettati
secondo prescrizioni normative associate ad anni differenti. In
questo modo si intende valutare l’efficacia dell’intervento
dipendentemente dalle diverse modalità costruttive adottate nel
tempo. In particolare, con l’obiettivo di ottenere risultati
confrontabili, si considerano casi studio caratterizzati da dimensioni
in pianta e livelli di carico comparabili. Eseguendo dunque analisi
numeriche degli interi edifici stanno venendo raccolte informazioni
sull’efficacia complessiva dell’intervento proposto.

Sviluppi futuri
L’indagine e l’ottimizzazione della metodologia di intervento proposta prevede i seguenti sviluppi
futuri:
     valutazione degli effetti della presenza di aperture sui pannelli lignei;
     considerazione di modalità di implementazione alternative, realizzate ad esempio utilizzando
        controtelai in acciaio;
     valutazione degli effetti dei carichi verticali gravanti sul pannello ligneo a seguito del collasso
        degli elementi strutturali;
     calibrazione e validazione dei modelli proposti attraverso prove sperimentali.

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3      H-LAM – Prove sperimentali e ottimizzazione di una nuova
       connessione per pareti Xlam
La connessone H-Lam, già brevettata, è stata sviluppata con lo scopo di realizzare opere la cui risposta
al sisma di progetto non preveda l’accesso alle riserve anelastiche, e non comporti deformazioni
permanenti degli elementi strutturali o dei rivestimenti. Tuttavia, in caso di eventi di eccezionale
intensità si prevede che il sistema sia comunque in grado di sviluppare un comportamento pseudo-
duttile con significativa capacità di deformazione. L’obiettivo è dunque quello di limitare il
danneggiamento degli elementi di connessione e della struttura portante in caso di eventi sismici
rilevanti, pur mantenendo un’adeguata riserva di plasticità. La configurazione attuale, riportata nelle
seguenti figure, è stata definita attraverso degli studi numerici preliminari. Sono attualmente in corso
prove sperimentali volte a indagare nel dettaglio il comportamento della connessione al fine di
ottimizzarne la configurazione. Inoltre, sono in corso di svolgimento analisi numeriche a diversi livelli
di raffinazione necessarie a confrontare i risultati con quelli delle prove sperimentali.

Trento, 17 Giugno 2019

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