UN IMPALCATO RIGIDO: IL SOLAIO LEGNO-LEGNO


Francesco Favero, Francesca Simonelli, Angelo Pianizzola

Enco - Engineering Concrete, Ponzano Veneto (TV)

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Introduzione

L’Ordinanza del Presidente del Consiglio dei Ministri del 20 Marzo 2003, n. 3274, propone una nuova classificazione sismica del territorio italiano eliminando la dicotomia presente tra zone “classificate sismiche“ e “zone non classificate” di fatto interpretata come “zone sismiche” e “zone non sismiche”. Nell’allegato alla nuova norma si suddivide l’intero territorio in quattro classi dichiarando ogni zona a rischio sismico con gradi diversi.
I criteri da adottare per una corretta progettazione antisismica sono:

  • la regolarità in pianta che prevede forme pressoché “compatte” in cui il baricentro della massa (su cui agisce il sisma) non sia troppo distante dal baricentro delle rigidezze (determinato in base alla disposizione degli elementi portanti sismo-resistenti) in modo da non indurre effetti torcenti dannosi;
  • non vi siano irregolarità degli elementi in elevazione, per esempio aumento significativo di resistenza passando da un piano a quello superiore o aumento di massa sempre da un piano a quello successivo;
  • non vi siano piani sfalsati o edifici contigui non sufficientemente distanti tali da indurre effetti di martellamento;
  • non vi sia la presenza di spinte indotte da archi senza catene o da coperture spingenti;
  • gli impalcati orizzontali abbiano una rigidezza sufficiente per ripartire le forze sismiche tra gli elementi verticali.

Quest’ultimo aspetto è molto importante in quanto, se verificato, le azioni di piano vengono distribuite in funzione della rigidezza degli elementi verticali: elementi più rigidi (per esempio setti) “assorbono” una quantità maggiore di sollecitazione sismica, elementi di rigidezza inferiore (per esempio pilastri di ridotte dimensioni) sono interessati da spinte minori. Se invece ci si trova in presenza di solai molto deformabili nel proprio piano accompagnati da un collegamento alle strutture verticali inefficace, l’azione sismica, a cui sarà soggetto ciascun elemento verticale, sarà determinata dalla massa presente nell’area di competenza dell’elemento; di conseguenza esisterebbe la possibilità che elementi molto rigidi tipo setti siano soggetti a spinte irrisorie mentre pilastri di piccola dimensione siano interessati da forze notevolmente superiori. Inoltre nel caso di edifici in muratura la rigidezza di un impalcato sommata a un collegamento efficace con i setti, riduce il rischio di ribaltamento dei muri stessi causa spesso di crollo.
In quest’ottica è indispensabile verificare che il solaio considerato sia effettivamente rigido. Un tipico solaio rigido è quello realizzato in c.a. in cui è presente una cappa collaborante armata. L’ordinanza 3274 considera i solai infinitamente rigidi nel proprio piano solo se dotati di una soletta in cemento armato di almeno 5 cm di spessore. Di conseguenza un solaio realizzato con travetti in legno e soletta in c.a. adeguatamente collegata con connettori a taglio è considerata una struttura infinitamente rigida nel proprio piano.
Esistono però altri sistemi per realizzare impalcati rigidi senza dover ricorrere all’uso del calcestruzzo. In questo articolo viene analizzato il sistema “legno-legno”.

Il sistema “legno-legno”

Questo sistema consiste nella disposizione di un doppio tavolato incrociato sopra l’orditura delle travi di legno. I due tavolati vanno collegati sia reciprocamente sia con le travi sottostanti.
Rispetto ad una soletta in c.a., ha il vantaggio della leggerezza: essendo le azioni sismiche proporzionali alla massa, la spinta che ne risulterà sarà sicuramente di intensità inferiore. Negli interventi sul patrimonio edilizio esistente, che nella maggior parte dei casi è costituto da elementi portanti in muratura, la necessità di creare un impalcato rigido unito all’esigenza di non incrementare troppo i carichi, che sia staticamente che dinamicamente potrebbero compromettere le strutture, può trovare una soluzione in questo sistema.
Poiché questo sistema non è normalizzato (anche se esso è riportato come solaio effettivamente rigido in alcune indicazioni regionali), risulta necessario dimostrare la capacità di questo impalcato di trasferire il tagliante sismico di piano agli elementi sismo-resistenti verticali.


Esempio di calcolo

Si propone di seguito un metodo di calcolo che abbiamo adottato per un impalcato legno-legno nel progetto di realizzazione di una cantina nella provincia di Udine. Tale opera sorge in un comune con grado di sismicità massimo (S=12 secondo la vecchia classificazione) e il progetto, sorteggiato, è stato approvato dalla commissione tecnica della provincia di Udine. Il sistema è costituito da travi di legno 12x18 cm poste ad interasse di 40 cm e da un doppio tavolato avente spessore 2.5+2.5 cm.
Il dimensionamento dei connettori di collegamento tra il doppio tavolato e le travi di legno viene effettuato in condizioni statiche secondo il metodo Turrini-Piazza. La verifica del doppio tavolato nei confronti dell’azione sismica viene eseguita realizzando due modelli piani per ogni direzione principale di applicazione del sisma con un programma agli elementi finiti: si genera una mesh con elementi piani riproducenti il doppio tavolato e si dispongono i vincoli esterni alla traslazione in corrispondenza degli elementi sismo-resistenti interessati per quella direzione di applicazione del tagliante sismico.

Fig. 1 - Modello FEM dell'impalcato per azione sismica in direzione X.


Il tagliante sismico si determina con la medesima procedura che si adotta nel caso di un’analisi statica equivalente e si distribuisce sull’intera superficie.
Il passo successivo è dimostrare che il sistema costituito dal doppio tavolato collegato da chiodi è in grado di resistere ad azioni taglianti e non è consentita alcuna rotazione di un tavolato rispetto all’altro. A tal fine, nell’esempio citato, si sono disposti chiodi ø4 aventi lunghezza 4 cm e passo 5 cm come da figura 2:

Fig. 2 - Disposizione dei chiodi di collegamento.


Analizzando la maglia 20x20 cm (larghezza delle tavole di legno) si determina il momento torcente secondo lo schema seguente (nell’ipotesi che la tensione di taglio massima determinata sia uniforme lungo la superficie):

 

Si ripartisce la sollecitazione tra i chiodi della maglia e si determina la forza massima verificando che i chiodi siano in grado di resistere.
Una volta dimostrato che il sistema è in grado di fornire una resistenza a taglio per l’azione sismica applicata nelle due direzioni principali, si esegue la verifica del tavolato per azioni assiali nelle due direzioni.
L’efficacia di tale sistema è condizionata infine dalla progettazione dei collegamenti con gli elementi verticali. Nel nostro caso tale connessione è stata ottenuta disponendo lame di acciaio da una parte inchiodate al doppio tavolato e alle travi di legno (ciascuna lama viene collegata almeno con tre travi di legno) e dall’altra parte annegate nel getto dei setti in c.a. con una contro-piastra resistente.
Nel caso di murature è necessaria la realizzazione di cordoli armati perimetrali collegati efficacemente all’impalcato per assicurare l’effetto “scatolare”.

Fig. 3 - Tensioni assiali nelle due direzioni principali per sisma lungo X.

 


Fig. 4 - Disposizione delle lame di collegamento ai setti in c.a.

 


Fig. 5 - Distribuzione dei chiodi.

Conclusioni

Il sistema esplicato ha il pregio della leggerezza e risulta effettivamente rigido secondo la disposizione dei chiodi scelta. E’ sicuramente da preferirsi nel caso di strutture in muratura, specialmente quando si interviene sul patrimonio edilizio esistente. Per contro però comporta tempi di realizzazione più lunghi e maestranze molto attente. Risulta necessario porre attenzione alla scelta dei tramezzi e della pavimentazione in relazione alla diversa rigidezza che un sistema con soletta in calcestruzzo fornisce rispetto ad un impalcato completamente di legno.


Ringraziamento
Si ringrazia per la consulenza l’ing. Roberto Scotta, studio 3R – Preganziol (TV).


Bibliografia
- M.Piazza, G.Turrini; “Consolidamento e restauro di strutture portanti lignee”; L’Edilizia n°4; pagg. 195-202; 1991.
- E.Giuriani; “L’organizzazione degli impalcati per gli edifici storici”; L’Edilizia n°134; pagg. 30-43; 2004.
- Regione Toscana – Direzione Generale delle Politiche Territoriali e Ambientali – Settore Servizio Sismico Regionale; “Rilevamento della vulnerabilità sismica degli edifici in muratura”; versione Novembre 2003.