La ROBUSTEZZA nel legno

Il termine è stato introdotto e definito dalle “Norme tecniche per le costruzioni” (DM 14 genn. 2008) fra i requisiti strutturali che le costruzioni debbono soddisfare.
E’ bene chiarire subito che il termine sottende contenuti e concezioni proprie di discipline diverse dalla Tecnologia dell’architettura, oggetto del mio insegnamento. Ne tratto per la forte inferenza che apporta alla più generale concezione del progetto tecnologico e del dettaglio costruttivo.
Le NTC definiscono la robustezza come la capacità da parte di un organismo strutturale di evitare danni sproporzionati rispetto all’entità delle cause innescanti, quali l’incendio, esplosioni, urti e conseguenze di errori umani. In altre parole il legislatore si è preoccupato, considerando eventi catastrofici che hanno nel recente passato colpito strutture seriali e reiterate, che un collasso locale non si trasmettesse “a domino” sull’intero organismo (fig. 1).



Figura 1 - Crollo a domino di una struttura in fase di montaggio

Prima di entrare nello specifico di questo argomento è bene avvertire che il termine robustezza qui richiamato non ha molta attinenza con la sua comune accezione. I vocabolari di italiano ci dicono che robustezza indica vigoria, forza, anche morale, resistenza ed energia, ma anche risorse suppletive che un organismo può mettere in campo: robusto è infatti il contrario di debole, ma nell’accezione strutturale, la robustezza non ha nulla a che fare con il concetto di resistenza.
Robustezza è la traduzione del termine robustly, che è un termine del tutto generale e riguarda l’affidabilità di un prodotto. Un prodotto è infatti tanto più robusto quanto più per la sua produzione non sia necessario ricorrere a tecniche che assicurino una stretta tolleranza relativamente alle dimensioni e alle caratteristiche dei materiali e quanto più le sue prestazioni siano insensibili alla variabilità dell’ambiente e delle modalità d’uso.
Il nocciolo dunque del termine robustezza sembra risiedere nella “sovrabbondanza”, qualcosa che supera lo stretto necessario. Questa interpretazione si avvicina al concetto di robustezza strutturale, a patto però di non cadere nella “ridondanza”, che, diversamente dalla sovrabbondanza, assume significato negativo, addirittura di pericolosità.
In sintesi dunque l’introduzione del concetto di robustezza equivale nel settore costruttivo ad un preciso invito: concepire strutture iperstatiche, ovvero con più vincoli rispetto a quelli strettamente necessari.
Questa è un’indicazione importante rispetto a quanto fin’ora perseguito. Vuoi per pigrizia mentale, vuoi per facilità di controllo, vuoi per “pulizia” concettuale, si è infatti sempre cercato di eliminare i vincoli sovrabbondanti e riportare le strutture all’isostaticità!
Ad esempio l’arco a tre cerniere (struttura isostatica) è assolutamente preferibile a quello incastrato, in quanto quest’ultimo ha tre vincoli sovrabbondanti e quindi la configurazione delle sue sollecitazioni e tensioni sotto carico sono indeterminabili.
Quindi strutture iperstatiche, ma non ridondanti.
Aggiungo che una tale impostazione è oggi favorita anche dall’aiuto che il computer offre allo strutturista.
Dal punto di vista storico, sia il concetto di robustezza, sia quello di ridondanza (fig. 2), ha dei precedenti, pur non esplicitati in modo esaustivo.



Figura 2 - Galileo Galilei aveva intuito sia il concetto di robustezza, sia il concetto opposto, di ridondanza, ovvero non è sempre detto che all’aumento dei vincoli (nel caso della colonna l’aggiunta di quello centrale) aumenti la robustezza!

Quando Palladio, alla fine del primo dei suoi “Quattro libri dell’architettura” (1576), a riguardo de “i coperti” invita a non far appoggiare solo sui muri esterni le incavallature (le capriate) perché se dovesse marcire una testa di appoggio, la copertura ti viene in testa! Perciò sarebbe preferibile che ci fossero sostegni intermedi. Con ciò esprime proprio il concetto di robustezza! A proposito delle capriate, il cedimento per marcimento di una testa di una grande tesa all’Arsenale di Venezia (fig. 3) non ha provocato il crollo a catena delle capriate, proprio perché il danno è rimasto confinato per il grande grado di iperstaticità della struttura, concepita nelle tre direzioni spaziali, anziché solo nel piano della capriata.

 

Figura 3 - Particolare della Tese alla Gaggiandre all’Arsenale di Venezia. Il cedimento di un elemento strutturale (marcimento testa capriata) non ha provocato un crollo a domino grazie alla concezione d’insieme tridimensionale e all’alta iperstaticità della struttura concepita spazialmente

Per cercare di contenere il pericolo della propagazione a domino di un danno locale, una buona idea è proprio quella del “sconfinamento”, oltre che il ricorso all’iperstaticità.
Ad esempio l’incendio a domino delle casette di legno della fig. 4, poteva essere evitato dal sconfinamento (cessa tagliafuoco) di gruppi di casette. Il sistema insediativo sarebbe stato allora più robusto.

Figura 4 - Incendio propagato a domino. L’insieme sarebbe stato più “robusto” se fossero state previste cesse tagliafuoco

Nei ponti ad arco in muratura dopo alcune esili pile, sufficienti perché la spinta di ogni arco si elimina con l’altro, è buona regola fare una pila massiccia intermedia, capace di assorbire la spinta in caso di un danno agli archi, o cedimento di pile, altrimenti tutte le arcate cadrebbero per effetto domino.
Il “Robust Design” dunque si occupa di trovare le migliori combinazioni di parametri di progetto in modo che la risposta del sistema abbia una dispersione minima intorno al valore richiesto, per qualunque configurazione dei valori dei fattori di disturbo. Da questa generale definizione, declinare il concetto di robustezza per le strutture il passo è dunque breve. Se come fattore di disturbo in una struttura introduciamo un danno locale, questo non deve appunto disturbare l’intero sistema.
Ancora più specificatamente il sistema strutturale deve essere robusto nei confronti della azioni accidentali, ovvero capace come già detto di evitare danni sproporzionati rispetto all’entità delle sollecitazioni eccezionali. Tali sollecitazioni, rare ed imprevedibili, rientrano nell’impostazione sottesa dalla nuova filosofia della sicurezza, finalmente richiamata in termini di cogenza dalle Norme sopraccitate.
La robustezza è dunque conseguente e congruente con l’impostazione probabilistica della sicurezza, diametralmente opposta alla tradizionale impostazione deterministica che ha fino ad oggi presieduto la visione della sicurezza strutturale.
Ancora, come ricaduta del concetto di robustezza, si capisce come sia necessario impostare strutture capaci di dissipare energia, piuttosto che puntare su strutture resistenti, ma fragili.
Il legno ad esempio, è materiale fragile (specie in trazione) ma le unioni bullonate, o chiodate, staffate (non quelle incollate!) conferiscono alle strutture di legno buona duttilità. Migliorare la duttilità dei nodi strutturali è dunque una buona e nuova indicazione per il progetto tecnologico, così come l’impostazione spaziale e controventata delle strutture esili (es. di legno o di acciaio), quindi iperstatiche, è un’altra necessità che va contemplata grazie a questo nuovo concetto di robustezza.