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Prove sismiche su tavola vibrante di un modello in muratura migliorato con solaio Compound legno-calcestruzzo
Il presente documento rappresenta un estratto della tesi di Carmelo Rosario Sturiale e Salvatore Iraci Sareri - Facoltà di Ingegneria - Università degli Studi di Messina Realizzata in collaborazione con ENEA - Ente per le Nuove Tecnologie l’Energia e l’Ambiente
Il presente documento rappresenta un estratto della tesi di Carmelo Rosario Sturiale e Salvatore Iraci Sareri - Facoltà di Ingegneria - Università degli Studi di Messina, e ralizzata in collaborazione con ENEA - Ente per le Nuove Tecnologie l’Energia e l’Ambiente
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5.2 Il Solaio Compound
Il “Solaio Compound ®”, brevettato e prodotto dalla ditta Coperlegno SRL di Roma, basa la propria filosofia sulla sinergia tra il legno lamellare ed il calcestruzzo che per le loro peculiari caratteristiche (resistenza a trazione/compressione) portano il sistema ai massimi risultati possibili in termini di efficienza globale. Pur mantenendo invariata l’impostazione generale del modello classico basata sul travetto con elemento interposto e getto superiore di completamento, questo solaio dimezza i pesi propri strutturali abbattendo i costi attraverso un notevole ridimensionamento di tutte le strutture verticali. Tecnicamente questo orizzontamento si differenzia da quelli già in uso poichè l’inserimento e l’ancoraggio del traliccio metallico “Bausta” nel travetto lamellare è realizzato meccanicamente tramite una particolare fresatura ad incastro e non mediante resine e/o connettori metallici, rendendo il prodotto altamente industrializzato. Questa soluzione permette ai due elementi (legno/calcestruzzo) di lavorare in connessione per i carichi d’esercizio. In caso di sisma l’elemento ligneo soprattutto e quello in calcestruzzo in maniera minore garantiscono dal collasso il solaio e fanno sì che dopo il cedimento della soletta il travetto assuma un fondamentale ruolo per la sicurezza quale ultimo sostegno prima di un eventuale crollo dell’ intero edificio. In definitiva questo solaio può essere considerato decisamente non massivo e quindi facilmente utilizzabile sia nelle ristrutturazioni che nelle nuove costruzioni in zona sismica. I travetti Compound® in legno lamellare di Abete rosso certificato a norme DIN di produzione Kaufmann sono armati con traliccio in acciaio elettrosaldato di tipo “Bausta”. I pannelli Compound ®, elementi di interposizione aventi funzione di cassero isolante alleggerito, sono costituiti da pannelli autoportanti sandwiches in estrusione di polistirene con le due facce prefinite in malta cementizia armata mediante rete in fibra di vetro. L’armatura integrativa è costituita di norma dai “monconi” (tondini in acciaio per il collegamento delle testate dei travetti tralicciati con i cordoli e/o con la travatura principale) e dalla rete elettrosaldata. La soletta collaborante, il cui spessore indicato nel dimensionamento è normalmente di cm 5, completa ed omogeneizza il solaio creando una sorta di piastra monolitica (soluzione ottimale in caso di sismica).
Punti di forza del Solaio Compound ®:
• Tecnologia industrializzata applicata sia all’utilizzo di travi lamellari e di tralicci metallici standard che al confezionamento in assemblaggio degli stessi.
• Economicità assoluta del prodotto finito rispetto ad altri solai misti legno/calcestruzzo e latero/cemento in regola con le nuove disposizioni di legge per la sismica.
• Volumi e pesi contenuti che agevolano la gestione logistica facilitando i trasporti e le movimentazioni in cantiere.
• Semplicità, Leggerezza e Autoportanza che rendono la posa in opera veloce e sicura.
• Sicurezza strutturale che sia nel normale esercizio, che nel caso di eventi eccezionali (sismi, incendi, sovraccarichi eccedenti) e sicurezza visiva data dai chiari segnali di lavoro anomalo (frecce, flessioni e fessurazioni) che, nel legno, prevengono un eventuale collasso della struttura.
• Versatilità sia in relazione alle diverse possibilità di utilizzo in funzione delle portate, delle luci e delle condizioni generali d’esercizio (resistenza al fuoco, isolamento termico, capacità dissipativa anelastica) sia in relazione alle varie soluzioni estetiche applicabili negli interposti (verniciatura, cotto, legno).
Fig 5.2 – a) Solaio Compound; b) Travetto con traliccio.
In vista delle dimensioni del modello da realizzare si è scelto il sistema denominato “S1” composto da travetti in legno lamellare di sezioni 100 x 120 mm fresati ed armati con traliccio metallico elettrosaldato costituito da due correnti inferiori 5 mm ed un corrente superiore 7 mm in acciaio nervato tipo FeB 44k collegati fra loro per mezzo di staffe di filo liscio 5 mm elettrosaldate. I travetti completi sono posizionati ad interasse di 66 cm con interposto pannello in polistirene estruso armato sulle due facce con rete in fibra di vetro e malta cementizia dello spessore complessivo di 54 mm. La soletta superiore di completamento armata con rete in acciaio elettrosaldata è in Cls da 5 cm di classe minima Rck 250 N/mm2.
I solai misti legno-cemento sono caratterizzati fondamentalmente dal tipo e dalla qualità di connessione tra i due elementi. La connessione ideale di incastro perfetto garantisce continuità tra trave in legno e soletta in c.a. e quindi vale l’ipotesi che la sezione piana del travetto composto, a deformazione avvenuta, si mantiene ancora tale. Nel caso, pur sempre ideale, in cui trave in legno e soletta non sono connessi, a deformazione avvenuta, la sezione del travetto è composta da due sezioni piane, distinte, inclinate rispetto al piano verticale, costituite dalle due sezioni degli elementi che lo compongono (Figura 5.3). In dipendenza di ciò nella realtà ci si trova all’interno di questi due casi estremi. Nel caso reale quindi bisogna caratterizzare la connessione al fine di stabilire le leggi che legano le deformazioni delle sezioni dei due elementi che costituiscono la sezione eterogenea del solaio misto.
Fig 5.3 – Sezioni deformate di un solaio Legno – Cemento
Al fine di caratterizzare la giunzione si deve necessariamente far uso dei dati sperimentali. Si riportano di seguito i risultati di prove statiche, effettuate dalla ISTEDIL per conto della Coperlegno, eseguite sul travetto di tipo S2 completo di calcestruzzo di un’altezza complessiva di 22 cm (12 + 10) e una lunghezza di 325 cm. Nei diagrammi si illustra il comportamento del travetto in termini di spostamento verticale del punto di mezzeria della trave ed in termini di scorrimento tra calcestruzzo e legno lamellare all’estremità del travetto.
5.3 Verifica del miglioramento sismico
Si considerano, quindi le due componenti orizzontali del sisma Tabas con accelerazione massima in direzione x di 0.5g, superiore all’accelerazione massima prevista dalla Normativa per un terreno di tipo B in Zona 1. Eseguendo due analisi con integrazione diretta delle equazioni del moto, una sul modello non migliorato e l’altra sul modello che presenta il solaio di copertura della CoperLegno SRL, è possibile verificare il miglioramento apportato dall’utilizzo di un solaio leggero che irrigidisce la struttura conferendogli un comportamento scatolare. A tale scopo si definiscono due punti di controllo su ciascuno dei modelli uno sul prospetto laterale e uno su quello frontale come illustra la Figura 5.4:
Fig. 5.4 – Punti di Controllo per la Verifica del Miglioramento Sismico
Si riportano nelle Figure 5.5 e 5.6 le sovrapposizioni delle storie di spostamento delle componenti dei punti 1 e 2 rispettivamente dei due modelli (in rosso la curva del modello non migliorato in nero quella del modello con solaio Compound).
Fig. 5.5 – Confronto Spostamento Punto 1: a) Componente x; b) Componente y
Fig. 5.6 – Confronto Spostamento Punto 2: a) Componente x; b) Componente y
Le storie temporali della componente x del Punto 1 e quella y del Punto 2 si sovrappongono nei due modelli. Si nota, invece, un miglioramento con l’uso della copertura irrigidente nelle componenti y del punto 1 e x del punto 2 del 47% e del 73% rispettivamente.