Comportamento ciclico del controventamento in legno lamellare impiallacciato (LVL)

La ricerca presentata da Andrea Fabbri ad ANIDIS 2025 si inserisce nel filone degli studi sulle strutture lignee innovative a basso danneggiamento. L’attenzione è rivolta in particolare allo sviluppo di sistemi reticolari leggeri in Laminated Veneer Lumber, capaci di coniugare elevate prestazioni meccaniche e riduzione delle masse sismiche. Il lavoro approfondisce il ruolo cruciale delle connessioni, analizzandone comportamento monotono e ciclico anche in configurazioni non pienamente conformi all’Eurocodice 5. I risultati evidenziano criticità ma anche interessanti margini di innovazione, soprattutto in ottica di applicazioni come sistemi di controvento. L’obiettivo finale è contribuire allo sviluppo di soluzioni strutturali più efficienti, resilienti e sostenibili.

Origini della ricerca: leggerezza, sostenibilità e risposta sismica

Negli ultimi anni il tema della riduzione della massa nelle strutture esistenti e di nuova progettazione è diventato centrale nell’ambito del miglioramento sismico. In questo contesto si inserisce la ricerca coordinata da Andrea Fabbri presso l’Università di Ferrara, che ha esplorato soluzioni reticolari in legno ad alte prestazioni, inizialmente pensate per la sostituzione di solai pesanti e coperture di grande luce.

L’obiettivo era chiaro: sviluppare sistemi leggeri, sostenibili e capaci di ridurre significativamente le masse sismiche senza compromettere la capacità portante. Da questa impostazione è emersa, in una fase più recente, una possibile evoluzione applicativa: l’impiego di tali sistemi come elementi di controvento, sia in edifici esistenti sia in nuove costruzioni in legno.

Alla base della proposta vi è l’utilizzo di materiali ad alta densità e prestazioni elevate, come il Laminated Veneer Lumber (LVL), che consente di ottenere elementi strutturali con resistenze e rigidezze superiori rispetto ai prodotti lignei tradizionali. Questo permette di ridurre le sezioni trasversali, con vantaggi sia strutturali sia architettonici, grazie a una minore invasività visiva.

La presente relazione è stata presentata ad ANIDIS 2025 (Assisi, 7-11 settembre) e gli autori sono: Andrea Fabbri, Fabio Minghini e Nerio Tullini.

Il nodo cruciale delle connessioni: tra prestazioni e limiti normativi

Il cuore della ricerca si concentra sul comportamento delle connessioni, elemento determinante per l’efficacia dei sistemi reticolari. Sono state investigate diverse tipologie, dalle connessioni spinottate tradizionali a quelle bullonate con piastre, fino a soluzioni innovative come connessioni incollate o sistemi avvitati assialmente alla fibratura del legno.

I risultati sperimentali hanno evidenziato un aspetto particolarmente interessante: molte configurazioni che non rispettano i requisiti geometrici previsti dall’Eurocodice 5 — in particolare per quanto riguarda le distanze minime tra connettori e bordi — mostrano comunque prestazioni meccaniche significative. Questo suggerisce la necessità di una possibile revisione o integrazione delle attuali prescrizioni normative quando si utilizzano materiali avanzati come l’LVL.
Le connessioni spinottate, ad esempio, hanno dimostrato elevate capacità portanti, ma a fronte di modalità di rottura fragili, come fenomeni di splitting o plug shear, che ne compromettono la durabilità. Al contrario, le connessioni incollate e avvitate offrono una maggiore stabilità nel tempo e una buona rigidezza, pur con capacità portanti inferiori.

Particolarmente rilevante è il caso delle connessioni avvitate parallelamente alla fibratura, soluzione attualmente non ammessa dalla normativa ma che, se opportunamente confinata tramite bullonature trasversali, ha mostrato comportamenti promettenti.

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Risposta ciclica e criticità: il problema dei giochi

L’analisi del comportamento ciclico rappresenta un passaggio fondamentale per valutare l’idoneità di questi sistemi in ambito sismico. Le connessioni spinottate hanno evidenziato cicli relativamente stabili sia in trazione sia in compressione, ma con una criticità significativa: la presenza di giochi attorno allo zero, che si traducono in una risposta non ottimale sotto carichi ciclici.

La scelta del materiale del connettore influisce sensibilmente sul comportamento: acciai ad alta resistenza (come classe 12.9) garantiscono maggiore rigidezza, mentre acciai più duttili (come S355) introducono una certa plasticizzazione, aumentando la deformabilità ma senza migliorare in modo sostanziale la dissipazione.

Diversamente, le connessioni avvitate mostrano una risposta estremamente rigida e stabile, priva di giochi, ma sostanzialmente non dissipativa. Questo le rende interessanti per applicazioni dove si privilegia la stabilità ciclica rispetto alla capacità di dissipazione energetica.

Strategie di miglioramento: il ruolo del precarico

Per superare le criticità legate ai giochi nelle connessioni spinottate, la ricerca ha introdotto una soluzione efficace: l’applicazione di un precarico nella vite assiale. Questo accorgimento consente di migliorare significativamente il comportamento in compressione, evitando fenomeni di instabilità locale del connettore e riducendo le rotture fragili.

I risultati sperimentali mostrano come, grazie al precarico, sia possibile spostare il meccanismo di crisi dal collegamento all’asta strutturale, raggiungendo condizioni di instabilità globale (buckling) dell’elemento anziché rotture premature della connessione. Questo rappresenta un passaggio fondamentale verso un comportamento più prevedibile e controllabile.

L’efficacia della soluzione è stata confermata anche su prototipi in scala reale, dimostrando la fattibilità dell’approccio in applicazioni pratiche.

Verso controventi dissipativi in legno: scenari futuri

L’integrazione di questi sistemi in dispositivi di controvento apre prospettive particolarmente interessanti. L’idea è quella di collegare in serie alla barra assiale un dispositivo dissipativo, in grado di compensare la scarsa capacità di dissipazione delle connessioni rigide.

In questo senso, la ricerca guarda anche a soluzioni già note in letteratura, come i dispositivi a doppio archetto sviluppati da James Kelly negli anni ’70, reinterpretandoli alla luce delle tecnologie lignee contemporanee.
Il risultato potenziale è un sistema ibrido che combina leggerezza, rigidezza e capacità dissipativa, capace di offrire prestazioni elevate in ambito sismico e di adattarsi sia a interventi di retrofit sia a nuove costruzioni.

La ricerca presentata ad ANIDIS 2025 rappresenta un passo significativo verso l’evoluzione dei sistemi di controvento in legno. L’utilizzo di materiali avanzati come l’LVL, combinato con soluzioni di connessione innovative e strategie di miglioramento come il precarico, apre nuove possibilità progettuali.

Resta aperta la sfida dell’inquadramento normativo e dell’ottimizzazione del comportamento ciclico, ma i risultati ottenuti indicano chiaramente una direzione promettente: quella di strutture lignee sempre più performanti, leggere e resilienti, in grado di rispondere alle esigenze della moderna ingegneria sismica.

DI SEGUITO L'INTERVENTO INTEGRALE DI ANDREA FABBRI

Il testo è stato elaborato mediante la videoregistrazione dell'intervento, con l'aiuto dell'IA (CHATGpt).

IN SINTESI
-La ricerca dell’Università di Ferrara esplora sistemi reticolari in Laminated Veneer Lumber per strutture leggere e a basso danneggiamento sismico.
-Le connessioni risultano l’elemento chiave: alcune configurazioni non conformi all’Eurocodice 5 mostrano comunque prestazioni promettenti.
-Le connessioni spinottate offrono elevate resistenze ma con rotture fragili e criticità nel comportamento ciclico (giochi e bassa dissipazione).
-L’introduzione del precarico migliora significativamente la risposta in compressione, evitando crisi premature del collegamento.
-Possibili sviluppi riguardano controventi dissipativi in legno, integrando dispositivi energetici per sistemi strutturali più resilienti.