Domanda sismica negli edifici in muratura con sopraelevazioni in legno lamellare a strati incrociati (CLT)

Le sopraelevazioni rappresentano oggi una delle strategie più interessanti per coniugare sostenibilità e rigenerazione del patrimonio edilizio esistente. In particolare, l’impiego del legno lamellare a strati incrociati (CLT) consente di limitare l’incremento delle masse e quindi delle azioni sismiche. Tuttavia, la progettazione di queste soluzioni si scontra con un quadro normativo ancora poco specifico. La ricerca presentata da Gennaro Vesce in occasione di ANIDIS 2025 approfondisce il comportamento dinamico di edifici in muratura con sopraelevazioni in CLT, analizzando il ruolo dei rapporti di massa e dei modi superiori nella risposta sismica.

Il vuoto normativo e gli obiettivi della ricerca

Nel corso del ANIDIS 2025, il contributo presentato da Gennaro Vesce ha offerto uno spunto di riflessione particolarmente attuale nel panorama dell’ingegneria strutturale: il ruolo delle sopraelevazioni come strategia sostenibile per la trasformazione del patrimonio edilizio esistente, soprattutto in contesti sismici.

Il tema si inserisce in un quadro più ampio di transizione ecologica del settore delle costruzioni. La demolizione e ricostruzione, infatti, comporta un’elevata produzione di CO₂, rendendo necessario individuare soluzioni alternative capaci di coniugare sostenibilità ambientale e sicurezza strutturale. Le sopraelevazioni rappresentano in questo senso un’opportunità concreta: consentono di valorizzare l’esistente, ridurre il consumo di suolo e incrementare la densità urbana senza nuove espansioni.

Un ulteriore vantaggio deriva dall’impiego del legno, in particolare del CLT (Cross Laminated Timber), che grazie alla sua leggerezza riduce le masse aggiuntive e quindi le azioni sismiche indotte. Non mancano esempi significativi a scala internazionale e nazionale, con interventi anche molto spinti in termini di numero di piani aggiunti.

La presente relazione è stata presentata ad ANIDIS 2025 (Assisi, 7-11 settembre) e gli autori sono: Gennaro Vesce, Giovanni Fabbrocino e Antonio Sandoli.

Nonostante la crescente diffusione delle sopraelevazioni, il quadro normativo italiano – in particolare le Norme Tecniche per le Costruzioni – non fornisce indicazioni progettuali specifiche per questi interventi. L’approccio vigente impone, in presenza di sopraelevazioni, l’adeguamento sismico dell’intera struttura, ma senza entrare nel merito delle interazioni dinamiche tra struttura esistente e nuova sopraelevazione.

È proprio in questo vuoto che si inserisce la ricerca presentata, sviluppata presso l’Università degli Studi del Molise. Lo studio si configura come prosecuzione di precedenti indagini sul tema e si concentra in particolare sull’influenza del rapporto di massa tra soprastruttura e sottostruttura, nonché sul ruolo dei modi superiori nella risposta sismica.

L’obiettivo è ambizioso ma necessario: contribuire alla definizione di criteri progettuali più consapevoli e fondati su evidenze numeriche, superando l’attuale approccio generalista.

XX Convegno ANIDIS: focus su sicurezza sismica e vulnerabilità del costruito
Ad Assisi si è svolto il XX Convegno ANIDIS, principale appuntamento per la comunità dell’ingegneria sismica. Al centro del dibattito: vulnerabilità del costruito, tecniche di rinforzo, monitoraggio strutturale, nuovi materiali, strategie multi-hazard e politiche di riduzione del rischio. INGENIO segue l’evento con video e interviste ai protagonisti.
LEGGI L'APPROFONDIMENTO

Modellazione e comportamento dinamico: il ruolo dei collegamenti

Il caso studio analizzato riguarda un edificio in muratura a due livelli, caratterizzato da una configurazione regolare e modellato assumendo solai infinitamente rigidi. La sopraelevazione è realizzata in CLT, con interfaccia in calcestruzzo armato, soluzione tipica per garantire la continuità strutturale.

La modellazione numerica, condotta tramite SAP2000, ha previsto una rappresentazione avanzata dei materiali: isotropo per la muratura e ortotropo equivalente per il CLT, con parametri calibrati in funzione della reale partecipazione degli strati. Particolare attenzione è stata riservata ai collegamenti meccanici – angolari e hold-down – modellati sulla base di dati sperimentali.

I risultati evidenziano un aspetto cruciale: la presenza dei collegamenti introduce deformabilità aggiuntiva che modifica significativamente il comportamento dinamico. In assenza di tali elementi, le forme modali mostrano un andamento regolare; al contrario, includendo la reale deformabilità, le deformate perdono regolarità e i periodi di vibrazione aumentano.

Ancora più significativo è il calo della massa partecipante al primo modo, che passa da valori prossimi all’86% a circa il 69% con l’introduzione dei collegamenti. Questo dato segnala una redistribuzione dell’energia sui modi superiori, con implicazioni dirette sulla valutazione della domanda sismica.

Rapporti di massa e contributo dei modi superiori

Uno dei risultati più rilevanti riguarda l’analisi parametrica sul rapporto di massa α tra sopraelevazione e struttura esistente, variato tra il 10% e il 40%. All’aumentare di questo parametro, si osserva una progressiva perdita di regolarità della risposta modale e una riduzione delle masse partecipanti al primo modo.

Dal punto di vista della domanda sismica, il primo modo resta dominante per valori bassi di α, ma il secondo modo assume un ruolo crescente già a partire dal 20-30%. Il terzo modo, invece, mantiene un contributo trascurabile.

Il confronto tra analisi statica lineare secondo normativa e analisi modale (sia considerando il solo primo modo sia la combinazione SRSS) mostra una buona coerenza per bassi rapporti di massa. Tuttavia, per valori più elevati emergono differenze significative, soprattutto in corrispondenza dell’interfaccia tra sopraelevazione e struttura esistente.

Questi risultati portano a una considerazione importante: i modi superiori non possono essere trascurati a priori, ma il loro impatto va valutato caso per caso. La posizione dei periodi propri rispetto allo spettro di risposta gioca infatti un ruolo determinante, con il primo modo generalmente associato a livelli di accelerazione più elevati rispetto ai modi successivi.

Verso nuovi criteri di progetto

Il lavoro presentato apre prospettive interessanti per la definizione di linee guida progettuali più mirate. Un messaggio chiave emerge con chiarezza: le sopraelevazioni, se correttamente progettate, non rappresentano necessariamente un aggravio per la sicurezza sismica e possono, in alcuni casi, risultare compatibili con la capacità della struttura esistente.

Resta tuttavia fondamentale un approccio ingegneristico consapevole, capace di cogliere le interazioni tra massa, rigidezza e dissipazione. In questa direzione si collocano gli sviluppi futuri della ricerca, orientati allo studio dei rapporti di rigidezza tra soprastruttura e sottostruttura.

In un contesto in cui la rigenerazione urbana e la sostenibilità sono sempre più centrali, il tema delle sopraelevazioni si conferma strategico. Il contributo scientifico discusso ad Assisi rappresenta un passo importante verso una maggiore maturità progettuale, capace di coniugare innovazione, sicurezza e rispetto dell’ambiente.

DI SEGUITO LA RELAZIONE INTEGRALE DI GENNARO VESCE.

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

IN SINTESI
-Le sopraelevazioni in legno, in particolare in CLT, rappresentano una soluzione sostenibile per valorizzare il patrimonio edilizio esistente riducendo consumo di suolo ed emissioni di CO₂.
-L’assenza di regole progettuali specifiche nelle Norme Tecniche per le Costruzioni rende necessario approfondire il comportamento strutturale di queste configurazioni, soprattutto in zona sismica.
-L’analisi evidenzia che il rapporto di massa tra sopraelevazione e struttura esistente influenza significativamente la risposta dinamica, con perdita di regolarità e maggiore coinvolgimento dei modi superiori all’aumentare delle masse.
-I risultati mostrano che il primo modo resta predominante per bassi rapporti di massa, ma i modi superiori possono diventare rilevanti, rendendo indispensabile una valutazione caso per caso della domanda sismica e degli eventuali interventi di adeguamento.