Edifici a telaio in legno lamellare con collegamenti post-tesi e rocking dissipativo

 

Il presente articolo riporta una descrizione sintetica delle prove sperimentali svolte presso il Laboratorio Prove Materiali e Strutture dell’Università della Basilicata (Potenza, Italia) nell’ambito della collaborazione con l’Università di Canterbury (Christchurch, Nuova Zelanda).

Lo studio ha riguardato gli aspetti progettuali, realizzativi e di verifica di un innovativo sistema costruttivo per la realizzazione di edifici multipiano sismoresistenti con struttura in legno lamellare a telai con collegamenti trave-colonna realizzati utilizzando cavi post-tesi (sistema Pres-Lam), con e senza l’aggiunta di dissipazione. Un’ottimale combinazione della forza di post-tensione nei cavi e della soglia di plasticizzazione dei dissipatori fornisce al sistema strutturale un incremento dello smorzamento conservando la capacità di ricentraggio del sistema a seguito di un terremoto. Con l’obiettivo di valutare sperimentalmente la risposta sismica del sistema Pres-Lam, sono state effettuate varie sessioni di prova considerando diverse configurazioni sperimentali, differenziate in termini di livello di post-tensione, di capacità di dissipazione di energia e di condizioni di vincolo alla base dei pilastri.

Di seguito è riportata una breve descrizione delle fasi sperimentali e dei principali risultati osservati.

 

A partire dalla tecnica PRESSS, concepita per strutture in c.a. prefabbricate [Priestley et al. 1999] e utilizzata anche per le strutture in acciaio, dal 2005 è stata sviluppata presso la University of Canterbury (UoC) una nuova tipologia di connessione per strutture in legno lamellare a telaio in sostituzione dei tradizionali collegamenti a nodi rigidi e/o semi-rigidi. L’innovativo sistema costruttivo, che prende il nome Pres-Lam [Palermo et al. 2005], applica la tecnica della post-tensione per realizzare collegamenti di elementi strutturali in legno lamellare (Laminated Veneer Lumber, Glulam o Cross Laminated Timber) mediante l’utilizzo di cavi/barre o trefoli in acciaio armonico post-tesi (Figura 1a). Tali cavi di post-tensione sono non-aderenti e tali da poter scorrere liberamente quando il sistema è sottoposto a deformazioni per effetto di un evento sismico. Il meccanismo sismoresistente è basato sul moto di “rocking”, o “dondolamento”, locale che si verifica all’interfaccia delle connessioni (trave-colonna, setto/pilastro-fondazione, setto-setto) senza che ciò comporti alcun danneggiamento negli elementi strutturali. La post-tensione fornisce al sistema la capacità di ricentraggio a seguito dell’evento sismico, mentre l'aggiunta di elementi dissipativi comporta un aumento della dissipazione di energia per isteresi durante il moto sismico. La combinazione dei due effetti produce una significativa riduzione degli spostamenti orizzontali, senza incremento delle accelerazioni e forze, e un incremento del momento resistente del nodo, a parità di livello di post-tensione (Figura 1a).

Il parametro fondamentale per determinare le prestazioni sismiche del sistema Pres-Lam è il valore del rapporto β (Figura 1b) tra il momento resistente del nodo fornito dal cavo di post-tensione MPT e quello totale Mt fornito dall’ulteriore contributo dei dispositivi dissipativi Mdis (Mt = MPT + Mdis). L’aggiunta di dissipatori isteretici, opportunamente calibrati al fine di ottenere il desiderato legame forza-spostamento con forma classica a bandiera, consente, inoltre, di incrementare la resistenza e/o la rigidezza strutturale.

 

 

Figura 1. a) Meccanismo di rocking della connessione post-tesa; b) comportamento non lineare del sistema; c)

 

Variazione del legame al variare del rapporto tra quantità di post-tensione e di dissipazione.

La tecnologia Pres-Lam consente di ottenere una serie di vantaggi rispetto ai sistemi costruttivi in legno tradizionali realizzati con pannelli intelaiati (woodframe system o light-frame timber system) o con pannelli in legno (sistemi X-Lam), tra i quali: i) la possibilità di realizzare strutture intelaiate multipiano con altezza fino a 7-8 piani con campate di luce fino a 8-12 m (open-space); ii) dimensioni ridotte delle sezioni degli elementi strutturali e collegamenti trave-colonna meno onerosi; iii) riduzione delle accelerazioni in testa all’edificio e minori scarichi in fondazione; iv) comportamento non lineare di tipo geometrico senza deformazioni plastiche negli elementi strutturali, che rispondono in campo elastico; v) comportamento non lineare di tipo isteretico, con eventuale danneggiamento, concentrato nei soli dispositivi dissipativi (fusibili) facilmente sostituibili.

 

I primi esempi di applicazione della tecnologia Pres-Lam ad edifici di nuova realizzazione sono stati sviluppati a seguito degli ultimi eventi sismici che hanno colpito la Nuova Zelanda, di cui alcuni casi sono riportati in Figura 2 [Holden et al. 2016; ].

 

 

Figura 2. Applicazioni della tecnologia Pres-Lam in Nuova Zelanda: a) College of Creative Arts Massey University (Wellington); b) NMIT Arts & Media Building (Nelson)

 

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