Coperture in cross lam per il miglioramento sismico delle chiese

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Autore: ing. Pietro Zaccagnino

Relatori: ing. Pietro Crespi e ing. Nicola Longarini

Azienda: Consorzio CISE (Construction Innovation and Sustainable Engineering)

Master: “Progettazione sismica delle strutture per costruzioni sostenibili”  a.a. 2016-2017

 

I recenti eventi sismici accaduti in Italia (agosto-ottobre 2016) hanno evidenziato le criticità strutturali degli edifici storici, in particolare quelli delle chiese ove la configurazione strutturale prevede strutture verticali in muratura e coperture in legno. Nell’ottica di migliorare la risposta sismica di tali edifici, operando solo interventi in linea con i criteri del restauro conservativo, è stato recentemente proposto l’utilizzo di pannelli in cross lam per la realizzazione ex novo e per la ristrutturazione delle coperture. Attraverso tali pannelli e le loro connessioni in acciaio (tipologie: pannello-pannello, muratura-pannello) è possibile infatti creare un diaframma di piano dissipativo in modo che la costruzione, sotto sisma, risponda quanto più possibile in maniera scatolare (secondo la cosiddetta “box behavior strategy”).  I benefici di tale soluzione (in particolare, il ribaltamento delle pareti) sono stati evidenziati in recenti analisi che avuto come oggetto lo studio della risposta laterale dell’aula di chiese con una e tre navate ed un numero di campate variabile tra quattro e nove. Per tali analisi, le chiese sono state modellate attraverso una opportuna schematizzazione in elementi monodimensionali ove: gli elementi verticali rappresentanti i telai trasversali hanno cerniere rotazionali alla base, mentre gli elementi orizzontali, caratterizzanti il tetto, hanno cerniere elasto-plastiche funzionanti a taglio.

Inoltre, nel caso in cui le connessioni abbiano notevole duttilità (oltreché, evidentemente, la dovuta resistenza) è possibile limitare le azioni di taglio (dovute al sisma) che agiscono nel piano degli elementi trasversali realizzati in muratura (come ad esempio i telai muro-colonna, la facciata ed il timpano). Di conseguenza, le murature di tali elementi (trasversali) saranno interessate da un modesto ed accettabile stato tensionale agente nel loro piano.

Recenti studi ed analisi sperimentali hanno altresì mostrato come, nella risposta trasversale dell’aula, il “rocking” controllato attraverso il diaframma di piano (pannelli in cross lam e connessioni) contribuisca alla mitigazione delle azioni sollecitanti le murature. Chiaramente per controllare il fenomeno del “rocking”, deve essere fatta una calibrazione delle connessioni in termini di resistenza (a taglio nel piano) e rigidezza. In alcune progettazioni di coperture per chiese ad una e tre navate, tale calibrazione è stata svolta attraverso analisi lineari e non lineari, nelle quali le connessioni sono state modellate o come molle (con comportamento lineare o non lineare del tipo “trilinear” model) o come elementi equivalenti (di tipo lineare ma con moduli di elasticità e di taglio che tengono conto della geometria dei pannelli e della tipologia di connessione).

Attraverso l’approfondimento del comportamento dissipativo delle connessioni, nei modelli ad elementi finiti implementati nelle suddette progettazioni, si è notato come l’azione di taglio nel piano sollecitante i pannelli in cross lam diminuisca di circa il 15%-20% rispetto al caso in cui, in tali modelli, non si tenga conto della connessione (cioè si implementino solo gli elementi in cross lam attraverso opportuna mesh della copertura). Ciò è un risultato notevole poiché consente anche l’ottimizzazione dello spessore dei pannelli in cross lam.

 

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