Torna alla Home page Contattaci Edilizia Antisismica - Progettazione strutturale e costruzione di edifici antisismici in muratura, cemento armato, acciaio, legno
   







I Materiali


Caratteristiche di un edificio antisismico

Un edificio anti-sisma deve essere progettato per resistere strutturalmente a eventi sismici evitando crolli e dissesti. La struttura deve mantenere nel tempo di vita la prestazioni in termini di resistenza, stabilità e funzionalità.

Materiali per edifici antisismici

Cemento armato
Una costruzione antisismica può essere costruita in calcestruzzo armato normale o precompresso. Il secondo è più resistente, perché è sottoposto a preventivi sforzi di compressione e tensione. Il cemento armato si chiama così perché ha un’armatura con barre di acciaio che sono interconnesse tra loro. Queste barre possono essere di acciaio di varie tipologie: al carbonio, inossidabile o con rivestimento speciale. Importante che abbiano un diametro minimo di 5 millimetri . La legge stabilisce una classe di resistenza del cemento che varia da zona a zona (secondo il rischio sismico). Stabilisce quindi la quantità di acciaio che deve esserci in proporzione al cemento, la cosiddetta armatura di pilastri e travi. Il materiale di riempimento (conglomerato) dei vani delle armature deve avvolgerle completamente. Il progetto di strutture in calcestruzzo armato in zona sismica assume una particolare importanza per l’ampia diffusione sul territorio di questa tipologia di costruzioni. Il diagramma momento-curvatura fortemente non lineare del materiale composto, rende molto complicato modellare il comportamento dinamico delle strutture in CA in condizioni sismiche prossime al collasso (formazione di meccanismi). Questo è dovuto alle proprietà caratteristiche del calcestruzzo (ritiro, viscosità, fessurazione, ecc) e dell’acciaio (incrudimento, snervamento, ecc) e al fatto che nelle strutture iperstatiche si ha una non simultanea formazione delle cerniere plastiche all’incrementare delle azioni esterne. Per resistere a sismi di elevata intensità le costruzioni in CA devono essere tali da consentire ai propri elementi strutturali di compiere, allo stato limite ultimo, elevate rotazioni plastiche (che dipendono dalla duttilità) secondo precisi meccanismi di collasso (Capacity Design). Questa difficoltà ha reso necessario lo sviluppo di un’ampia attività di ricerca teorica, sperimentale e numerica al fine di disporre di modelli di calcolo in grado di simulare, mediante analisi dinamiche non lineari, il comportamento sismico fino alle condizioni ultime.

Legno
Il legno è ottimo nella costruzione di case antisismiche grazie alle sue caratteristiche di grande flessibilità e resistenza se opportunamente assemblato con giunti meccanici o appositi materiali adesivi. Grazie alla particolare tecnica costruttiva e alle caratteristiche dei materiali impiegati per la costruzione, le case intelaiate in legno rispondono ai più severi requisiti di edilizia antisismica. La tecnica prevede infatti che l'intelaiatura portante, assemblata e costruita con un sistema ad incastri, crei un insieme flessibile e compatto in grado di resistere anche alle scosse sismiche più elevate, "galleggiando" sulle fondamenta. Il legno, con una resistenza nel tempo che diventa sempre maggiore rispetto ad una struttura in cemento armato (destinata quest'ultima invece a decadere e ad indebolirsi), e con un peso complessivo fino a dieci volte inferiore, sempre rispetto ad una struttura in calcestruzzo, grazie alle sue straordinarie proprietà di elasticità, flessibilità e resistenza meccanica anche nella torsione, non può sbriciolarsi né spezzarsi. La leggerezza unita al comportamento viscoelastico di questo materiale, lo rendono praticamente immune alle scosse sismiche e sicuro per chi ci abita. Inoltre , passato il sisma, gli eventuali danni, che saranno sempre di gran lunga inferiori a quelli subiti da una casa antisismica tradizionale, si potranno sempre riparare, i pavimenti e le pareti si potranno sostituire. Persino l'intelaiatura portante, se danneggiata, potrà essere smontata e rimontata. Una recente ricerca ha dimostrato in modo definitivo l'assoluta affidabilità e sicurezza, oltre al valore aggiunto in termini di comfort abitativo, risparmio energetico e rispetto per l'ambiente, del legno come materiale per l'edilizia e la bioedilizia antisismica: un materiale che ottimamente si presta e si adatta alla progettazione ed a qualsiasi tipologia architettonica, per la costruzione e la ricostruzione sicura ed ecologica in tempi rapidissimi di case private e edifici pubblici. I vantaggi economici della costruzione intelaiata in legno si misurano nel breve, nel medio e nel lungo termine. Da subito, a parità di costi con una costruzione tradizionale in muratura, il risparmio è nella velocità di realizzazione e nella certezza dei tempi di consegna: prendere possesso della casa dopo due mesi dall'inizio dei lavori significa meno interessi bancari e meno incognite sull'andamento del cantiere (dove ogni imprevisto si traduce automaticamente in aumento dei costi).Nel medio e nel lungo periodo, il perfetto isolamento della struttura abbatte i consumi energetici (fino al 60% in meno dei costi per il riscaldamento); inoltre, gli infiniti vantaggi in termini di e per la salute personale rendono la casa intelaiata in legno il migliore investimento per il futuro. Con i moduli prefabbricati intelaiati in legno si può rapidamente ampliare e sopraelevare dal 20% al 35% in più il volume delle abitazioni, nel pieno rispetto del recente piano straordinario per la casa varato in Italia. Il legno è una fonte di energia rinnovabile per eccellenza. Un materiale insieme naturale e hi-tech, completamente riciclabile ed a bassissimo consumo di energia grigia. La costruzione intelaiata in legno rientra inoltre nei parametri e nelle tecniche costruttive di bioedilizia previsti dalla legge: rientrare in questi parametri, consente di elevare il limite di ampliamento fino al 35% in più del volume delle abitazioni .I vantaggi economici della costruzione intelaiata in legno si misurano immediatamente, ma anche nel lungo termine:risparmio nei costi competitivi , velocità di realizzazione e certezza dei tempi di consegna: la posa in opera è questione di pochissimi giorni, in alcuni casi di poche ore; il perfetto isolamento della struttura e la qualità dei materiali impiegati abbattono decisamente i consumi energetici e dunque i costi di climatizzazione e riscaldamento le case intelaiate in legno rispondono ai più severi requisiti di edilizia antisismica libertà di progettare: l'ampliamento e le sopraelevazioni con moduli prefabbricati intelaiati in legno, progettati e realizzati su misura, si adattano a qualsiasi tipologia architettonica; proprio grazie alla sua versatilità e alle sue potenzialità estetiche il sistema sta riscuotendo crescente interesse presso una nuova generazione di architetti, attenti anche ad una qualità, una precisione ed una cura nei particolari . Bioedilizia in legno significa migliorare la qualità della nostra vita e quella delle generazioni future.

Acciaio
Forza e leggerezza sono le sensazioni immediate che si provano nella visione delle strutture in acciaio impiegate in progetti di elevato valore architettonico ed ingegneristico; la ricerca di nuove forme e le esigenze di duttilità e “libertà” degli spazi esaltano l’impiego dell’acciaio nelle costruzioni moderne che permette di limitare gli ingombri delle strutture ed ampliarne le luci libere . L’esigenza sempre più attuale di controllare la sostenibilità e l’impatto ambientale sia dei processi industriali che delle costruzioni realizzate e la sempre maggiore sensibilità sul tema da parte dei progettisti e degli operatori del settore, rendono l’acciaio al vertice della classifica dei materiali da utilizzare grazie alla sua notevole riciclabilità, inoltre la facilità e la velocità di montaggio in cantiere delle strutture prefabbricate limitano i costi di gestione ed apprestamento; la flessibilità delle strutture in acciaio e dei componenti prefabbricati permette infine la possibilità futura di adeguamento e riqualificazione degli spazi, di ampliamento, di sopraelevazione, per mezzo dello smontaggio e del successivo rimontaggio e per mezzo della massima libertà nella formazione di attacchi, sostegni ed irrigidimenti in opera. Analogamente alle strutture in CA, anche le strutture in acciaio in zona sismica stanno subendo un forte rinnovamento nella pratica progettuale. La recente Ordinanza N. 3274, che di fatto recepisce gran parte delle indicazioni dell’Eurocodice 8, pone infatti severe restrizioni in questo senso. Quello che in sostanza, attraverso queste normative di nuova generazione, si vuole ottenere è di raggiungere, senza costi aggiuntivi apprezzabili, livelli di protezione all’azione sismica molto elevati. Ciò lo si ottiene adottando in fase di progetto delle procedure che danno la possibilità di un controllo della risposta strutturale anche sotto azioni sismiche di elevata intensità. I criteri e le regole fondamentali, che stanno alla base delle procedure progettuali per raggiungere questi obiettivi, sono la “gerarchia delle resistenze” e le “regole di duttilità”. Il primo criterio consente di progettare ad hoc il meccanismo di collasso della struttura, mentre il secondo permette alla struttura di resistere oltre i limiti elastici. Infatti, per una struttura in acciaio, la duttilità e le capacità dissipative sotto azioni sismiche di tipo distruttivo dipendono non solo dalla tipologia strutturale, ma anche dai criteri di dimensionamento adottati e dal dettaglio costruttivo delle zone dissipative. I materiali per la saldatura, chiodi e bulloni devono essere conformi alle norme europee UNI EN ISO e recare la marcatura CE (attenzione a non confonderla con il marchio China Export).

Muratura
A differenza delle strutture intelaiate in calcestruzzo e in acciaio, nelle quali il materiale è “concentrato” in travi e pilastri, l’analisi delle strutture in muratura soggette a sisma presenta notevoli difficoltà di modellazione. Per questo motivo sono state condotte a livello di ricerca numerose indagini sperimentali e numeriche, quest’ultime fondamentalmente mediante analisi dinamiche non lineari con modellazioni ad elementi finiti. Tuttavia, per semplificare i modelli in vista di applicazioni pratiche, sono state proposte diverse formulazioni per l’analisi statica non lineare (Pushover Analysis), attualmente la più adatta per lo studio approssimato di questa tipologia di strutture. Ciò è dovuto al fatto che la capacità di modellare in modo soddisfacente la risposta ad azioni statiche monotone è un presupposto fondamentale per aspirare allo studio della risposta clinica o dinamica .Negli ultimi venti anni sono stati proposti numerosi modelli per il calcolo della risposta sismica di pareti murarie e di edifici, a diversi livelli di dettaglio e con diversi presupposti teorici. L’analisi statica non lineare equivalente al sisma è ormai riconosciuta da diversi anni come un efficace strumento di previsione approssimata della risposta sismica delle strutture, qualora siano verificate alcune ipotesi. La disponibilità di modelli sufficientemente affidabili per l’analisi statica non lineare costituisce un tema di grande interesse applicativo, poiché alcune normative non si limitano a considerare solamente il problema della sicurezza a collasso, ma prendono in considerazione anche gli stati limite di danno (livelli prestazionali). L’obiettivo fondamentale è quello di migliorare sempre più la previsione della risposta ultima (meccanismi di rottura), consentendo, come detto, l’utilizzo in un campo sufficientemente ampio di applicazioni pratiche .

Muratura armata
La muratura armata è nata principalmente come sistema costruttivo per le strutture di edifici posti in zona sismica ed è così definita dalla normativa sismica vigente (D.M. 16.01.1996, par. C.5.3): “… per muratura armata s’intende quella costituita da elementi resistenti artificiali semipieni tali da consentire la realizzazione di pareti murarie incorporanti apposite armature metalliche verticali ed orizzontali. I blocchi devono essere collegati mediante malta di classe M2-M1 che deve assicurare il riempimento sia dei giunti orizzontali, sia dei giunti verticali.” La valenza della muratura armata è peraltro, come già delineato, più ampia di quella esclusivamente votata al conferimento di resistenza alle azioni orizzontali ed essa può essere efficacemente utilizzata come metodo costruttivo in grado di consentire alla struttura muraria un soddisfacente comportamento in esercizio nei confronti delle azioni di natura sostanzialmente coattiva. Tali azioni cimentano le strutture nel corso della loro vita utile, con sollecitazioni d’intensità paragonabile a quelle indotte dai carichi esterni ed a cui conseguono effetti spesso indesiderati. È infatti abbastanza frequente riscontare nelle murature, siano esse portanti o di tamponamento, tutta una serie di difetti, quali cavillature e lesioni, che possono essere fatte risalire a fenomeni coattivi o a movimenti imposti e sulla cui genesi si trova ampia traccia nella letteratura tecnica. L’impiego della muratura armata come sistema costruttivo anche per gli edifici posti in zone non classificate sismiche o classificate a basso rischio sismico può ridurre tali problematiche. A tal proposito si elencano di seguito alcuni dei vantaggi che la muratura armata può offrire. In particolare risulta possibile: - limitare i fenomeni fessurativi caratteristici dei materiali non resistenti a trazione e conseguenti agli effetti delle variazioni termiche, del ritiro, di concentrazione di sollecitazioni in prossimità di aperture e cavedi o in corrispondenza di carichi concentrati o di sezioni indebolite, nonché dei cedimenti imposti; – incrementare la resistenza ai carichi agenti ortogonalmente al piano della muratura, quali ad esempio l’azione del vento e la spinta del terreno, favorendo i meccanismi resistenti a piastra; – incrementare la resistenza ai carichi agenti nel piano della muratura, come nel caso degli architravi; – migliorare il collegamento nelle zone d’intersezione dei muri o tra le pareti componenti murature a cassa vuota, a doppio strato o di rivestimento. La valenza di questo sistema costruttivo trova inoltre ampia enfasi nell’ambito della normativa europea e nella norma UNI di recepimento che definisce, oltre ai criteri di calcolo delle strutture portanti realizzate con l’impiego di murature, anche regole specifiche concernenti resistenza, sicurezza e durabilità. Particolarmente interessanti risultano i paragrafi 5 “Particolari costruttivi strutturali” e 6 “Esecuzione” dell’Eurocodice 6, UNI ENV199-1-1 “Progettazione delle strutture in muratura”, nei quali vengono specificatamente identificate sia la muratura armata sia la muratura confinata come sistemi costruttivi in un codice non espressamente indirizzato alle murature per le zone sismiche. I materiali impiegati nella muratura armata sono essenzialmente: – blocchi alleggeriti in pasta semipieni di dimensioni 30x25x19 cm, percentuale di foratura max 45%, resistenza caratteristica dei blocchi maggiore di 10 N/mm2, peso specifico apparente 800 daN/m3; – malta cementizia tipo M2 con resistenza superiore a 8 N/mm2, spessore dei giunti di malta verticali ed orizzontali pari a 10-15 mm, allettamento a giunto completo; – armatura orizzontale realizzata con traliccio a fili zincati a caldo (Zn>60 gr/m2), di diametro ø = 4-5 mm, di area complessiva pari a 50 mm2 e larghezza trasversale di 200 mm, avente una tensione di snervamento di 500 N/mm2 e tensione di rottura pari a 550 N/mm2; – armatura verticale costituita da barre in acciaio FeB44K controllato, di diametro ø = 12-16 mm. L’impiego del blocco in laterizio alleggerito semipieno, l’utilizzo del giunto di malta completo e l’inserimento mirato di armatura costituiscono pertanto le caratteristiche salienti che contraddistinguono i prototipi realizzati e che assicurano, unitamente a requisiti di resistenza e duttilità, anche una garanzia di durabilità nel tempo.
 
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