Mi può fornire indicazioni sul principio di calcolo di sistemi costruttivi a pannelli di legno massiccio?

20.03.2007 | Nr.: 74

Risposta

Innanzitutto è necessario chiarire che la definizione edificio a struttura portante con pannelli di legno è di per sé abbastanza generica, potendosi comprendere in tale categoria, per esempio, sia i sistemi con pannelli di compensato di tavole, sia i sistemi con pannelli intelaiati. Le differenze tra i diversi sistemi costruttivi sono già state analizzate in una precedente risposta, in cui si sono ripresi, in maniera sintetica, i contenuti scaricabili liberamente ai seguenti indirizzi:

• lezE-costruzioni.pdf
• lezE-costruzioni-1.pdf

In tali documenti viene trattata in maniera più approfondita la tecnologia dei diversi sistemi costruttivi (collegamenti tra i pannelli, irrigidimenti, particolari costruttivi ...). La comprensione della tecnologia di tali sistemi è naturalmente necessaria per la corretta interpretazione del comportamento strutturale. La scelta di un sistema costruttivo piuttosto che di un altro può derivare da molteplici considerazioni, non sempre di natura statica: per esempio, nel caso delle pareti esterne, può essere di una certa importanza poter contenere la dimensione dell'isolamento del pacchetto costruttivo, e quindi il sistema a pannelli intelaiati potrebbe, in questo caso, fornire qualche vantaggio in più. È quindi molto più probabile, che il sistema costruttivo sia un dato di progetto per lo strutturista.  

Entrare nel merito di tutte le singole questioni poste dalla Sua domanda significherebbe fornire una disamina molto lunga e approfondita del problema del calcolo dei sistemi intelaiati in legno. Ciò non è compatibile con la natura di questo servizio, mentre potrebbe invece essere oggetto di approfondimento per un prontuario o di un manuale di calcolo; non esistono ancora, a nostra conoscenza, testi in lingua italiana che trattano in maniera sistematica il calcolo di questi sistemi costruttivi, mentre alcune indicazioni si possono trovare, per esempio, nella letteratura tecnica in lingua tedesca, come per esempio »Steck G., Nebgen N., Holzbau kompakt. Nach DIN 1052 neu, Bauwerk, 2006«. 

Viceversa è possibile dare indicazioni di carattere generale su come affrontare il progetto strutturale di tali sistemi. In generale in tali sistemi costruttivi a pannelli gli elementi verticali (le pareti) devono essere progettati principalmente per resistere ad azioni nel piano (verticali ed orizzontali, comportamento a lastra), mentre gli elementi orizzontali devono essere progettati per resistere ad azioni nel piano e fuori dal piano (comportamento a piastra per i carichi verticali, a lastra per trasmettere le azioni orizzontali).  

Al riguardo della rigidezza dei solai il punto 9.4 dell`O.P.C.M 3431 fornisce le seguenti indicazioni:   »Gli impalcati devono essere in generale assunti con la loro deformabilità, mentre possono essere assunti come rigidi nel modello strutturale, senza necessità di ulteriori verifiche se:             

a) sono state rispettate le disposizioni costruttive date nel successivo paragrafo 9.5.3 per gli impalcati o, in alternativa se pertinente, 8.1.5.2;
b) eventuali aperture presenti non influenzano significativamente la rigidezza globale di lastra nel proprio piano.«  

Il punto 8.1.5.2 fa riferimento ai solai a struttura mista con soletta in cemento armato di almeno 50 mm di spessore collegata da connettori a taglio opportunamente dimensionati ad elementi strutturali di solaio in legno. Il punto 9.5.3 indica le prescrizioni aggiuntive in zona sismica per il calcolo degli impalcati costituiti da fogli di materiale a base di legno fissati ad un telaio di legno mediante mezzi di unione meccanici. Per quanto riguarda il dimensionamento di tale tipo di diaframmi per tetti, solai e pareti si rimanda alle seguenti documenti:

• CNR-DT-206: punto B 6.4 »Diaframmi«
• EN 1995-1-1 punto 9.2.3 »Roof and floor diaphragms«- punto 9.2.4 »Wall diaphragms«.  

Dal punto di vista del funzionamento strutturale per azioni orizzontali, il calcolo può essere affrontato in maniera analoga a quanto si fa con gli edifici in muratura (si veda figura a lato):  

• nel caso di ipotesi di solaio con diaframma rigido la distribuzione delle forze è in funzione delle rigidezze dei pannelli nel piano degli stessi e della loro distribuzione in pianta (si deve quindi tenere in considerazione anche la presenza di eccentricità delle forze orizzontali rispetto al centro di rigidezza di piano);
• nel caso di ipotesi di solaio deformabile il modello deve tener conto della reale rigidezza del solaio, della presenza di aperture nel solaio e della disposizione in pianta degli elementi di controvento verticali. In modo approssimato si può calcolare la forza che si trasmette ad ogni parete di taglio determinando un'»area di influenza« del solaio su quella parete, secondo uno schema per cui la porzione di solaio delimitata da due pareti viene considerata una »trave in semplice appoggio«, mentre gli appoggi sono rappresentati dalle pareti stesse (si veda quanto illustrato a questo proposito al paragrafo 2.3.2 del testo »Ceccotti A., Follesa, M., Lauriola, M. P. Le strutture di legno in zona sismica, Criteri e regole per la progettazione ed il restauro, Edizioni CLUT, Torino 2005«).

La scelta di uno schema strutturale che più si avvicina alla realtà deve essere valutata dal progettista dell'opera, in considerazione delle caratteristiche tecnologiche degli elementi costruttivi utilizzati.   Per entrambe le ipotesi si è considerata trascurabile la rigidezza dei pannelli di parete ortogonali alla direzione della forza, come normalmente si fa anche per altre tipologie costruttive.  

Dal punto di vista del funzionamento strutturale per azioni verticali, come da Lei osservato è opportuno valutare anche la presenza di eventuali eccentricità nella valutazione dei carichi. Tali eccentricità possono essere determinate dalle forze di reazione all'appoggio dei solai sulla parete (azione che non può essere considera centrata sulla mezzeria della parete); dalla presenza di eventuali riseghe nel caso di spessori differenti tra i pannelli delle pareti; dalle azioni in pressione o in depressione sulla parete ortogonale alla direzione del vento, che determinano flessioni fuori dal piano del pannello. Inoltre, in maniera analoga a quanto si fa con gli elementi in legno lamellare o in legno massiccio, occorre valutare anche la non perfetta rettilineità degli elementi verticali, attraverso una eccentricità accidentale in funzione dell'altezza del pannello. Tuttavia l'analogia con la muratura non può essere estesa oltre: i metodi descritti dalla normative per gli edifici in muratura (come nel D.M 20 Novembre 87, oppure nelle Norme Tecniche per le Costruzioni, D.M. 14/9/05) sono stati tarati per un materiale non resistente a trazione, tenendo quindi in considerazione il fenomeno della snellezza efficace del pannello murario; nel caso dei pannelli di legno la verifica a pressoflessione e instabilità potrà invece essere condotta in maniera analoga a quanto si fa per gli elementi di legno lamellare o di legno massiccio.