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La mia domanda
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Qual è il ruolo nel comportamento sismico delle coperture in legno?
anonimo: Uno dei punti ancora oscuri delle norme per il calcolo strutturale in zona sismica risulta essere la fattibilità delle coperture in legno in zona sismica, nell'ambito di strutture ordinarie di tipo residenziale o assimilabili, all'interno di strutture diverse dal tutto legno. Vista l'importante funzione degli orizzontamenti, compreso quello di copertura, di dover assolvere il compito di riportare le forze sismiche (e non dimentichiamoci del vento) agli elementi di controvento della struttura stessa, ancorche sembra non sia necessaria la caratteristica di infinita rigidezza nel piano degli impalcati (perlomeno in copertura) (nell'EC8 sembra invece che il requisito di infinita rigidezza risulti obbligatoriamente richiesto) mi sembra importante affrontare tale argomento. Nonostante l'importanza del compito richiesto anche alla copertura dopo innumerevoli ricerche non ho mai trovato documentazione che tratti di queste problematiche in tipologie strutturali diverse da quelle costituite da elementi sismiresistenti verticali in solo legno come descritto negli EUROCODICI. Il quesito mi sembra di sempre maggiore importanza vista la diffusione delle coperture in legno nell'ambito delle nuove costruzioni, almeno nella mia zona. Chiedevo se fosse possibile avere delucidazioni in merito a quanto detto e alle modalità di calcolo e verifica del comportamento di piano delle coperture.
roberto crema, TV (Ingegnere): Come posso dimensionare un solaio in legno in versione antisismica e quindi rigido? Spessore tavolato, passo chiodi, ecc. ? Esistono delle norme di riferimento ?
anonimo: Devo calcolare una struttura in muratura con copertura in legno a falde (sfalsate di una trentina di cm). Tale copertura non è spingente; essa sarà realizzata con un doppio tavolato in legno. E' possibile considerarla come rigida nella modellazione?
Risposta
L’OPCM 3431 (ordinanza sismica) tratta il ruolo dei diaframmi orizzontali al punto 4.11.5:
“I solai potranno essere considerati infinitamente rigidi nel loro piano, a condizione che le aperture presenti non ne riducano significativamente la rigidezza, se realizzati in cemento armato, oppure in latero-cemento con soletta in c.a. di almeno 40 mm di spessore, o in struttura mista con soletta in cemento armato di almeno 50 mm di spessore collegata da connettori a taglio opportunamente dimensionati agli elementi strutturali di solaio in acciaio o in legno. Nel caso di altre soluzioni costruttive l'ipotesi di infinita rigidezza dovrà essere valutata e giustificata dal progettista.”
L’ipotesi di infinita rigidezza della copertura nel caso di soluzioni costruttive quali controventatura mediante doppio tavolato, nastri d’acciaio, tavole di legno diagonali, pannelli a base di legno, ecc. deve quindi essere giustificata dal progettista. A tal proposito si ricordi che l’ipotesi di infinita rigidezza o meno degli impalcati dipende dal confronto della loro rigidezza con quella delle strutture in elevazione: in generale quindi la rigidezza nel piano dell’orizzontamento potrà essere considerata infinita o meno, a seconda della rigidezza delle strutture in elevazione cui l’orizzontamento stesso è collegato.
In linea di principio per giustificare tale ipotesi si deve procedere con una modellazione che tenga conto della deformabilità di piano per poi operare un confronto con gli spostamenti orizzontali ottenuti nel caso di solaio rigido. Dall’ EC8 (punto 4.3.1): “La membratura è considerata rigida, se, quando è modellata con la sua flessibilità reale nel piano, i suoi spostamenti orizzontali non superano in nessun punto quelli che risultano dall’ipotesi di membratura rigida per più del 10% degli spostamenti orizzontali assoluti corrispondenti nella situazione sismica di progetto.” Si ha quindi una definizione puramente teorica e poco operativa.
Di fatto quindi le norme permettono al progettista di utilizzare la definizione di solaio infinitamente rigido solo nei casi già citati o nel caso di impalcati lignei che rispettino le disposizioni costruttive date al punto 9.5.3 (solamente nel caso di strutture con elementi verticali sismoresistenti in legno però).
Qualora l’ipotesi di infinita rigidezza non sia verificata, si deve procedere ad una diversa distribuzione delle forze orizzontali sulle pareti verticali: se nel caso di ipotesi di diaframma rigido il carico orizzontale è distribuito alle pareti di taglio in funzione della loro rigidezza relativa, nel caso di ipotesi di diaframma flessibile e pareti rigide si può procedere in genere pensando che l’impalcato sia formato da travi orizzontali aventi come appoggi le pareti verticali, e quindi ciascun setto verticale finirà per prendersi una quota dell’azione sismica in funzione della sua area di influenza.
Nel caso di solaio deformabile parte dell’azione orizzontale finisce per trasferirsi anche alle pareti ortogonali alla direzione dell’azione sismica e quindi queste vanno verificate fuori piano secondo quanto previsto al punto 8.1.5.2: “Le verifiche fuori piano potranno essere effettuate separatamente, e potranno essere adottate le forze equivalenti indicate al punto 4.9 per gli elementi non strutturali, assumendo qa = 3. Più precisamente l'azione sismica ortogonale alla parete potrà essere rappresentata da una forza orizzontale distribuita, pari a SaγI/qa volte il peso della parete e da forze orizzontali concentrate pari a SaγI/qa volte il peso trasmesso dagli orizzontamenti che si appoggiano su di essa, se queste non sono efficacemente trasmesse a muri trasversali disposti parallelamente alla direzione del sisma.” Si tratta di una verifica che può risultare molto penalizzante, soprattutto nel caso di muratura ordinaria (non armata) in copertura, dove l’azione assiale nella muratura è bassa e il momento resistente fuori piano è di conseguenza modesto.
Ing. Mauro AndreolliIng. Roberto Tomasi
