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Il ricorso alle costruzioni in legno sta assumendo negli ultimi anni un’importanza sempre maggiore, ponendosi come valida alternativa ai sistemi costruttivi tradizionali. Gli edifici a struttura lignea garantiscono infatti ottimi livelli di comfort abitativo e offrono, anche grazie alla ridotta massa volumica del materiale, buone prestazioni nei confronti delle azioni sismiche.

Gli edifici in XLAM sono composti da pannelli multistrato in cui la continuità strutturale tra gli elementi è garantita da sistemi di connessione, la cui modellazione riveste un ruolo fondamentale nella determinazione della rigidezza del sistema e nella corretta valutazione del comportamento sismico della struttura nel suo complesso.

Si presenta il modello generato con TimberTech Buildings di un edificio in XLAM, oggetto di test su tavola vibrante presso il laboratorio LNEC di Lisbona (nell’ambito del progetto europeo SERIES).

Edificio testato su tavola vibrante presso il laboratorio LNEC di Lisbona

L’edificio testato, 3 piani di superficie pari a circa 30 m²,  è stato realizzato con pannelli di parete a 3 strati e pannelli di solaio a 5 strati.  La trasmissione degli sforzi di trazione è garantita da hold-down, mentre la trasmissione delle forze di taglio è garantita da angolari a taglio.

Una descrizione completa dell’edificio e dei risultati sperimentali è riportata nel report di prova Campos Costa A., Xavier Candeias P., Schickhofer G., Flatscher G. Seismic performance of multi-storey timber buildings –TUGraz building – Final report, SERIES, Timber Building Project, 2013 .

In figura si mostra un confronto tra i primi 3 modi di vibrare ottenuti dai test sperimentali e dal modello numerico, che coglie con buona approssimazione i valori misurati.

Modi di vibrare dell’edificio in XLAM testato su tavola vibrante nel progetto SERIES: a) valori sperimentali b) valori derivanti dalla modellazione con il software TimberTech Buildings

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Come cambia la verifica a compressione ortogonale alla fibratura con il nuovo Eurocodice 5?

La EN 1995-1-1:2025 introduce un nuovo modello di diffusione delle tensioni e un approccio alla verifica che tiene conto del livello di deformazione ammissibile in funzione delle specifiche condizioni progettuali, oltre che delle caratteristiche meccaniche dei differenti prodotti a base legno.

Queste novità sono tra le procedure che stiamo implementando in TimberTech Buildings, in preparazione del futuro aggiornamento alla seconda generazione degli Eurocodici.

Di seguito approfondiamo le principali modifiche, concentrandoci sul caso della verifica a compressione ortogonale nelle pareti intelaiate in legno e proponendo un esempio di confronto tra i risultati ottenuti applicando il precedente e il nuovo Eurocodice 5.

La nuova formulazione normativa, descritta al §8.1.6, prevede la seguente condizione di verifica:

Diffusione delle tensioni e coefficiente k_c,90

Rispetto alla precedente formulazione, la EN 1995-1-1:2025 introduce un modello di calcolo che considera la diffusione delle tensioni di compressione oltre la superficie direttamente caricata, attraverso la definizione di un’area efficace dipendente dalla geometria dell’elemento e dalle condizioni di supporto.

Per gli elementi in legno massiccio e lamellare, la diffusione avviene con angoli differenti rispetto alla direzione della fibratura: 45° parallelamente alla fibratura e 15° ortogonalmente.

A partire dall’area di applicazione del carico (A) e dall’area efficace di diffusione (A_ef), viene determinato il coefficiente:

L’area efficace dipende dalla geometria dell’elemento, dalle dimensioni della zona caricata e dalle condizioni di supporto, considerando anche le limitazioni alla diffusione dovute alla vicinanza di altri carichi o delle estremità dell’elemento.

Il nuovo coefficiente k_mat

Un’altra importante novità è l’introduzione del coefficiente k_mat, che tiene conto del diverso comportamento dei prodotti a base di legno sottoposti a compressione ortogonale alla fibratura.

Un aspetto particolarmente significativo della nuova formulazione è la distinzione di tre livelli di deformazione ammissibile, che, per gli elementi in legno massiccio e lamellare, determinano differenti valori del coefficiente k_mat in funzione delle conseguenze delle deformazioni sulla stabilità della struttura:

• k_mat=1,4: quando le deformazioni possono compromettere la stabilità o danneggiare altri elementi strutturali.
• k_mat=2,1: quando le deformazioni non influenzano significativamente la stabilità della struttura.
• k_mat=2,7: quando le deformazioni non compromettono la stabilità e un cedimento locale può essere accettato senza conseguenze per la struttura.

Nella futura versione di TimberTech Buildings, il progettista potrà selezionare il livello di deformazione ammissibile direttamente nella definizione della tipologia di parete, consentendo al software di applicare il corrispondente coefficiente nella verifica.

Esempio di calcolo: confronto tra vecchio e nuovo Eurocodice 5

Per evidenziare l’impatto delle modifiche introdotte, proponiamo un esempio di verifica a compressione ortogonale alla fibratura dei traversi di una parete intelaiata in legno, analizzando la medesima configurazione strutturale secondo tre differenti casi:

• Caso 1 – EN 1995-1-1:2014: verifica secondo il precedente Eurocodice 5.
• Caso 2 – EN 1995-1-1:2025, (k_mat=1,4): verifica secondo il nuovo Eurocodice 5, considerando il caso in cui le deformazioni possono compromettere la stabilità di altri componenti.
• Caso 3 – EN 1995-1-1:2025, (k_mat=2,1): verifica secondo il nuovo Eurocodice 5, considerando il caso in cui le deformazioni non influenzano significativamente la stabilità strutturale.

Caratteristiche della parete analizzata:

• Tipologia: parete intelaiata con rivestimento su entrambi i lati
• Materiale del telaio: legno C24
• Spessore del telaio: 160 mm
• Traversi superiore e inferiore: altezza 100 mm
• Montanti: larghezza 100 mm, interasse medio 625 mm
• Pannelli di rivestimento: OSB/3, spessore 12,5 mm su entrambi i lati
• Dimensioni dei pannelli: 1250 × 2500 mm
• Collegamenti pannello-telaio: chiodi 2,8/3,1 × 65 mm, passo 100 mm

Risultati delle verifiche:

Scarica la relazione di calcolo prodotta da TimberTech Buildings per questo esempio:

Un nuovo materiale strutturale per ampliare le possibilità di progetto

Il panorama dei prodotti strutturali in legno continua ad arricchirsi di materiali sviluppati per rispondere a esigenze progettuali sempre più specifiche. Tra queste soluzioni si inserisce il legno lamellare di latifoglia, che affianca il tradizionale legno lamellare di conifera e amplia le possibilità di impiego delle essenze di latifoglia in ambito strutturale.

In questo contesto nasce FLO.LAM OAK, il legno lamellare di rovere sviluppato da Florian Spa, recentemente marcato CE come materiale strutturale a seguito della Valutazione Tecnica Europea ETA-25/0265.

FLO.LAM OAK: estetica e prestazioni del rovere

FLO.LAM OAK nasce con l’obiettivo di trasferire le caratteristiche proprie del rovere – tradizionalmente apprezzato per la sua durabilità, la qualità estetica e le proprietà meccaniche – all’interno di un materiale strutturale ingegnerizzato e certificato.

In molti progetti contemporanei gli elementi strutturali diventano parte integrante del linguaggio architettonico dell’edificio: per rispondere a queste esigenze, FLO.LAM OAK trasferisce le qualità estetiche di una delle essenze più apprezzate per pavimenti, rivestimenti e finiture anche agli elementi strutturali, consentendo di coniugare funzione resistente e qualità architettonica.

Dal punto di vista tecnico, FLO.LAM OAK è certificato per l’impiego nelle classi di servizio 1, 2 e 3 ed è disponibile in diverse dimensioni, con sezioni fino a 600 mm di altezza e lunghezze fino a 13,5 m. Inoltre, grazie alle proprietà meccaniche del rovere, il prodotto offre valori di resistenza e rigidezza superiori a quelli di un tradizionale legno lamellare GL24h, risultando particolarmente interessante nelle applicazioni che richiedono elevate prestazioni strutturali o nelle quali sia necessario  contenere gli ingombri delle sezioni.

L’integrazione di FLO.LAM OAK in TimberTech Buildings

Con il rilascio della versione 111 di TimberTech Buildings, FLO.LAM OAK entra a far parte dell’archivio materiali del software, consentendo ai progettisti di utilizzarlo direttamente nella progettazione strutturale.

Per FLO.LAM OAK,  prodotto Premium di TimberTech Buildings, oltre all’integrazione completa nel motore di calcolo, il software mette a disposizione del progettista la documentazione tecnica ufficiale del produttore, consultabile e scaricabile direttamente dall’interfaccia del programma (scheda tecnica, manuale tecnico, ETA, dichiarazione di prestazione, certificato di costanza della prestazione, certificato di emissione della formaldeide). Una funzionalità pensata per rendere immediatamente disponibili le informazioni tecniche e le certificazioni durante lo sviluppo del progetto. L’obiettivo è offrire ai progettisti un ambiente di lavoro sempre più completo, nel quale strumenti di calcolo, dati di progetto e documentazione tecnica siano integrati all’interno di un’unica piattaforma.

La Web App HECO EFG, dedicata alla progettazione dei sistemi di connessione HECO per solai collaboranti legno-calcestruzzo, si aggiorna introducendo il nuovo sistema di connessione EFG PSK, mantenendo il software allineato all’evoluzione della gamma prodotti HECO.

La Web App, sviluppata da TimberTech, accompagna il progettista durante tutte le fasi del dimensionamento: è possibile definire la geometria del solaio, le caratteristiche dei materiali e i principali parametri progettuali, come la presenza di strati isolanti, i carichi agenti e le condizioni di vincolo dell’intervento.

La fase di progettazione e verifica è completamente interattiva: ogni modifica dei parametri di progetto aggiorna automaticamente le verifiche, permettendo di valutare in tempo reale il comportamento dell’intero sistema. Le verifiche comprendono sia gli stati limite ultimi (SLU) sia gli stati limite di esercizio (SLE), con la possibilità di analizzare il comportamento della struttura sia nelle condizioni istantanee sia a lungo termine. Al termine del calcolo, viene generata automaticamente una relazione tecnica completa e uno schema di montaggio dettagliato, che supporta la corretta posa in opera del sistema direttamente in cantiere.

Prova la la Web App HECO EFG

Per approfondire le funzionalità della Web App e iniziare subito un nuovo progetto, accedi direttamente all’applicazione.

Il presente lavoro illustra l’applicazione dei principi della progettazione in capacità (gerarchia delle resistenze) ad un edificio ligneo con struttura in XLAM in classe di duttilità media (CD “B”), presentando anche una applicazione pratica ad un caso studio: una struttura di due piani progettata mediante il software TimberTech Buildings, di cui si riporta integralmente la relazione di calcolo.

Il comportamento strutturale dissipativo

Le Norme Tecniche per le Costruzioni prevedono che le strutture in legno soggette ad azione sismica siano progettate in accordo ad uno dei seguenti comportamenti strutturali:

• comportamento strutturale non dissipativo;
• comportamento strutturale dissipativo.

Nel caso di adozione di un comportamento strutturale non dissipativo, tutti gli elementi strutturali e i collegamenti rimangono in campo elastico.

La domanda derivante dall‘azione sismica e dalle altre azioni è calcolata, in funzione dello stato limite cui ci si riferisce, indipendentemente dalla tipologia strutturale e senza tener conto delle non linearità del materiale, attraverso un modello elastico.

Nel caso di adozione di un comportamento strutturale dissipativo, un numero elevato di elementi duttili evolvono in campo plastico, mentre la restante parte della struttura (elementi fragili) deve rimanere in campo elastico.

Classi di duttilità e fattore di sovraresistenza

Una costruzione a comportamento strutturale dissipativo deve essere progettata per conseguire una delle Classi di Duttilità:

• CD ”A”, ad elevata capacità dissipativa;
• CD ”B”, a media capacità dissipativa.

In entrambi i casi le Norme Tecniche per le Costruzioni prescrivono di utilizzare i procedimenti della progettazione in capacità.

La progettazione in capacità (o capacity design) ha lo scopo di assicurare alla struttura dissipativa un comportamento duttile ed opera come segue:

• distingue gli elementi e i meccanismi, sia a livello locale che globale, in duttili e fragili;
• mira ad evitare le rotture fragili locali e l’attivazione di meccanismi globali fragili o instabili;
• mira a localizzare le dissipazioni di energia per isteresi in zone duttili a tal fine individuate e progettate.

Per garantire ciò si deve progettare la resistenza sismica degli elementi/meccanismi fragili, locali e globali, in modo che sia maggiore di quella degli elementi/meccanismi duttili.

Per assicurare il rispetto di tale diseguaglianza, a livello sia locale sia globale, la resistenza degli elementi/meccanismi duttili è incrementata mediante un opportuno coefficiente γRd, detto “fattore di sovraresistenza”; a partire da tale capacità maggiorata si dimensiona la capacità degli elementi/meccanismi fragili.

Tale coefficiente è definito (Tab 7.2.I) pari ad 1,3 per la classe di duttilità CD “B” e 1,6 per la classe di duttilità CD “A”.

In ogni caso le Norme Tecniche per le Costruzioni consentono di limitare la domanda di resistenza valutata con i criteri della progettazione in capacità, assumendola non superiore alla domanda di resistenza valutata per il caso di comportamento strutturale non dissipativo.

Zone dissipative e zone non dissipative

Con riferimento al caso considerato, edificio ligneo con struttura in XLAM in classe di duttilità media (CD “B”), le zone dissipative sono costituite da:

• collegamento meccanico verticale tra pannelli di parete (pareti giuntate);
• elementi duttili della connessione a trazione (chiodatura);
• elementi duttili della connessione a taglio (chiodatura).

Le zone non dissipative sono invece rappresentate da:

• fogli di rivestimento;
• elementi fragili della connessione a trazione (ad esempio tasselli nel c.a.);
• elementi fragili della connessione a taglio (ad esempio tasselli nel c.a.);
• elementi lignei.

Figura 1 – Edificio ligneo con struttura in XLAM in classe di duttilità media (CD “B”): zone dissipative

… continua la lettura nel PDF contenente anche la relazione di calcolo.

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Il presente lavoro illustra l’applicazione dei principi della progettazione in capacità (gerarchia delle resistenze) ad un edificio ligneo con struttura a telaio leggero in classe di duttilità media (CD “B”), presentando anche una applicazione pratica ad un caso studio: una struttura di due piani progettata mediante il software TimberTech Buildings, di cui si riporta integralmente la relazione di calcolo.

Il comportamento strutturale dissipativo

Le Norme Tecniche per le Costruzioni prevedono che le strutture in legno soggette ad azione sismica siano progettate in accordo ad uno dei seguenti comportamenti strutturali:

• comportamento strutturale non dissipativo;
• comportamento strutturale dissipativo.

Nel caso di adozione di un comportamento strutturale non dissipativo, tutti gli elementi strutturali e i collegamenti rimangono in campo elastico.

La domanda derivante dall‘azione sismica e dalle altre azioni è calcolata, in funzione dello stato limite cui ci si riferisce, indipendentemente dalla tipologia strutturale e senza tener conto delle non linearità del materiale, attraverso un modello elastico.

Nel caso di adozione di un comportamento strutturale dissipativo, un numero elevato di elementi duttili evolvono in campo plastico, mentre la restante parte della struttura (elementi fragili) deve rimanere in campo elastico.

Classi di duttilità e fattore di sovraresistenza

Una costruzione a comportamento strutturale dissipativo deve essere progettata per conseguire una delle Classi di Duttilità:

• CD ”A”, ad elevata capacità dissipativa;
• CD ”B”, a media capacità dissipativa.

In entrambi i casi le Norme Tecniche per le Costruzioni prescrivono di utilizzare i procedimenti della progettazione in capacità.

La progettazione in capacità (o capacity design) ha lo scopo di assicurare alla struttura dissipativa un comportamento duttile ed opera come segue:

• distingue gli elementi e i meccanismi, sia a livello locale che globale, in duttili e fragili;
• mira ad evitare le rotture fragili locali e l’attivazione di meccanismi globali fragili o instabili;
• mira a localizzare le dissipazioni di energia per isteresi in zone duttili a tal fine individuate e progettate.

Per garantire ciò si deve progettare la resistenza sismica degli elementi/meccanismi fragili, locali e globali, in modo che sia maggiore di quella degli elementi/meccanismi duttili.

Per assicurare il rispetto di tale diseguaglianza, a livello sia locale sia globale, la resistenza degli elementi/meccanismi duttili è incrementata mediante un opportuno coefficiente γRd, detto “fattore di sovraresistenza”; a partire da tale capacità maggiorata si dimensiona la capacità degli elementi/meccanismi fragili.

Tale coefficiente è definito (Tab 7.2.I) pari ad 1,3 per la classe di duttilità CD “B” e 1,6 per la classe di duttilità CD “A”.

In ogni caso le Norme Tecniche per le Costruzioni consentono di limitare la domanda di resistenza valutata con i criteri della progettazione in capacità, assumendola non superiore alla domanda di resistenza valutata per il caso di comportamento strutturale non dissipativo.

Zone dissipative e zone non dissipative

Con riferimento al caso considerato, edificio ligneo con struttura a telaio leggero in classe di duttilità media (CD “B”), le zone dissipative sono costituite da:

• collegamento meccanico tra telaio e fogli di rivestimento;
• elementi duttili della connessione a trazione (chiodatura);
• elementi duttili della connessione a taglio (chiodatura).

Le zone non dissipative sono invece rappresentate da:

• fogli di rivestimento;
• elementi fragili della connessione a trazione (ad esempio tasselli nel c.a.);
• elementi fragili della connessione a taglio (ad esempio tasselli nel c.a.);
• elementi lignei.

Figura 1 – Edificio ligneo con struttura a telaio leggero in classe di duttilità media (CD “B”): zone dissipative

… continua la lettura nel PDF contenente anche la relazione di calcolo.

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Capacity design per le strutture in legno? Le NTC2018 parlano chiaro: “Sia per la CD”A” sia per la CD”B”, s’impiegano i procedimenti tipici della progettazione in capacità […] Tali fini possono ritenersi conseguiti progettando la capacità in resistenza allo SLV degli elementi/meccanismi fragili, locali e globali, in modo che sia maggiore di quella degli elementi/meccanismi duttili ad essi alternativi. Per assicurare il rispetto di tale diseguaglianza, a livello sia locale sia globale, l‘effettiva capacità in resistenza degli elementi/meccanismi duttili è incrementata mediante un opportuno coefficiente, detto “fattore di sovraresistenza”; a partire da tale capacità maggiorata si dimensiona la capacità degli elementi/meccanismi fragili indesiderati, alternativi ai duttili” (par. 7.2.2).

E per il legno? Purtroppo per le strutture in legno le Norme Tecniche non forniscono indicazioni specifiche ed inoltre una larga fetta delle connessioni ad oggi in commercio non sono ottimizzate per tale procedimento di calcolo sismico.

In questi anni però la ricerca ha fatto enormi passi avanti e dal prossimo aggiornamento, il nostro software implementerà il capacity design, completo di verifiche locali a livello delle connessioni e di verifiche globali a livello di struttura, sia per la CD”A” che per la CD”B”.

Nel frattempo è disponibile il Tool gratuito per la verifica degli hold down in accordo con la gerarchia delle resistenze. E’ vero, la progettazione in capacità non si esaurisce con la verifica locale delle connessioni a trazione, ma intanto è un primo passo!

Le Norme Tecniche per le Costruzioni 2018 definiscono al par. 11.7.10.1 “Fabbricanti e Centri di Lavorazione” quanto segue: “Il Direttore Tecnico della Produzione, di comprovata esperienza e dotato di attestato conseguito tramite appositi corsi di formazione, assume le responsabilità relative alla conformità alle presenti norme delle attività svolte nel centro di lavorazione. Il Direttore tecnico di produzione deve altresì frequentare un corso di aggiornamento con cadenza almeno triennale.”

Al seguente link è possibile consultare l’elenco dei corsi organizzati da Conlegno su autorizzazione del Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici e scaricare la scheda di iscrizione.

La normativa fornisce un coefficiente parziale di sicurezza sui materiali per le situazioni eccezionali pari a 1 ma osservo che nella pratica professionale vengono quasi sempre utilizzati i coefficienti usualmente adottati per le situazioni di progetto fondamentali. Quindi, quale coefficiente parziale di sicurezza sui materiali deve essere utilizzato per la progettazione sismica?

Al paragrafo 7.3.6.1 delle NTC 2018 si afferma che “per le strutture a comportamento dissipativo, la capacità delle membrature è calcolata con riferimento al loro comportamento ultimo […]. Per le strutture a comportamento non dissipativo, la capacità delle membrature è calcolata con riferimento al loro comportamento elastico o sostanzialmente elastico” e che “la resistenza dei materiali può essere ridotta per tener conto del degrado per deformazioni cicliche, giustificandolo sulla base di apposite prove sperimentali. In tal caso, ai coefficienti parziali di sicurezza sui materiali si attribuiscono i valori precisati nel Cap. 4 per le situazioni eccezionali”.

La comprensione di tale punto può non essere immediata. Da un lato la condizione di progetto sismica prevede azioni eccezionali agenti sulle strutture a seguito di eventi sismici; d’altro canto, qualora non siano disponibili informazioni precise in merito al possibile degrado della resistenza dei materiali dovuto a deformazioni oligocicliche, si raccomanda di applicare i valori dei coefficienti parziali di sicurezza sui materiali adottati per le situazioni di progetto fondamentali, ipotizzando che il rapporto fra la resistenza residua dopo il degrado e quella iniziale sia approssimativamente uguale al rapporto tra i valori di ?M relativi alle combinazioni di carico eccezionali e fondamentali. Qualora invece, come ribadito dalle NTC 2018, il degrado di resistenza sia tenuto in conto in maniera appropriata nella valutazione delle proprietà meccaniche dei materiali, allora è possibile utilizzare i coefficienti di sicurezza corrispondenti alle situazioni eccezionali. Si tratta di un criterio di carattere generale, valido per i diversi materiali costruttivi e senza distinzione tra le strutture dissipative e quelle non dissipative.

Con riferimento al caso specifico delle strutture in legno, al paragrafo 7.7.6 si afferma che “per la verifica di strutture progettate in conformità al concetto di comportamento strutturale dissipativo (classe di duttilità CD ”A” o CD ”B”), può considerarsi valido quanto riportato nelle verifiche di resistenza (RES) del § 7.3.6.1. quando siano soddisfatti i requisiti di cui al § 7.7.3 per le zone dissipative (anche sulla base di apposite prove sperimentali) e la resistenza del materiale sia opportunamente ridotta del 20% per tener conto del degrado per deformazioni cicliche”.

E’ possibile quindi assumere i coefficienti parziali di sicurezza per le combinazioni eccezionali, tenendo conto in modo esplicito del degrado oligociclico attraverso prove sperimentali o, in mancanza di valutazioni più precise, mediante una riduzione del 20% della resistenza. Questo è possibile poiché, come indicato al paragrafo 7.7.3.1 “le zone considerate dissipative devono essere in grado di deformarsi plasticamente per almeno tre cicli a inversione completa, con un rapporto di duttilità statica pari a 4, per le strutture in CD “B”, e pari a 6, per le strutture in CD “A”, senza che si verifichi una riduzione della loro resistenza maggiore del 20%.” La norma prosegue poi indicando le prescrizioni da rispettarsi per garantire che tali disposizioni siano soddisfatte.

Come proposto in Follesa M. et al., 2018 il valore di progetto della resistenza delle zone dissipative si può valutare, tenendo conto del degrado oligociclico, mediante la relazione:

mentre il valore di progetto della resistenza delle zone non dissipative, progettate in campo elastico, si può valutare mediante la relazione:

dove:

• il fattore di riduzione della resistenza per degrado oligociclico è assunto pari a 0,8
• il coefficientè parziale di sicurezza sui materiali è quello per le combinazioni eccezionali

Riferimenti bibliografici: Follesa M., Fragiacomo M., Casagrande D., Tomasi R., Piazza M., Vassallo D., Canetti D., Rossi S., The new provisions for the seismic design of timber buildings in Europe, Engineering Structures 168 (2018) 736–747

Risposta gentilmente concessa da Assolegno Risponde