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Strutture antisismiche Wood Beton: test sperimentali sulle pareti miste in legno e calcestruzzo ARIA

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SISTEMA ARIA BY WOOD BETOn
FIGURA 1
FIGURA 2
FIGURA 3
FIGURA 4

22/11/2012 - A seguito dei recenti e drammatici avvenimenti sismici, che nel corso degli ultimi anni hanno interessato diverse aree del nostro Paese, Wood Beton, partecipando alla 15^ Conferenza Mondiale sull'Ingegneria Sismica (15WCEE) svoltasi lo scorso Settembre a Lisbona (Portogallo), ha inteso rimarcare una volta ancora l'impegno per una tematica, quella della sicurezza strutturale, da sempre sentita come scopo primario del proprio operare.

Punto di riferimento a livello internazionale durante il quale vengono proposte, discusse ed analizzate le soluzioni ingegneristicamente di maggiore interesse ed innovazione nel contenimento e nella mitigazione degli effetti sismici sulle strutture, il 15WCEE è stato scelto da Wood Beton per presentare uno dei suoi prodotti di maggiore lustro, la parete prefabbricata mista legno-calcestruzzo ARIA®, un prodotto tutto-in-uno che permette di fondere elevatissimi standard di isolamento termo/acustico con performance sismiche in grado di renderla adatta all'impiego in aree soggette a forte sismicità.

L'impegno costante di Wood Beton profuso per il sistema ARIA® si è tradotto, durante questi anni, nella ricerca, nei test in affiancamento all'Università, nelle sperimentazioni sul campo e nelle simulazioni numeriche, che hanno permesso così di poter proporre sul mercato un prodotto maturo e verificato, adottato ormai da un vasto numero di clienti, convinti che scegliere il marchio Wood Beton voglia dire scegliere qualità e sicurezza.

Comportamento sismico delle pareti miste in legno-calcestruzzo ARIA®
Oggigiorno le strutture prefabbricate trovano vasto impiego in Italia per diversi tipi di edifici, o parti di essi, grazie alla riduzione dei tempi di inattività in-situ e di costruzione, all'efficienza nei costi e a tutti i vantaggi derivanti da una produzione di serie (miglior controllo del prodotto finale sia sotto l'aspetto estetico che, principalmente, sotto l'aspetto funzionale) se comparate a realizzazioni in opera.

Scegliere elementi prefabbricati come tecnologia costruttiva rappresenta ad oggi un atto cosciente, il cui scopo finale è, sia per gli ingegneri che per i fruitori, ottenere la soluzione più vicina ai risultati attesi.

Le strutture prefabbricate si stanno ora muovendo da un'epoca iniziale durante la quale la qualità architettonica era asservita alla funzionalità, verso un'era moderna nella quale il valore estetico e le performance (in termini di isolamento e sostenibilità) stanno diventando gli aspetti maggiormente rilevanti, permettendo così a queste strutture di diffondersi ampiamente sul mercato.

Modificando la tradizionale pratica progettuale, che contempla le pareti come elementi non strutturali, il sistema ARIA® considera i pannelli sia come pareti di partizione tra spazi diversi sia come elementi strutturali, in grado di sopportare carichi gravitazionali e carichi orizzontali, quali vento e sisma, con performance ampiamente soddisfacenti.

La parete prefabbricata ARIA® è composta da un telaio in legno collegato per mezzo di viti ad un pannello in calcestruzzo armato esterno (figura1). Il telaio è assemblato per mezzo di traversi e montanti in legno (sezione usuale pari a 100x300 mm) disposti a passo costante (circa 1 m), mentre la caldana in calcestruzzo armato esterna ha spessore 50 mm, permettendo alla struttura di raggiungere un appropriato grado di rigidezza. Un pannello OSB è collegato ai travetti in legno sulla faccia interna della parete.

La distribuzione delle forze orizzontali di piano avviene per mezzo di diaframmi rigidi formati da pannelli-solaio prefabbricati in legno-calcestruzzo provvisti di una caldana di calcestruzzo dallo spessore almeno pari a 50 mm. I pannelli orizzontali di piano vengono collegati alle pareti per mezzo di viti e spine metalliche. Gli edifici realizzati con pareti ARIA® sono in grado di sviluppare un comportamento scatolare dal quale conseguono strutture resistenti sismicamente efficienti.

La continuità verticale attraverso i pannelli è garantita per mezzo di barre in acciaio inghisate in stabilimento nel lato inferiore delle colonne di legno, poi successivamente inghisate nella parte superiore delle colonne durante la fase di posa in cantiere. La connessione alle fondazioni è realizzata per mezzo di barre ad U in acciaio, inghisate nel lato inferiore delle colonne di legno, e barre ad U che fuoriescono dalle fondazioni (figura 2). Barre longitudinali ed un getto di completamento ultimano la connessione con le fondazioni, le quali possono essere indifferentemente di tipo nastriforme o a platea.

Aperture come finestre o porte sono possibili in quasi ogni posizione delle pareti, rendendo così il prodotto in grado di soddisfare qualsiasi necessità architettonica in termini di libertà distributiva degli spazi. Le performance termiche ed acustiche raggiungono alti livelli di standard grazie alla presenza di materiali isolanti disposti negli interspazi tra i traversi di legno ed i montanti prima del posizionamento dei pannelli OSB. Un'altra importante caratteristica integrata nella parete ARIA® è la ventilazione compresa nella stratigrafia del pannello, in grado di garantire un flusso di aria utile per la regolazione termica tanto in inverno quanto in estate (si veda il render del sistema ARIA® all'inizio di questo articolo).

Programma sperimentale e simulazioni numeriche sulle pareti in legno-calcestruzzo ARIA® Col fine di validarne le performance sismiche, una serie di test sperimentali su pareti prefabbricate ARIA® è stata realizzata presso l'Università di Bergamo.

I test sperimentali sono stati condotti su 2 pareti in scala reale soggette a carico orizzontale ciclico in regime quasi statico con ampiezza crescente fino al collasso, in modo tale da analizzarne il comportamento post elastico, le capacità dissipative, le capacità portanti e le condizioni di collasso.

Il programma sperimentale ha previsto uno spostamento orizzontale imposto in sommità ai pannelli (a 2 m di altezza) per mezzo di un attuatore elettromeccanico da 1000 kN avente corsa massima 500 mm. Il carico orizzontale, gli spostamenti ed i movimenti relativi tra pannelli e fondazioni sono stati registrati da una cella di carico e da una serie di trasduttori di spostamento. La configurazione di test è mostrata in figura 3.

Questo test ha permesso di desumere le caratteristiche sismiche del pannello, il suo comportamento isteretico e le condizioni di collasso, il quale emerge essere connesso inizialmente al deterioramento flessurale della caldana di calcestruzzo armato ed, in fase successiva, al cedimento delle colonne in legno.

Il fattore di struttura risulta essere pari a 2.5, valore atteso considerate altre strutture analoghe codificate dalle norme vigenti. La deformazione allo stato limite di servizio si è rivelata assumere un valore allineato con quello prescritto dalla normativa italiana per elementi non flessibili (drift pari a 0.5%). La deformazione allo stato limite ultimo, risultante uguale allo 2.75% dell'altezza, è stata anch'essa dedotta dai test sperimentali, così come le massime resistenze a rottura e la rigidezza del pannello.

Analizzati i dati acquisiti, la struttura mostra un adeguato grado di duttilità ed una soddisfacente rigidezza residua, presente anche ad alti valori di spostamento grazie all'attitudine al controventamento della caldana esterna in calcestruzzo, permettendo così di poter realizzare edifici sismicamente efficienti.

Col fine di raffrontare le simulazioni ad un caso reale, un test sperimentale, realizzato per mezzo di una vibrodina ed alcuni accelerometri, è stato condotto su un edificio di 4 piani (altezza totale 14 m, area per piano 225 mq), completamente costruito con pareti ARIA® ed il cui comportamento sismico era stato precedentemente investigato per mezzo di simulazioni numeriche attraverso un software FEM (figura 4).

L'edificio, il cui peso totale è di circa 6800 kN, è stato progettato con un medio grado di dissipazione ed una vita di servizio di 50 anni. È stato eretto a Clusone (accelerazione di progetto al suolo =0.082g), in provincia di Bergamo, su un terreno di categoria C senza coefficienti di amplificazione topografica. Un confronto tra i periodi di vibrare derivanti dalle analisi numeriche e dal test con vibrodina è riportato in tabella. Questo raffronto evidenzia come l'abituale metodo di modellazione numerica incontri, con un confortante grado di sicurezza, la realtà fisica registrata dagli accelerometri.

Conclusioni
I dati raccolti durante la vasta campagna sperimentale, che, come presentato, ha interessato simulazioni numeriche, test in laboratorio in scala reale, prove dinamiche su strutture realizzate, provano come l'idea alla base della parete ARIA® sia coerente con quanto atteso dagli utenti finali e con quanto richiesto dalle stringenti normative sismiche vigenti. Il sistema ARIA® dimostra dunque la sua assoluta idoneità all'impiego in condizioni anche di forte sismicità, sottolineando la lungimiranza alla base del pensiero Wood Beton.

WOOD BETON su Edilportale.com

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