I materiali ottimali per edifici resistenti ai terremoti

Le costruzioni antisismiche: criteri generali di progettazione

In Italia, essendo una zona molto sismica, è prioritario che gli edifici vecchi e nuovi possano resistere alle particolari sollecitazioni che si sviluppano durante un terremoto.

A differenza infatti dei normali carichi verticali che deve sopportare qualsiasi edificio, si tratta di sforzi orizzontali direttamente proporzionali all'intensità del sisma e all'altezza a cui si manifestano: i danni da terremoto sono quindi più gravi ai piani alti.
Fortunatamente si possono mitigare fortemente tali effetti con opportuni accorgimenti tecnici e progettuali, che per le nuove costruzioni comprendono ad esempio:

• la progettazione di edifici con pianta regolare e tendenzialmente simmetrica nelle due direzioni ortogonali;
  
  
• la regolarità in altezza, che comporta l'assenza di corpi di fabbrica aggettanti, piani eccessivamente sfalsati o che si sviluppano solo in corrispondenza di una parte dell'area di sedime;
  
  
• l'uso di materiali e sistemi costruttivi adeguati ai carichi previsti, alla sismicità locale e al contesto circostante.
  
  

In linea generale i materiali più comuni per la costruzione di edifici antisismici sono il legno, la muratura in pietra o mattoni, semplice o armata, l'acciaio e il cemento armato.
I sistemi costruttivi utilizzati si basano invece su principi di comportamento che variano a seconda al materiale utilizzato.

Il legno, antisismico per sua natura

Il legno ad esempio ha un'altissima resistenza alle sollecitazioni sismiche per le sue caratteristiche intrinseche.

Essendo infatti molto elastico e dotato di un'ottima resistenza meccanica a flessione e trazione, può assorbire e assecondare parzialmente le sollecitazioni orizzontali e le oscillazioni che si sviluppano durante un terremoto: un edificio con la struttura portante in legno deve quindi la propria resistenza alla sua elasticità, alla progettazione accurata delle connessione tra le parti (come l'attacco a terra e le giunzioni tra pareti verticali, solai e coperture) e all'esecuzione a perfetta regola d'arte.


I sistemi costruttivi utilizzabili sono tendenzialmente due. Storicamente era molto diffuso ad esempio l'opus craticium, già noto agli antichi Romani e impiegato con successo nella gajola pombalina, il primo sistema costruttivo antisismico di cui abbia notizia: inventato dagli architetti di Sebastião José de Carvalho marchese di Pombal per ricostruire Lisbona dopo il terremoto catastrofico del 1755, si basa su un graticcio in legno composto da montanti verticali, traversi orizzontali e controventi diagonali a forma di X, tamponato con muri di mattoni o di pietrame.

Il sistema a graticcio costituisce dunque un'ottima risorsa per la costruzione di abitazioni unifamiliari a uno, due o tre piani fuori terra: rivolgendosi ad aziende specializzate come Archética è possibile ottenere una casa personalizzata con struttura portante in legno massiccio o lamellare e tamponamenti di paglia intonacata. Una simulazione di terremoto eseguita su una tavola vibrante ha dimostrato l'ottima resistenza di questo tipo di edifici.


Una soluzione più comune si basa invece sull'uso di appositi pannelli strutturali di legno stratificato o Xlam, concettualmente molto simili al compensato.
In base ai carichi da sopportare, alle caratteristiche dell'edificio e alle esigenze tecniche richieste ciascun pannello prefabbricato può avere uno spessore compreso tra 57 e 297 millimetri e dimensioni massime di 13,5 metri in lunghezza e 3,5 in altezza.

Gli strati, variabili da 3 a 9 a seconda dei pannelli, sono formati da lamelle di abete piallato, incrociati in senso ortogonale e incollati con appositi adesivi strutturali senza formaldeide.

I pannelli vengono generalmente tagliati in officina secondo le dimensioni esatte del progetto esecutivo, trasportati sul cantiere e assemblati con un montaggio di tipo a secco.

La loro applicazione più comune riguarda la costruzione di case ad alta efficienza energetica come quelle di Xlam Dolomiti ma alcune simulazioni di terremoto hanno dimostrato che in questo modo si possono costruire edifici antisismici alti fino a sette piani.

Muratura semplice e armata, un materiale versatile per edifici vecchi e nuovi

Il materiale da costruzione più diffuso in Italia è pero la muratura di blocchi laterizi, pietra o mattoni, validamente utilizzabile per gli edifici di nuova costruzione grazie ad alcuni sistemi innovativi. Uno dei più promettenti è la muratura armata, in grado di superare la vulnerabilità sismica delle murature tradizionali dovuta alla loro bassa resistenza a trazione, una caratteristica che provoca le tipiche lesioni a X nelle pareti parallele alle onde sismiche.


Il principio della muratura armata è analogo a quello del cemento armato e si basa sull'efficace accoppiamento della resistenza a compressione dei mattoni che compongono la muratura, con la resistenza a trazione del metallo o delle fibre di carbonio.

L'aziendaBekaert dispone di una prodotti specificamente progettati per queste applicazioni.

Murfor^® Compact sono infatti speciali fasce costituite da una rete di cavi di acciaio e roving in fibra di vetro intrecciato, venduto in rotoli e facilmente tagliabile a misura in modo assai preciso per mezzo di semplici cesoie.


Ne esistono tre versioni differenti:

• Murfor^® Compact A di colore bianco per murature con giunti sottili e incollati (calcestruzzo aerato autoclavato);
  
  
• Murfor^® Compact E di colore blu per le pareti esterne esposte agli elementi;
  
  
• Murfor^® Compact I di colore rosso per le opere di muratura in ambienti secchi e interni.
  
  

Agiscono in particolare aumentando la resistenza a flessione e taglio delle murature, particolarmente necessaria per opporsi efficacemente alle sollecitazioni sismiche rispettivamente perpendicolari e parallele alla muratura, ma risultano efficaci anche in caso di cedimenti differenziali del terreno.


Si applicano semplicemente annegandole nella malta di allettamento tra i corsi orizzontali della muratura, che in questo caso può essere formata anche da mattoni comuni o conci di pietra squadrata, disponendo una o più strisce in base allo spessore della parete da trattare.

Il cemento armato, un materiale da impiegare con cautela

L'uso del cemento armato va invece valutato con grandissima prudenza negli interventi di consolidamento degli edifici storici, mentre non presenta alcun problemi negli edifici di nuova costruzione con struttura intelaiata a travi e pilastri.

Il terremoto dell'Umbria-Marche del 1997 ha infatti rilevato la vulnerabilità intrinseca di un intervento molto utilizzato a partire dagli anni '70 ed anzi esplicitamente consigliato dalle norme tecniche di quel periodo (in particolare i Decreti del Ministero dei Lavori Pubblici del 2 luglio 1981 e del 16 gennaio 1996): la costruzione di pesanti cordoli sommitali e interpiano in calcestruzzo armato.


Negli edifici così trattati si sono infatti riscontrati massicci crolli delle pareti perimetrali dovuti alla presenza di spessi cordoli sommitali e solette di copertura in cemento armato, che hanno provocato il cosiddetto effetto trave.

Infatti durante una scossa di terremoto tali cordoli, a causa del maggiore peso e rigidità rispetto alla muratura sottostante, si comportano come il peso di un sismografo, oscillando molto meno e in controfase rispetto alle pareti vericali: il risultato è lo sgretolamento totale o parziale delle murature storiche, spesso scadenti e costruite con ciottoli, scaglie di pietrame o mattoni con tessitura disordinata e malta povera di sabbia e calce.


Per i cordoli di piano il problema è addirittura più complesso, perché, se ricavati in breccia per rottura della muratura preesistente, manifestano quattro grossi inconvenienti:

1. già in condizioni normali, cioè statiche, provocano una distribuzione eccentrica dello sforzo normale, favorendo l'instabilità della muratura che si manifesta con spanciamenti e lesioni verticali;
   
   
2. durante il terremoto generano anch'essi un effetto trave, amplificando i normali cinematismi di collasso come il ribaltamento di facciata;
   
   
3. diminuiscono la sezione resistente della muratura;
   
   
4. sono praticamente irreversibili perché la demolizione di un cordolo in cemento armato è un'operazione assai costosa, pericolosa e difficile dal punto di vista tecnico e logistico.