Sistema costruttivo Blockhouse: come si calcola, normativa e letteratura di riferimento

Fabio Martignago, other (Ingegnere): Buongiorno, Come si calcolano le strutture con il sistema costruttivo »Blockhouse«? L'Eurocodice 5 non lo tratta esplicitamente. Esistono libri in italiano su questo argomento?

Salvatore La Fauci, ME (Ingegnere): Dovrei effettuare il calcolo strutturale di un'abitazione monopiano con copertura a falda di una casa in legno realizzata con sistema block house. Una volta effettuata l'analisi statica sismica (siamo in zona sismica 1) non ho ben capito come effettuare la verifica alle azioni orizzontali risultanti da detta analisi. In particolare la sismoresistenza dovrebbe essere deputata alle barre metalliche poste all'incrocio delle pareti, oltre che all'attrito tra i blocchi ed all'ammorsamento tra i conci d'angolo. Il problema è come effettuare le verifiche considerando questi elementi. La barra metallica non desta problemi, in quanto va verificata a taglio in modo alquanto banale, ma obiettivamente l'ammorsamento dei conci e l'attrito tra i blocchi mi creano diverse perplessità .

FAUSTO ANTENUCCI, IS (Ingegnere): E' possibile vedere un esempio di calcolo strutturale con sistema blockbau?dovrei calcolarne alcuni, ma non so dove documentarmi.Grazie

ultimo aggiornamento
10.10.2014 (26.04.2007)
Nr.: 7067


Risposta team esperti Ing. Roberto Tomasi:

Seguendo la distinzione presente nelle dispense dei corsi promo_legno (vedi link di riferimento), il sistema costruttivo blockbau appartiene alla categoria di costruzione di tipo massiccio.

Il sistema costruttivo »blockbau« (anche indicato con un altro termine tedesco »Blockhaus«, oppure con il termine inglese »Log House«, oppure con il termine italiano piuttosto ridondante »pseudomuratura in legno massiccio«) consiste in elementi lineari di legno di conifera disposti orizzontalmente sovrapposti tra di loro a formare una parete in legno. Gli elementi possono essere tronchi di legno massiccio scortecciato oppure elementi squadrati (sia segati che prodotti a base di legno incollato, come per esempio il lamellare o il bi- o trilama), i quali vengono sagomati nella parte inferiore e superiore per aumentare l`attrito e la stabilità  laterale. Il ruolo strutturale fondamentale è pero quello degli incastri tra due pareti ortogonali, realizzati con apposite lavorazioni delle teste degli elementi (si vedano le immagini a lato).

L`ancoraggio alle fondazioni, realizzate, per esempio, con una platea sottile di cemento armato, puo avvenire con tirafondi annegati in fondazione e vincolati, con dado e rondella nell`estremità  dotata di filetto, ad uno degli elementi orizzontali sovrapposti (per esempio al primo elemento giacente direttamente sulla fondazioni).

Per altre informazioni di carattere tecnologico e per le considerazioni riguardanti la stabilità  dimensionale di tale tecnica costruttiva (che puo dare problemi legati al cedimento verticale delle pareti), si veda quanto riportato nelle news correlate.

Le normative attuali non contemplano esplicitamente questa tipologia costruttiva; per il dimensionamento e la verifica della struttura il progettista deve quindi fare riferimento alle indicazioni generali dati dalla normativa vigente.

L`elemento resistente fondamentale per le azioni verticali ed orizzontale è la parete realizzata a blocchi sovrapposti.

Nel caso delle azioni verticali il legno viene sollecitato a compressione perpendicolare alla fibratura: in tale caso il materiale ha valori di resistenza di un ordine di grandezza inferiore rispetto alla resistenza a compressione parallela alla direzione delle fibre, e quindi occorre tenerne adeguatamente conto nel calcolo. In tali tipologie costruttive, l`area delle superficie resistente (cioè l`impronta delle pareti al piano terra) è sufficientemente adeguata rispetto i carichi agenti (solitamente non si superano i due piani): quindi tale verifica puo risultare non particolarmente severa. Anche il caso della verifica di stabilità  delle pareti fuori dal piano (perdita per equilibrio per effetti del secondo ordine), la tecnica costruttiva garantisce, di per sé, un buon comportamento delle pareti: infatti gli elementi lineari (i tronchi o i segati), vincolati alle estremità  dai due nodi d`angolo, sono in grado di lavorare per flessione orizzontale nel caso di azioni agenti fuori dal piano. Tuttavia è buona norma, affinché le azioni fuori dal piano non creino problemi, limitare a valori opportuni la distanza tra due pareti successive (per esempio non superare i 5 m).

Nel caso delle azioni orizzontali (per esempio per gli edifici in zona sismica), la resistenza delle pareti non puo essere riassunta con un modello semplice.

Possono giocare un ruolo fondamentale nel trasferimento dei carichi orizzontali:

  • la presenza dei nodi di incastro tra due pareti ortogonali, i quali garantiscono il trasferimento delle forze orizzontali tra un elemento lineare e l`elemento inferiore successivo (come illustrato in figura a lato);
  • il sistema di tirafondi che ancorano i primi blocchi e che consentono il trasferimento delle forze orizzontali dagli elementi superiori direttamente alle fondazioni.

Inoltre:

  • i cavicchi di legno verticali fra gli elementi di legno massiccio, quando presenti, possono contribuire ad assicurare la resistenza al taglio delle pareti;
  • l`attrito tra i blocchi puo contribuire ad un buon comportamento a taglio delle pareti, anche se non viene considerato nei modelli di calcolo.

Il dimensionamento a sollecitazioni di taglio di una parete di »blockhouse« si puo quindi ricondurre alla valutazione della resistenza dei nodi di angolo (si tratta sostanzialmente una verifica di un nodo di carpenteria sollecitato a compressione ortogonale alla fibratura ed a taglio) e dei tirafondi (si tratta sostanzialmente di una verifica di un connessione meccanica legno-legno con connettori metallici a gambo cilindrico). Per la verifica di tali collegamenti si puo ricorrere ai recenti documenti normativi, citati in bibliografia.

Per comprendere meglio il meccanismo di trasmissione delle forze tra gli elementi sovrapposti si faccia di nuovo riferimento alla figura a lato. Le forze orizzontali dovute al vento o al sisma (indicate in rosso agenti sull`elemento 1) devono trasferirsi dall`elemento 1 all`elemento 3 (il quale si suppone vincolato a terra tramite un tirafondo annegato nella soletta). Questo trasferimento avviene tramite la maschiatura con l`elemento 2, il quale viene sollecitato a compressione perpendicolare alle fibre sulla superficie B, ed a taglio sulla superficie C (si noti che questo è un caso di »rolling shear«, cioè di sollecitazione di taglio che tende a »ruotare« le fibre legnose, con valori di resistenza inferiori rispetto al taglio normalmente considerato nella verifica delle travi).

Ipotizziamo di avere un collegamento tra due pareti realizzati con elementi di sezione 100 à— 160 mm: in questo caso le superfici B e C valgono rispettivamente 4000 mm2 e 10000 mm2. Ipotizzando di utilizzare segati di classe C24 (con valori caratteristici di resistenza alla compressione ortogonale alle fibra fc,90,k = 2,5 MPa, di resistenza al taglio »rolling shear« fRoll,k = 1 MPa), abbiamo rispettivamente le seguenti resistenze caratteristiche delle sezioni B e C: RB,k = 10 kN, RC,k = 10 kN.

Se esistono lungo una parete piö »incroci« con pareti ortogonali, è possibile moltiplicare la resistenza del singolo collegamento (determinata come illustrato sopra), per il numero degli incroci tra pareti ortogonali.

Nel caso in cui tale verifica per forze orizzontali dell`incrocio maschiato non sia soddisfatta, si puo operare anche aumentando il numero degli incroci, aggiungendo spezzoni corti di pareti ortogonali (anche non funzionali all`architettura della pianta).

Il trasferimento delle forze orizzontali dall`elemento 3 alle fondazioni tramite tirafondi, non pone problemi (è sufficiente posizionare un certo numero di tirafondi di diametro opportuno, dimensionati, in accordo con le normative utilizzate, come connessione meccanica legno-legno con connettori metallici a gambo cilindrico).

Riferimenti bibliografici

Rimane comunque necessario, per il progettista, ricorrere ad indicazioni bibliografiche, che sono piuttosto scarse nella lingua italiana (mentre si trova molto piö materiale nella letteratura tecnica tedesca).

Oltre alle indicazioni alle dispense dei corsi promolegno sopra riportate, si puo far riferimento per esempio:

  • Piazza M., Tomasi R., Modena R. (2005), Strutture in legno - Materiale, calcolo e progetto secondo le nuove normative europee, Ulrico Hoepli Editore, Milano
  • Natterer J., Sandoz J. L., Rey M. (2000), Construction en bois, Traité de Génie Civil de l`Ecole polytechnique fédérale de Lausanne, Volume 13, Presses Polytechniques et Universitaires Romandes (PPUR)
  • Gôtz K. H., Hoor D., Môhler, K., Natterer, J. (1980), Holzbau Atlas, Institut fúr Internationale Architektur – Dokumentation GmbH, Munich
  • Ceccotti A., Follesa, M., Lauriola, M. P. (2005), Le strutture di legno in zona sismica, Criteri e regole per la progettazione ed il restauro, Edizioni CLUT, Torino
  • ETAG 012, Log building kits, Eota, Edition 2002, Kunstlaan 40, Avenue des arts, 1040 Brussels

scaricabile da www.eota.be/pdf/ETAG012Part1.pdf


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