Il portale delle costruzioni in acciaio in Italia

Il contributo dell'acciaio per la sicurezza sismica degli edifici

Un dato di fatto: le costruzioni in acciaio sono ampiamente diffuse in quelle aree geografiche dove i terremoti risultano particolarmente intensi e dove la cultura della costruzione anti-sismica è ormai consolidata. In primis Stati Uniti e Giappone.
I motivi di questo successo possono essere individuati facilmente analizzando i tre principali parametri introdotti in precedenza: massa, periodo proprio e capacità dissipativa.
Per quanto riguarda la massa, è evidente che tanto maggiore è il rapporto tra capacità resistente del materiale e peso specifico, tanto più la struttura risulterà leggera e subirà azioni sismiche limitate. Il rapporto citato viene solitamente indicato come "resistenza specifica" ed è uno dei parametri principali con cui si caratterizzano le prestazioni meccaniche dei materiali. Per un confronto quantitativo, può essere utile valutare i rapporti che si ottengono per i più diffusi materiali da costruzione; per le buone murature esistenti in compressione si ottengono valori attorno a 500m, per il calcestruzzo compresso 1400m, mentre la carpenteria metallica (tesa o compressa) fornisce valori attorno a 4500m.
Non si tratta solo di questo, nelle costruzioni a destinazione residenziale o per uffici, una parte importante della massa deriva dall'involucro, dai tramezzi e dalle altre componenti di finitura. Le tecniche tradizionali come muratura e calcestruzzo armato, realizzate in opera con tempi lunghi dettati dalla maturazione dei leganti, si associano solitamente a sistemi di completamento pesanti, realizzati anche loro in opera con laterizi e malte cementizie. Diverso il caso della struttura metallica, prefabbricata e connessa a secco, che si associa razionalmente e convenientemente a sistemi di completamento analoghi (leggeri, prefabbricati e connessi a secco). E' quindi tutto il processo costruttivo della costruzione metallica che conduce a strutture generalmente più leggere e sottoposte ad azioni sismiche più contenute.

Progetto Parallelo - Mario Cucinella Architects
Figura 1 - Progetto "Parallelo", Milano

Anche per quanto riguarda il periodo proprio, l'esito in termini di costruzione è conseguenza diretta delle caratteristiche del materiale. Parlando di una grandezza legata alla rigidezza, può essere utile valutare la rigidezza specifica, intesa come rapporto tra modulo elastico e peso specifico. Si ottengono circa 250km per la muratura, 1300km per il calcestruzzo e 2600km per l'acciaio. Sebbene i materiali possano essere ordinati allo stesso modo in termini di resistenza e rigidezza, si osserva che le differenze sono meno importanti nel caso della rigidezza e, ad esempio, l'acciaio è molto più resistente del calcestruzzo ma non è più rigido nella stessa misura. Quello che consegue in termini di progetto, è che un telaio in acciaio e un telaio in calcestruzzo che presentano la stessa resistenza non presentano la stessa rigidezza e quello in acciaio risulterà più deformabile, a volte troppo, e sarà necessario inserire dei controventi. In generale, le strutture metalliche forniscono costruzioni con periodi propri più lunghi ai quali sono associate accelerazioni sismiche più ridotte (vedi spettro di risposta di Figura 2).
 
Spettri di risposta
Figura 2 - Relazione tra intensità dell'azione sismica e periodo della costruzione (spettro di risposta)

L'ultima questione riguarda la capacità della costruzione di dissipare energia durante eventi sismici intensi. Questa capacità è riconducibile alla deformazione plastica della struttura e dipende dalla duttilità del materiale, dalla conformazione dei componenti strutturali e dalla distribuzione delle resistenze all'interno della struttura. La duttilità del materiale costituisce una dote iniziale che può tradursi in duttilità locale dei componenti e, infine, in duttilità globale della struttura a patto di seguire regole di progettazione precise e codificate. Un materiale poco duttile, come la muratura, non potrà quindi generare una struttura duttile mentre un materiale come l'acciaio, che presenta una duttilità elevatissima, può raggiungere livelli di dissipazione di energia preclusi agli altri sistemi strutturali.

© Fondazione Promozione Acciaio – Architetture in Acciaio #15 “Costruzioni Sicure in Zona Sismica” – a cura di: Prof Andrea Dall’Asta, Prof. Alessandro Zona – tutti i diritti riservati

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