Nuove scoperte sulla rigidità delle strutture in legno
Gli edifici in legno a più piani stanno diventando sempre più importanti in Svizzera. Per garantire che queste strutture siano in grado di resistere alle sfide poste dal vento e dai terremoti, i ricercatori dell'Empa stanno conducendo esperimenti pratici con un agitatore da due tonnellate. L'obiettivo è quello di misurare la rigidità e il comportamento vibratorio degli edifici, migliorando così la base di pianificazione per il futuro.
Gli edifici in legno stanno vivendo un’impennata in Svizzera. Grazie alla loro sostenibilità ed estetica, stanno diventando sempre più popolari, anche per gli edifici a più piani. Ma come si può garantire che queste strutture possano resistere alle forze del vento e ai terremoti? Questa è una domanda che occupa i ricercatori edili, soprattutto quando si progettano edifici in legno fino a 75 metri di altezza. Questo perché devono essere presenti le giuste strutture di sostegno e di rinforzo per garantire che gli edifici in legno rimangano stabili anche in condizioni estreme.
La ricerca in questo campo ha fatto notevoli progressi negli ultimi anni. Uno strumento particolarmente interessante è lo shaker, un dispositivo di due tonnellate utilizzato nel più grande laboratorio dell’Empa a Dübendorf. Lo shaker simula terremoti e venti forti, facendo vibrare i modelli di edifici. In questo modo, si esamina il comportamento vibratorio degli edifici in condizioni reali e si affinano i modelli per il calcolo della rigidità.
Lo shaker in azioneIn occasione dell’open day del 14 settembre 2024, lo shaker sarà mostrato nella sala di costruzione dell’Empa a Dübendorf. Non si tratta solo di ricerca scientifica: i visitatori potranno avere una visione diretta del lavoro degli ingegneri. René Steiger, Pedro Palma e Robert Widmann, ingegneri strutturali dell’Empa, daranno una dimostrazione impressionante di come lo shaker faccia vibrare un modello strutturale, analizzando così il comportamento della distribuzione del peso e della rigidità.
Questa ricerca è di grande importanza, dato che in Svizzera si stanno costruendo edifici in legno sempre più alti. Mentre la maggior parte degli edifici rimane nella fascia di 4-5 piani, i progetti con più di 20 piani dimostrano il potenziale del legno come materiale da costruzione. Tuttavia, per garantire la stabilità di questi edifici sono necessari calcoli precisi e test pratici come quelli effettuati con lo Shaker.
Requisiti complessi per l’edilizia in legnoLa sfida degli edifici in legno multipiano non risiede solo nella capacità di carico delle pareti, ma anche nell’equilibrio tra rigidità e flessibilità. Sebbene i componenti più spessi e le pareti portanti aggiuntive siano spesso considerati una soluzione, possono comportare un aumento dei costi. A volte è ancora più vantaggioso se una struttura reagisce in modo flessibile alle scosse sismiche fino a un certo punto. Queste sfumature devono essere prese in considerazione nei calcoli al computer, ed è proprio qui che l’agitatore fornisce dati preziosi dalla pratica.
Gli esperimenti nella sala di costruzione e su edifici reali, come quello di Oberglatt nel Cantone di Zurigo, mostrano come la struttura acquisisce rigidità durante le varie fasi di costruzione. Per esempio, i ricercatori hanno potuto osservare esattamente come cambia la capacità di carico degli edifici quando vengono installate pareti portanti, pareti non portanti e finestre.
Dati pratici per progettisti e architettiPer molto tempo, i progettisti si sono affidati ad approssimazioni matematiche per determinare le proprietà dinamiche delle strutture in legno. Questi valori erano spesso basati su test effettuati in Giappone e in Nord America, ma a causa dei diversi regolamenti e requisiti edilizi, non sono facilmente trasferibili in Svizzera. È qui che entra in gioco il lavoro dei ricercatori dell’Empa: Lo shaker e le misurazioni su edifici reali forniscono dati precisi sulla rigidità e sullo smorzamento, specificamente adattati ai requisiti edilizi locali.
Questo fornisce agli ingegneri edili e agli architetti informazioni affidabili per ottimizzare la loro pianificazione e utilizzare il legno come materiale in modo efficiente e sostenibile. Le conoscenze acquisite contribuiranno a sviluppare ulteriormente gli standard e le linee guida e a rafforzare la costruzione in legno come soluzione competitiva per gli edifici multipiano.
Il legno come materiale da costruzione del futuroI risultati della ricerca dell’Empa dimostrano che il legno ha un enorme potenziale come materiale da costruzione per gli edifici multipiano. L’uso dello shaker fornisce agli ingegneri edili e agli architetti dati pratici che consentono di progettare edifici in legno in modo più sicuro ed efficiente. Combinando la tecnologia moderna e l’esperienza scientifica, l’Empa sta contribuendo in modo decisivo a far progredire l’edilizia in legno in Svizzera e ad affermarla come alternativa sostenibile nel settore delle costruzioni.