Ductility and behaviour factor of wood structural systems - Theoretical and experimental development of a high ductility wood-concrete shearwall system

In questo lavoro di tesi si analizzano il comportamento sismico, la duttilità e la capacità dissipativa dei moderni edifici con struttura di legno. Le principali innovazioni sviluppate in questa tesi di dottorato riguardano le tecniche di modellazione dei sistemi di connessione usati nelle strutture lignee e la caratterizzazione sismica dei moderni edifici in legno. L’introduzione della tesi evidenzia le caratteristiche che rendono le strutture in legno idonee per l’impiego in zona sismica e riporta una analisi storica delle principali tipologie di edifici sismo-resistenti a struttura in legno e la loro evoluzione dal passato ai giorni nostri. L’introduzione riporta inoltre un’analisi critica dello stato normativo Europeo ed Extraeuropeo sulle progettazione sismica degli edifici a struttura in legno evidenziando le principali lacune e incongruenze con la pratica costruttiva corrente. Il lavoro di tesi sviluppato affronta sostanzialmente quattro argomenti dettagliati in parti indipendenti. Le prime due sono di carattere generale e riguardano tutte le strutture in legno mentre le rimanenti sono specifiche di sistemi costruttivi innovativi e non ancora completamente caratterizzati sismicamente. La prima parte della tesi è dedicata alla descrizione del comportamento isteretico che caratterizza le connessioni utilizzate nelle strutture in legno e dei modelli numerici disponibili in letteratura per una riproduzione fedele di tale comportamento evidenziandone le potenzialità, i limiti di applicazione e l’efficienza numerica. Viene inoltre proposto un modello isteretico innovativo per riprodurre il comportamento delle connessioni tipicamente utilizzate nelle strutture in legno riproducibile anche mediante codici agli elementi finiti di tipo commerciale e non specificatamente orientati alla ricerca. Questa prima parte della tesi si conclude con la validazione e la descrizione dei principali vantaggi e limiti di applicazione della modello numerico proposto. La seconda parte della tesi riguarda la definizione del fattore di struttura q dei sistemi costruttivi in legno innovati e di recente diffusione che non sono annoverati nelle normative sismiche. In questa parte della tesi vengono descritti i metodi tradizionali utilizzati per la stima del fattore di struttura evidenziandone i vantaggi e i principali limiti. Viene proposta una procedura innovativa di tipo misto analitico-sperimentale che consente una valutazione speditiva del valore del fattore di comportamento q.. Questa parte del lavoro di tesi si conclude riportando la validazione della procedura proposta nonché gli aspetti teorici i limiti di applicabilità. La terza parte della tesi approfondisse lo studio sul sistema costruttivo a parete massiccia del tipo CrossLam. Preliminarmente viene riportatolo lo stato dell’arte sull’attività di ricerca sinora svolta su tale sistema costruttivo. L’obiettivo di questa parte del lavoro di tesi consiste nella definizione dell’effetto di determinate caratteristiche dell’edificio come il numero di piani, la snellezza, la composizione delle pareti, i criteri di progetto ecc. sul valore del fattore di struttura da utilizzare nella progettazione sismica dell’edificio stesso. Tale correlazione viene studiata mediante una serie di simulazioni numeriche su diverse configurazioni di edifici. I risultati ottenuti sono stati sintetizzati in una nuova formulazione analitica per la definizione del fattore di struttura q a partire dalle specifiche caratteristiche dell’edificio. Infine si riporta la validazione di tale formulazione analitica e si descrivono i principali vantaggi e limitazioni. L’ultima parte di questo lavoro di tesi consiste nello sviluppo teorico e sperimentale di un nuovo sistema costruttivo misto legno-calcestruzzo ad alta duttilità e performance anti-sismiche. Il sistema sviluppato consiste nell’applicazione di un rivestimento esterno in lastre di calcestruzzo alle tradizionali pareti di taglio a telaio. La riposta strutturale, la duttilità e il comportamento isteretico è stato verificato mediante dei test sperimentali condotti su differenti configurazioni di pareti. Infine sono state condotte delle simulazioni numeriche, con modelli numerici appositamente sviluppati e tarati sulla base dei test sperimentali, mediane le quali è stato possibile stimare il valore del fattore di struttura q da utilizzare per il progetto sismico di questo nuovo sistema costruttivo.