Prestazioni delle costruzioni in legno in caso di terremoto

Come reagiscono le costruzioni in legno in caso di terremoto

Le costruzioni in legno è di gran lunga la tecnologia costruttiva più comune in Nord America per abitazioni plurifamiliari unifamiliari e monopiano. La maggior parte di questi edifici è costituita dalla cosiddetta struttura a telaio e piattaforma, che sta anche guadagnando consensi in altre parti del mondo. Negli ultimi decenni un gran numero di abitazioni in legno sono state sottoposte a terremoti e questo offre l’opportunità di valutarne le prestazioni sismiche generali. In questo articolo rivedremo le prestazioni in alcuni terremoti precedenti, collegando queste ultime a indicatori quantitativi dell’intensità di scuotimento del terreno, come l’accelerazione di picco del terreno (PGA), valutando come hanno reagito a queste sollecitazioni le costruzioni in legno, rispetto alle costruzioni tradizionali.

  • Terremoto in Alaska, 1964. Con magnitudo 8.4 ,questo è stato uno dei più grandi terremoti del Nord America nel secolo scorso, ed è stato caratterizzato da un intenso scuotimento del terreno che ha provocato grosse frane nella zona popolata di Anchorage; i grandi spostamenti orizzontali e verticali del suolo dovuti al sisma,  hanno causato danni significativi alle fondazioni degli edifici, provocando un notevole numero di crolli. Le prestazioni delle case con struttura in legno, hanno evidenziato l’integrià strutturale degli edifici che letteralmente scivolavano su pendii malfunzionanti o erano altrimenti soggetti a grandi movimenti di terra. Le strutture a telaio in legno scatolare rimasero in gran parte intatte e “cavalcarono” il terremoto, ritrovandosi spesso inclinate rispetto al piano strada, ma comunque rimasero intatte (immagine 1).immagine 1: la casa in primo piano ha subito solo danni minori, pur essendo scivolata su un terreno inclinato.
  • Terremoto di San Fernando, California, 1971. Questo terremoto di magnitudo 6.7 si è verificato in una zona nord-est di Los Angeles e di conseguenza ha interessato un gran numero di case unifamiliari, ospedali e edifici commerciali provocando 64 morti. Il Veterans Hospital, un edificio composto da quattro e cinque piani in muratura non rinforzato crollò, uccidendo alcuni occupanti. Altri edifici ospedalieri e uffici costruiti in cemento armato crollarono o furono gravemente danneggiati, al punto tale da essere successivamente demoliti come nel caso dell’ospedale Olive View. Da una mappa di contorno tracciata da accelerazioni di picco del terreno registrate, si può osservare che le aree residenziali di San Fernando hanno avuto un’accelerazione di picco orizzontale di 0,6 g e maggiore. Le vecchie casein legno nella zona di San Fernando subirono danni che andarono da un collasso minore a uno parziale. Anche i condomini a due piani più recenti con ampie aperture a livello del suolo furono danneggiati (immagine 2). L’importanza di tali carenze nell’edilizia residenziale è stata ampiamente riconosciuta in questo terremoto, e molte di queste debolezze sono state da allora rettificate.immagine 2: danni ad edificio condominiale.
  • Terremoto di Edgecumbe, Nuova Zelanda, 1987. Questo evento sull’Isola del Nord consisteva in uno shock principale di magnitudo 6.3, preceduto da un primo shock di magnitudo 5.2 , e seguito da quattro scosse di assestamento con magnitudo maggiore di 5. L’unico dato di movimento al suolo ottenuto proveniva dalla base della diga di Matahina, a oltre 20 km dall’epicentro dello shock principale, con un’accelerazione orizzontale di picco di 0,32 g. La città di Edgecumbe potrebbe aver sperimentato maggiori accelerazioni, poiché si trovava a circa 8 km dall’epicentro dello shock principale. Danni considerevoli sono stati riscontrati su ferrovie, ponti, edifici residenziali e industriali, serbatoi di stoccaggio, apparecchiature elettriche e servizi municipali. È stata osservata una diffusa liquefazione del terreno in un raggio di 10 km intorno a Edgecumbe. Non sono stati riportati decessi o lesioni gravi. Le abitazioni con struttura in legno in questa zona erano costruite su fondazioni   in calcestruzzo o blocchi di cemento. Molte delle pareti erano rivestite all’interno con cartongesso e ricoperte all’esterno con una lastra di mattoni. Non è stata utilizzata alcuna guaina esterna, sebbene la struttura in legno incorporasse elementi di rinforzo a K o diagonali; delle circa 6500 abitazioni nella regione colpita, meno di 50 hanno subito danni sostanziali ma nessuna è crollata.

 

  • Terremoto di Saguenay, Quebec, 1988. Sebbene questo evento sismico, con magnitudo 5.7 non sia stato così potente come alcuni degli altri descritti, è stato il più grande terremoto negli ultimi 50 anni nell’America settentrionale orientale. L’epicentro si trovava in un’area leggermente popolata a 150 km a nord di Quebec City. Le accelerazioni di picco del terreno nei centri abitati di Chicoutimi, a 36 km dall’epicentro e sulla riva nord del fiume San Lorenzo, a 100 km di distanza, erano dell’ordine di 0,12-0,17 g. I moti terrestri erano di tipo ad alta frequenza e, a causa dei bassi tassi di attenuazione sismica nella crosta terrestre nell’America settentrionale orientale, i moti del suolo erano percepiti a distanze di 500 km e oltre.
    La maggior parte dei danni agli edifici con struttura in legno fino a 2 piani era limitata alle crepe nei camini, nelle fondazioni e nelle pareti in mattoni. Non sono stati segnalati casi di quasi collasso o decessi. Il modello di danno era fortemente correlato alla presenza di depositi di terreno tenero e il danno nelle case era attribuito principalmente agli spostamenti del suolo di fondazione piuttosto che a debolezze strutturali nella sovrastruttura.

 

  • Terremoto di Loma Pieta, California, 1989. Questo terremoto di magnitudo 7.1 ha avuto il suo epicentro a 100 km a sud di San Francisco, ma i suoi effetti hanno raggiunto ben oltre Oakland, sulla costa nord della Baia di San Francisco. Le vittime totali sono state 62 morti e oltre 3000 feriti; solo 49 persone sono morte nel crollo dell’autostrada a due piani di Oakland. Questo terremoto ha causato notevoli danni e alcuni crolli di vecchi edifici in muratura non rinforzati vicino all’epicentro e fino a Oakland. Un certo numero di vecchi palazzi di legno a quattro piani situati su materiali di riempimento nel quartiere Marina Bay di San Francisco crollarono al piano terra che consisteva interamente di aperture di garage e rappresentavano quindi un primo piano molto debole. I tre piani superiori, tuttavia, sono rimasti intatti. Alcuni altri edifici di questo tipo sono quasi crollati (immagine 3). Anche l’amplificazione del moto al suolo dei terreni morbidi in quel sito ha contribuito a questo modello di danno. Le case a telaio in legno situate nella regione e vicino alla regione epicentrale sono sopravvissute allo scuotimento per lo più con danni riparabili. Alcune di queste abitazioni vicino all’epicentro sono state probabilmente sottoposte a picchi di accelerazione fino a 0,5 g e forse più grandi.immagine 3: edificio mutipiano parzialmente in legno.

 

  • Terremoto di Northridge, California, 1994. Questo evento sismico con magnitudo 6.7 è stato notevole per le sue accelerazioni di terra elevate, sia orizzontalmente che verticalmente, e in luoghi che superano l’accelerazione di gravità (1,0 g). Il terremoto ha provocato ingenti danni a edifici residenziali, istituzionali e commerciali e al sistema autostradale e autostradale di questa zona a circa 20 km a nord-ovest di Los Angeles. Ciò rappresentava il più intenso scuotimento del terreno che era stato finora registrato in un’area popolata del Nord America. Oltre 30 persone sono state uccise e le stime delle perdite di proprietà variavano da 30 a 40 miliardi di dollari. Questo terremoto richiamò ancora una volta l’attenzione su una debolezza che era già stata riconosciuta, praticamente alla porta accanto, nel terremoto di San Fernando del 1971.

 

  • Terremoto di Kobe, Giappone, 1995. Il terremoto che ha colpito la città di Kobe nell’area di Hanshin, è stato finora il più grave terremoto dei tempi moderni. La sua magnitudine era di  6,8 sulla scala Richter. L’area non aveva previsto un terremoto di questa portata e pertanto la progettazione e la costruzione degli edifici non erano preparate a resistere a tali sollecitazioni. Danni estesi e gravi crolli si sono verificati in tutti i tipi di strutture: autostrade sopraelevate, ponti, impianti portuali, servizi di pubblica utilità, ferrovie e metropolitane e edifici bassi e alti di cemento, muratura, acciaio e legno. Tra la distruzione diffusa c’erano anche numerosi edifici di recente costruzione sopravvissuti al terremoto, alcuni senza danni visibili. Mentre l’epicentro del terremoto si trovava nella vicina isola di Awaji a sud-ovest di Kobe, la zona di rottura si estendeva attraverso il centro della città fino alla vicina città di Nishinomiya a est. Un’accelerazione di picco fino a 0,8 g è stata registrata in aree densamente popolate; gran parte del sud di Kobe e le città di Ashiya, Nishinomiya e Takarazuka hanno subito un’accelerazione di picco di oltre 0,6 g. Questi movimenti orizzontali erano anche accompagnati da grandi accelerazioni verticali, spesso grandi e talvolta più grandi di quelle orizzontali. Questo fenomeno è simile a quello osservato nel terremoto di Northridge del 1994 e sembra essere caratteristico dello scuotimento del terreno nelle regioni epicentrale di un terremoto. Le case di legno più colpite furono quelle costruite immediatamente dopo la seconda guerra mondiale. Queste case sono costituite da costruzioni a travi, con pareti formate da pannelli orizzontali inchiodati ai montanti, pieni di nastri di bambù e ricoperti di argilla. La finitura esterna è tipicamente a stucco. I tetti pesanti costruiti con piastrelle di argilla bruciata si sono rivelati disastrosi nel terremoto. All’interno del contorno da 0,6 g di PGA la maggior parte di questo tipo di edificio è crollata o è stata pesantemente danneggiata.

 

In conclusione, un esame del comportamento sismico della struttura a telaio in legno in un certo numero di recenti terremoti ha dimostrato che l’obiettivo di sicurezza della vita dei codici edilizi è stato ampiamente soddisfatto per PGA di 0,6 g e talvolta più alto. Inoltre, sono stati dimostrati vari gradi di controllo del danno. La ricerca continua a progredire, al fine di migliorare ulteriormente la sicurezza della vita e il controllo dei danni sulle strutture in legno.

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