Costruzioni in acciaio e legno - Università degli Studi ...web.unibas.it/ponzo/Files/Acciaio/Legno_1_2013.pdfViene assunto come indice approssimativo di resistenza del legno. Varia

03/06/2013

1

Costruzioni in acciaio e legnoModulo di costruzioni in legno

a.a. 2012-2013

IL MATERIALE DA COSTRUZIONE

Prof. Ing. Felice Carlo Ponzo

Univ. Degli studi della Basilicata

• Le caratteristiche fisiche e meccaniche del legno quale

materiale da costruzione.

• Costruzioni di legno in zona sismica, aspetti normativi ed

esecutivi.

• Il comportamento delle strutture di legno al fuoco.

• Il legno lamellare

Progettazione delle strutture in legno

03/06/2013

2

Caratteristiche generaliCaratteristiche generali

Il materiale legno si differenzia fondamentalmente da altri materiali

quali acciaio, calcestruzzo, pietre naturali, laterizi in quanto questi

sono normalmente COERENTI, OMOGENEI ed ISOTROPI.

Il legno possiede una struttura differenziata secondo un modello

costituito da CELLULE cave, con forme ed orientamenti peculiari,

organizzate in TESSUTI, che determina una sostanziale anisotropia

delle caratteristiche meccaniche


Specie legnoseSpecie legnose

GIMNOSPERME ANGIOSPERME

Monocotiledoni DicotiledoniConifere

Abete

Larice

Pino

Douglasia

ecc..

Res

ino

se

ag

hif

og

lie Palme Quercia

Faggio

Pioppo

Castagno

ecc…

lati

fog

lie

UNI 2853 (specie legnose italiane)

UNI 2854 (specie legnose esotiche coltivate in Italia)

UNI 3917 (specie legnose esotiche di importazione)

03/06/2013

3

Caratteristiche Istologiche del LegnoCaratteristiche Istologiche del Legno

DiSGG -Università della Basilicata - Potenza

1. Tessuti Meccanici

fondamentali o di Sostegno

Costituiscono il 60-80% del fusto degli alberi e

servono per conferire resistenza

2. Tessuti Conduttori

Sono formati da vasi ed hanno forma tubolare.

Si sviluppano nella direzione del fusto e servono alla conduzione dei succhi

3. Tessuti Parenchimatici

Servono per i fenomeni biologici connessi con

la vita e lo sviluppo dell’albero (Tessuto secretore)

L’attività biologica del legno è regolata dai

cicli stagionali grazie all’attività del CAMBIO

(strato generatore di cellule)

Cellula

fusiforme

Cellula vasale


11

1

22

4

34

3

5

6

1- zona primaverile

2- zona autunnale

3- fibrotracheidi del

tessuto meccanico

4- raggi midollari

5- canale resinifero

assiale

6- canale resinifero

orizzontale

cellulosa lignina emicellulose Altre

(estrattivi)

Conifere 50% 18% 26% 6%

Latifoglie 47% 27% 22% 4%

Composizione

chimica

03/06/2013

4


Caratteristiche Fisiche del LegnoCaratteristiche Fisiche del Legno

1. Colore

Dipende dalla specie legnosa e dall’umidità posseduta. Può variare anche all’interno dello

stesso fusto. Attacchi di funghi possono provocare colorazioni anomale, mentre unaprolungata esposizione alle intemperie porta ad una uniforme colorazione grigiastra.

2. Rapporto Massa/Volume

Viene assunto come indice approssimativo di resistenza del legno. Varia nel tempo in

relazione al contenuto di acqua.

Peso del legno fresco

Peso del legno ad umidità normale (dal 12 al 15%)

Peso del legno allo stato anidro (circa 1,53g/cm3) per tutte le specie legnose


Pu: peso all’atto della consegna

Pa: peso dopo essiccatura in forno

IGROMETRI

3. Relazione Legno-Acqua (Umidità)

Varia con le stagioni e all’interno del fusto

- in forma liquida

- forma gassosa

- collegata alle pareti cellulari

Umidità normale del legno 12%

100u a

a

P Pu

P

100u a

a

P Pu

P

03/06/2013

5



Perché è necessario procedere all’essiccazione del legno?

Evitare forti variazioni dimensionali per effetto di possibili

modificazioni dello stato igrometrico dell’aria

Porre il legno nelle migliori condizioni di resistenza allesollecitazioni meccaniche

Aumentare per quanto possibile la durabilità naturale dellegno nei confronti degli attacchi di funghi e insetti

03/06/2013

6


Le variazioni del contenuto di acqua generano dei movimenti nei tessuti

Corretto Sconsigliabile

RITIRO

Direzione assiale <1%

Direzione radiale dal 3 al 6%

Direzione tangenziale dal 5 al 12%

Caratteristiche generaliCaratteristiche generali

Le caratteristiche complessive dei tessuti sono influenzate, durante la

crescita, da fattori quali il CLIMA, L’INTERAZIONE CON ALTRE

PIANTE, la NATURA DEL SUOLO, azione della FAUNA e dell’UOMO.

Ulteriore differenza del legno rispetto ad altri materiali consiste nel

fatto che le CONDIZIONI AMBIENTALI di POSA IN OPERA possono

favorire alterazioni degradative o distruttive di origini biologica. Il legno

per certi gradi è insensibile invece ad azione della temperatura o

all’azione di gas o di alcuni prodotti chimici.


03/06/2013

7


Alterazione del LegnoAlterazione del Legno

1. Difetti

Deviazioni dalla normalità della struttura e delle caratteristiche fisiche: provocano

problemi di fruibilità e riducono le prestazioni meccaniche del materiale.

Difetti di Forma

Cipollature

Ferite e Fratture

Deviazioni delle fibre

Ovalizzazione degli anelli

Nodi


Cause di alterazione del LegnoCause di alterazione del Legno

1. Alterazioni Degradative

Modifiche indotte da agenti biologici, batteri, funghi etc.

Alterazioni provocate da insetti parassiti (Perdilegno rosso,

Cerambice delle querce, Formiche del legno, Tèrmiti…)

Alterazioni provocate da insetti sapròfiti (Capricorno delle case,

Lictidi, Tarlo dei mobili (anobium punctatum)…)

Alterazioni provocate da funghi (Spore…)

Alterazioni provocate da batteri (fenomeni di ossidazione,

fermentazione)

Alterazioni provocate da organismi marini (Teredini, Limnoria,

chelura…)

Categorie di rischioDURABILITA’ NATURALE DEL LEGNO

03/06/2013

8



Funghi



Insetti

03/06/2013

9


Meccanica del LegnoMeccanica del Legno

1. Anisotropia del Materiale

2. Presenza di difetti

3. Influenza delle variazioni di umidità e di temperatura sul

modulo di elasticità

Occorre definire la matrice elastica per materiali anisotropi. Il comportamento

elastico non è caratterizzato dai soli parametri E,n

Sono state definite le relazioni tra resistenza e difetti standardizzati. Alcuni

difetti possono coesistere

Si fa riferimento agli Studi dell’ASTM (American Society for Testing Materials)


Caratteristiche fisiche: deviazioni della fibraturaCaratteristiche fisiche: deviazioni della fibratura

||

|| cos

r fibre r fibre

i n n

r fibre r fibre

rsen

Hankinson

||

2 2 2

||( ) ( cos ) s

r fibre r fibre

i

r fibre r fibre r fibre

rsen en

Osgood

ri: coefficiente riduttivo della resistenza

03/06/2013

10


Umidità - temperaturaUmidità - temperatura

All’aumentare dell’umidità si riduce la resistenza del legno. Stesso

comportamento si riscontra in presenza di variazioni Termiche.

1212

12

12u

stato fresco i

C uC C

C u

. . . .100 0.5 ( 50)rel stag rel frR R

C è una qualsiasi caratteristica

Rrel è il rapporto tra la resistenza

reale e quella del legno netto della

stessa specie

Maggiorazione

da attribuire alle

caratteristiche

del legno in stato

fresco a seguito

della

stagionatura

Caratteristica 19% (mediamente 15%) 15% (mediamente 12%)

Resistenza a flessione 25% 35%

Modulo di elasticità 14% 20%

Compressione assiale 50% 75%

Compressione trasversale 50% 50%

Trazione longitudinale 25% 35%

Taglio o scorrimento lungo

la fibratura

8% 13%


Resistenza a CompressioneResistenza a Compressione

Poiché il legno è spiccatamente anisotropo occorre distinguere tra

compressione longitudinale e compressione trasversale.

Assiale

Trasversale

03/06/2013

11


2cos

2

,90,

,0,

,0,,,

sen

dcf

dcf

dcf

dtCompressione inclinata rispetto alla fibratura

Istruzioni CNR – DT206 - 2007

4.4.8.1.5 compressione inclinata rispetto alla fibratura4.4.8.1.5 compressione inclinata rispetto alla fibratura

Le Nuove Norme Tecniche per le Costruzioni 2008

4.4.8.1 Verifiche di resistenza4.4.8.1 Verifiche di resistenza


Resistenza a TrazioneResistenza a Trazione

Per legnami con massa volumica compresa fra 0.4 e 0.9 g/cmc la resistenza

a trazione varia fra 60 e 180 MPa, Valori 2-3 volte più alti di quelli a

compressione

Rapportando la resistenza a trazione alla massa volumica si ha che il legno

è più produttivo dell’acciaio

Variazione rispetto alle

deviazioni della Fibratura

12% 1%

4%c

u

12% 1%

4%c

u

Variazione rispetto all’umidità

La Resistenza a Trazione per carichi

Trasversali varia fra 1/30 e 1/70 della

resistenza a Trazione assiale

La Resistenza a Trazione per carichi

Trasversali varia fra 1/30 e 1/70 della

resistenza a Trazione assiale

03/06/2013

12


Resistenza a FlessioneResistenza a Flessione

Attualmente le travi

composte sono

prodotte mediante la

tecnica della

lamellazione

Si possono realizzare profili composti per far fronte a notevoli sollecitazioni

flessionali e ovviando alle limitazioni dimensionali dei tronchi

In passato le sezioni

venivano composte per

sovrapposizione di più

travi

Dentatura

Caviglie o biette

Grappe esterne

Tavole chiodate diagonalmente

Resistenza a Flessione – Lagno LamellareResistenza a Flessione – Lagno Lamellare

Incollaggio per l’assorbimento

degli sforzi di scorrimento

Il Legno massiccio è caratterizzato da accentuate dispersioni meccaniche.

Il riassemblaggio di parti limitate del tronco tende ad ovviare ai principali

difetti del legno massicio:

Limitata disponibilità dimensionale

degli elementi strutturali

Scarsa affidabilità, causa la

disomogeneità del tronco, e quindi

limitati valori dei carichi di

sicurezza che si possono assumere

ai fini dei calcoli

Instabilità morfologico-

dimensionale causata

principalmente da variazioni di

umidità

03/06/2013

13

Caratteristiche fisiche: CreepCaratteristiche fisiche: Creep

Scorrimento sotto carico “Creep” comportamento reologico del legno


0.3

,max

0.5

2

t

t

t

0.3

,max

0.5

2

t

t

t

,

,0

( ( ), ( ))t diff

t

t

f t E t

,

,0

( ( ), ( ))t diff

t

t

f t E t

,0

( )t

i

t

E

,0

( )t

i

t

E

Modulo elastico istantaneo

, ,0 , ,0 1 1t tot t t diff t t t

iE

, ,0 , ,0 1 1t tot t t diff t t t

iE

( )1

i

t

EE t

( )

1

i

t

EE t

Ranta - Maunus

Caratteristiche fisiche: CreepCaratteristiche fisiche: Creep

03/06/2013

14


NTC 2008 - 4.4.6 RESISTENZANTC 2008 - 4.4.6 RESISTENZA

M

kXK

dX

modValore di calcolo

Valore caratteristico della propietà del materialekX

Coefficiente parziale di sicurezza relativo al materialeM

Coefficiente correttivo, dipendente dalla durata del carico e dall’umidità

della strutturamodK




Diversi valori dei coefficienti di sicurezza tra le NTC 2008 e la CNR – DT206/2007

NTC 2008

03/06/2013

15




Diversi valori dei coefficienti di sicurezza tra le NTC 2008 e la CNR – DT206/2007

CNR – DT206/2007

4.4.6 RESISTENZA4.4.6 RESISTENZA

Valori del

coefficiente

Kmod


03/06/2013

16




esecutivi.




Legno e Sisma: binomio impossibile?Legno e Sisma: binomio impossibile?

Quali sono le caratteristiche che rendono una struttura

adatta a resistere alle azioni sismiche?

LEGGEREZZA

RESISTENZA

DIFETTI:

FRAGILITA’

RIGIDEZZA

(duttilità concentrata nei nodi)

Carichi di breve

durata

DUTTILITÀ E CAPACITÀ DISSIPATIVA

03/06/2013

17



- Pesi per unità di volume variano tra i 500 Kg/mc Fino a 700 Kg/mc).

- Il rapporto resistenza/peso è circa uguale a quello dell’acciaio e 5

volte maggiore quello del calcestruzzo.

LEGGEREZZA

RESISITENZA

- La resistenza del legno è dello stesso ordine di grandezza di quella del

calcestruzzo ed è presente sia a trazione che a compressione. Per

sollecitazione di flessione la resistenza varia da un minimo di 10.8 MPa

a 22.8 MPa.

- Poiché il legno ha un comportamento viscoso le sue caratteristiche di

resistenza variano al variare della durata di applicazione dei carichi. In

particolare per carichi istantanei le resistenze sono mediamente del

50% superiori e più del 100% superiori per trazione ortogonale alla

fibratura.



DEFORMABILITA’

- Le strutture in legno sono generalmente più deformabili. Per le

conifere europee il modulo di elasticità varia da un minimo di 8000

MPa a un massimo di 12000 MPa, con incrementi del 20% per carichi

istantanei. - Tipicamente il modulo elastico è 1/3 del modulo elastico

delle strutture in calcestruzzo.

- Ciò comporta bassi valori di rigidezza e quindi un’elevata flessibilità,

che si può tradurre in un aumento del periodo fondamentale di

vibrazione e quindi, in condizioni favorevoli, in una diminuzione

dell’intensità dell’azione sismica sulla struttura.

03/06/2013

18



A causa della presenza di nodi e di difetti, il legno strutturale ha un

comportamento tipicamente fragile. Per piccoli difetti, comunque, il

legno esibisce una certa duttilità nei confronti della flessione (non

maggiore di 2) a causa della plasticizzazione delle fibre compresse.

Inoltre, quando non occorre la plasticizzazione le sezioni si comportano

in maniera elastica, con cicli di isteresi “schiacciati” e bassa dissipazione

di energia.

Nel caso di compressione ortogonale alla fibratura il legno si presenta

duttile, con duttilità di 5-10.

FRAGILITA’

Nei confronti delle strutture di legno c'è stata in Italia, in passato, una lacuna

normativa penalizzante per i progettisti, le imprese e, soprattutto, i

committenti e gli utenti finali.

In meno di 30 anni (1935-1962) il ruolo delle costruzioni in legno è stato

ribaltato da “tipologia tradizionale ed efficace" a “scarsamente

affidabile”.

Di fatto, la mancanza di una specifica normativa cogente ha contribuito a

frenare la diffusione delle strutture di legno in Italia, mentre nel resto

d’Europa si assisteva ad una generalizzata crescita nell’impiego di questo

materiale.

La mancanza di una norma è stata la causa (e non l'effetto) della diffidenza

da parte delle Pubbliche Amministrazioni verso questo materiale di

consolidata efficienza strutturale, ed ha contribuito a giustificare la scarsa

attenzione riservata al legno nella formazione di un paio di generazioni di

professionisti.

Costruire con il legno – Normative

03/06/2013

19

Tabella 1 - Cronologia Sintetica delle norme sulle strutture di legno

Anno

1909

Provvedimento

Il RD n. 193 promulgato a seguito del terremoto di Messina cita la

“muratura animata”, costituita da intelaiature in legno riempite da

muratura, come il più tipico ed efficace sistema antisismico, ed il solo

ammesso per edifici multipiano (la muratura ordinaria è ammessa solo

per edifici ad un piano).

Costruire con il legno – Aspetti generali

1916

1935

Vari decreti forniscono

istruzioni relative ai

“nuovi sistemi

costruttivi” (cemento

armato e strutture

metalliche),

considerati come

alternativa a quelli

tradizionali.

1962 La Legge n. 1684 prescrive

che le “costruzioni in

legname” sono ammissibili

solo previo “motivato nulla

osta” del Genio Civile.

1974 La Legge n. 64, ancora

vigente, richiede

l’emanazione di specifiche

regole tecniche per i vari

materiali.

Tabella 1 - Cronologia Sintetica

delle norme sulle strutture di legno


03/06/2013

20


Anno

1996

Provvedimento

Vengono adottati con DM LLPP gli Eurocodici 2 e 3 nonostante siano

ancora norme sperimentali (ENV), e vengono rilasciati dal Ministero i

relativi Documenti di Applicazione Nazionale.

L’Eurocodice 5, anch'esso pronto come ENV, non riceve analogo

trattamento. Ma inizia presso il Ministero LLPP il lavoro di una specifica

commissione incaricata della redazione delle “Norme tecniche Italiane

per la progettazione, esecuzione e collaudo delle costruzioni di legno”(in acronimo “N.I.CO.LE”), che avrebbero dovuto essere una versione

semplificata ed italianizzata dell'EC5.

2002 La bozza di “N.I.CO.LE” è pronta e, acquisito il parere favorevole del

CNR, è in votazione al Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici in attesa

di essere pubblicata come Decreto Ministeriale.



Anno

2003

2005

Provvedimento

L’OPCM n. 3274 cita gli edifici a struttura di legno tra i sistemi

costruttivi ammessi in zona sismica, elimina le limitazioni in altezza

per le strutture “interamente realizzate in legno lamellare” (le

limitazioni restano per il legno massiccio, largamente usato in Europa,

Nordamerica e Giappone), inizia a fare riferimento ai principi

dell’Eurocodice 8, ma non fissa regole di calcolo specifiche per le

strutture di legno. Nel Capitolo 9 “Edifici con struttura di legno” le regole

vengono subordinate alla “emanazione delle “N.I.CO.LE”.

L’OPCM n. 3431 colma finalmente il vuoto normativo introducendo nel

Capitolo 9 un breve testo che riprende i principi degli Eurocodici 8 e 5.

L’aspetto più importante è presente nel “campo di applicazione”: le

prescrizioni sono da intendere quali integrazioni delle regole di

“pertinenti prescrizioni tecnico - normative italiane, quando disponibili”.

Poiché nel frattempo l’Eurocodice 5 è stato pubblicato come norma UNI

EN definitiva e, il cerchio finalmente sembra chiuso.


03/06/2013

21


Anno

2005

2007

2008

Provvedimento

Le nuove Norme Tecniche per le Costruzioni, emanate sempre nel

2005, sconvolgono nuovamente le regole: ci sono sostanziali differenze

con L'Eurocodice 5, che penalizzano questo materiale.

Vengono emanate a cura del Consiglio Nazionale delle Ricerche, previa

istruttoria della Commissione di studio per la predisposizione e l’analisi

di Norme Tecniche relative alle Costruzioni le Istruzioni CNR-DT

206/2007 per la Progettazione, l’Esecuzione ed il Controllo di Strutture

in Legno. Il documento risulta in accordo con quanto contenuto negli

eurocodici 5 e 8 ed ha l’ambizione di porsi come punto di riferimento

nel processo di trasferimento dell'innovazione nell'importante segmento

tecnologico delle applicazioni strutturali dei moderni materiali lignei.

Viene Emanato il nuovo testo per le Norme Tecniche per le Costruzioni

(D.M. 14 gennaio 2008)


NTC 2008 - 4.4.9 CollegamentiNTC 2008 - 4.4.9 Collegamenti

I collegamenti giocano un ruolo fondamentale nelle strutture in legno, dato che in

essi si devono sviluppare i meccanismi dissipativi, mentre gli elementi devono

restare in campo elastico.

7.1 (CNR-DT206/2007) Collegamenti7.1 (CNR-DT206/2007) Collegamenti

I collegamenti si distinguono nei due seguenti tipi:

- collegamenti di carpenteria lignea, realizzati per lavorazione delle superfici di

contatto (carpentry joint) – sollecitazioni trasmesse direttamente tramite sforzi di

compressione;

- collegamenti meccanici, la trasmissione degli sforzi avviene prevalentemente

attraverso appositi elementi metallici e, eventualmente, con la presenza di adesivi

(mechanical joint).

03/06/2013

22

NTC 2008 - 4.4.9 CollegamentiNTC 2008 - 4.4.9 Collegamenti

ASSEMBLAGGI MODERNI

Deformabilità

Resistenza

NTC 2008 - 7.1 (CNR-DT206/2007) CollegamentiNTC 2008 - 7.1 (CNR-DT206/2007) Collegamenti

Le unioni meccaniche- unioni con mezzi di unione metallici a gambo cilindrico (bullone, chiodo, spinotto o

elemento simile, con superfici lisce o zigrinate);

03/06/2013

23

NTC 2008 - 7.1 (CNR-DT206/2007) CollegamentiNTC 2008 - 7.1 (CNR-DT206/2007) Collegamenti

Le unioni meccaniche

- unioni con connettori metallici di superficie (caviglie, anelli, piastre dentate)



UNIONI

Comportamento meccanico dei collegamenti

03/06/2013

24



UNIONI

Duttilità delle Unioni Meccaniche

Le unioni meccaniche in generale esibiscono uno spiccato comportamento

plastico, a patto che vengano rispettati i requisiti usuali inerenti le distanze

dai bordi e dalle estremità. Questo è dovuto al rifollamento del legno

stesso, accoppiato con la plasticizzazione e la capacità di dissipare

energia degli elementi di acciaio.

F

Fy

Fu

vy vu

Diagramma Forza-

Spostamento per carico

monotono



UNIONI

Duttilità delle Unioni Meccaniche: comportamento ciclico

e dissipazione di energia

03/06/2013

25


Legno e Sisma: Aspetti NormativiLegno e Sisma: Aspetti Normativi

Gli edifici sismoresistenti in legno devono essere progettati con una

concezione strutturale in accordo ad uno dei seguenti comportamenti:

a) comportamento strutturale dissipativo (CDA o CDB);

b) comportamento strutturale scarsamente dissipativo.

- Le zone dissipative debbono essere localizzate nei collegamenti;

- le membrature lignee debbono essere considerate a comportamento

elastico.

- Per le strutture progettate secondo il comportamento b), gli effetti

devono essere calcolati mediante un ’ analisi elastica globale,

assumendo un fattore di struttura q non superiore ad 1,5.

Nuova normativa NTC 2008

(7.7.1 Aspetti concettuali della progettazione)

NTC 2008 – (7.7.2 Aspetti della progettazione)NTC 2008 – (7.7.2 Aspetti della progettazione)

Qualora si faccia affidamento a comportamenti strutturali dissipativi (CD “A” o

“B”), in mancanza di più precise valutazioni teoriche e sperimentali, si devono

applicare le regole seguenti:

a) nelle zone considerate dissipative possono essere utilizzati solamente

materiali e mezzi di unione che garantiscono un adeguato comportamento

di tipo oligociclico;

b) le unioni incollate devono essere considerate in generale come non

dissipative;

c) i nodi di carpenteria possono essere utilizzati solamente quando questi

possono garantire una sufficiente dissipazione energetica

03/06/2013

26

NTC 2008 - 7.7.1 aspetti della progettazioneNTC 2008 - 7.7.1 aspetti della progettazione

Adeguato comportamento oligociclico

NTC 2008 -7.7.3 – Tipologie strutturali e fattori di strutturaNTC 2008 -7.7.3 – Tipologie strutturali e fattori di struttura

03/06/2013

27


7.7.3 – Tipologie strutturali e fattori di struttura

Strutture leggere con sistemi a pannelli chiodati o bullonati (alta capacità

dissipativa)

Progetto e verifica delle sezioni in legno secondo le NTC2008Progetto e verifica delle sezioni in legno secondo le NTC2008




Strutture leggere, sistema nord-americano Platform-frame (alta capacità

dissipativa)

03/06/2013

28

Legno e Sisma: SperimentazioneLegno e Sisma: Sperimentazione

Fattore di struttura q

Legno e Sisma: SperimentazioneLegno e Sisma: Sperimentazione

03/06/2013

29



Strutture in legno lamellare, portali di capannoni, palestre ecc.

(bassa capacità dissipativa)




- Tutte le strutture che non rispettano le condizioni richieste per le CD “A” o “B”si debbono considerare come strutture aventi una scarsa capacità di dissipazione

energetica, alle quali si assegna un fattore di struttura q ≤ 1,5.

- Strutture isostatiche in genere, archi a due cerniere, travi reticolari con

connettori, in mancanza di specifiche valutazioni, sono da considerare come

strutture aventi una scarsa capacità di dissipazione energetica, alle quali si deve

dunque assegnare un fattore di struttura q0 non superiore a 1,5.

- Al fine di garantire valori del fattore di struttura q superiori ad 1,5, le zone

considerate dissipative devono essere in grado di deformarsi plasticamente per

almeno tre cicli a inversione completa, con un rapporto di duttilità statica pari a

4 per le strutture in CD “B” e pari a 6 per le strutture in CD “A”, senza che si

verifichi una riduzione della loro resistenza maggiore del 20%.


03/06/2013

30



Le zone dissipative, possono considerarsi tali, se sono soddisfatte le seguenti

condizioni:

a) i collegamenti legno-legno o legno-acciaio sono realizzati con perni o con chiodi

aventi diametro d non maggiore di 12 mm ed uno spessore delle membrature lignee

collegate non minore di 10d;

b) nelle pareti e nei diaframmi con telaio in legno, il materiale di rivestimento

strutturale è di legno o di materiale da esso derivato, con uno spessore minimo

pari a 4d e con diametro d dei chiodi non superiore a 3,1 mm.




Qualora tutte le precedenti prescrizioni non siano soddisfatte, ma sia almeno assicurato lo

spessore minimo degli elementi collegati pari, rispettivamente, a 8d per il caso a) e a 3d per il

caso b), si devono utilizzare valori ridotti del coefficiente q0 con i valori massimi presentati in

Tab. 7.7.II.


03/06/2013

31


7.7.4 – Analisi Strutturale

- Messa in conto della deformabilità dei collegamenti;

- Utilizzo dei valori di modulo elastico per “azioni istantanee”, ricavati a partire

dai valori medi di modulo elastico degli elementi resistenti.

-Gli impalcati devono essere in generale assunti con la loro deformabilità; possono

essere assunti come rigidi nel modello strutturale, senza necessità di ulteriori

verifiche se:

a)sono state rispettate le disposizioni costruttive date nel successivo § 7.7.5.3 per

gli impalcati o, in alternativa se pertinente,§ 7.7.7.2

b) eventuali aperture presenti non influenzano significativamente la rigidezza

globale di lastra nel proprio piano.


7.7.4 – Analisi Strutturale

03/06/2013

32



7.7.5 – Disposizioni costruttive

Le membrature compresse ed i loro collegamenti (come per esempio i giunti di

carpenteria), per cui possa essere prevedibile il collasso a causa dell’inversione

di segno della sollecitazione, devono essere progettati in modo tale che non si

verifichino separazioni, dislocazioni, disassamenti.

Le strutture con zone dissipative devono essere progettate in modo che tali zone siano

localizzate principalmente in quei punti della struttura dove eventuali plasticizzazioni,

instabilità locali o altri fenomeni dovuti al comportamento isteretico non

compromettano la stabilità globale della struttura.

7.7.5.2 – Collegamenti



7.7.6 – Verifiche di sicurezza

I valori di resistenza degli elementi di legno fanno riferimento a carichi di tipo

“istantaneo”, nelle condizioni di servizio assunte per la struttura.

Al fine di garantire lo sviluppo del comportamento ciclico dissipativo in

corrispondenza delle zone assunte come dissipative, tutti gli altri elementi

strutturali e/o connessioni devono essere progettati con adeguati valori di

sovraresistenza. Tale requisito di sovraresistenza si applica, in particolare, a:

a)collegamenti di elementi tesi o qualsiasi collegamento alle strutture di

fondazione;

b) collegamenti tra diaframmi orizzontali ed elementi verticali di controvento.

03/06/2013

33



7.7.7 - Regole di dettaglio

7.7.7.1 Disposizioni costruttive per i collegamenti

Perni e bulloni di diametro d superiore a 16 mm non devono essere utilizzati nei

collegamenti legno-legno e legno-acciaio, eccezion fatta quando essi siano utilizzati

come elementi di chiusura dei connettori e tali, quindi, da non influenzare la

resistenza a taglio.

Nel caso di tensioni perpendicolari alla fibratura, si devono osservare disposizioni

aggiuntive al fine di evitare l’innesco di fratture parallele alla fibratura (splitting).

NCT 2008 - 4.4.12 e.13 Robustezza e DurabilitàNCT 2008 - 4.4.12 e.13 Robustezza e Durabilità

In relazione alla classe di servizio della struttura e alle condizioni di carico, dovrà

essere predisposto in sede progettuale un programma delle operazioni di

manutenzione e di controllo da effettuarsi durante l’esercizio della struttura.

Requisiti di robustezza strutturale:- la protezione della struttura e dei suoi elementi componenti nei confronti

dell’umidità;

- l’utilizzazione di mezzi di collegamento intrinsecamente duttili o di sistemi di

collegamento a comportamento duttile;

- l’utilizzazione di elementi composti a comportamento globalmente duttile;

- la limitazione delle zone di materiale legnoso sollecitate a trazione

perpendicolarmente alla fibratura, soprattutto nei casi in cui tali stati di sollecitazione

si accompagnino a tensioni tangenziali (come nel caso degli intagli) e, in genere,

quando siano da prevedere elevati gradienti di umidità nell’elemento durante la sua

vita utile.

Durabilità:

03/06/2013

34


Materiali derivati da legno usati per scopo costruttivoMateriali derivati da legno usati per scopo costruttivo

COMPENSATI

Riduzione in fogli sottili mediante

sfogliatura o tranciatura. Segue

la taglierinatura, essiccazione,

bonifica, incollaggio e

pressatura e infine la finitura.

PANNELLI DI FIBRE

Frammentazione della materia

prima (chippatura), riduzione dei

frammenti in unità fibrose,

formazione del materasso,

pressatura e finitura.



PANNELLI DI PARTICELLE

(TRUCIOLARI)

Frammentazione o truciolatura,

essiccazione delle particelle,

selezionamento delle particelle,

incollaggio, distribuzione,

pressatura, rifinitura.

PANNELLI DI LANA DI LEGNO

Riduzione in lunghi trucioli,

impastaggio con malte di tipo

cementizio o magnesiaco.

03/06/2013

35



PANNELLI COMPOSTI (SANDWICH)

Tamburato: si interpone tra due

strati esterni in fibratura incrociata

incollata uno strato interno leggero

(es. reticolato di listelli di legno)

Coibentazione: con strato interno in

polistirene o altro materiale isolante

PANNELLI DI ALTRI TIPI




esecutivi.



03/06/2013

36

Sicurezza contro l’incendio dellestrutture in legno

Strutture in legno

SISMA + INCENDIO

Sisma e successivo incendio, terremoto di Lisbona 1755 e

di San Francisco 1906.

03/06/2013

37

Resistenza al fuoco

Viene valutata in base al tempo (in minuti) occorrente perché la struttura perda di resistenza.

Contrariamente a quanto si potrebbe pensare, la resistenza al fuoco del legno è buona.

La velocità di penetrazione della carbonizzazione durante un incendio è dell’ordine di

1mm/min: prima che una trave arrivi a perdere la sua capacità portante passa molto tempo!

A seguito di un incendio gli elementi metallici hanno ceduto piegandosi sugli elementi di legno: questi ultimi hanno

ridotto la propria sezione – è evidente dalla sporgenza dei chiodi che presumibilmente prima dell’incendio erano

completamente infissi nel legno – ma hanno resistito all’incendio (da Glulam, W.A. Chugg, Benn, London, 1964).

[da La resistenza al fuoco delle strutture di legno di M. Follesa e M. Lauriola, in “Recupero e Conservazione”n.39]

SVILUPPO DELL’INCENDIO

L’incendio viene di solito distinto in tre fasi schematiche:

1. fase iniziale o di accensione: va dall’apparire delle fiamme

fino al cosiddetto “flashover” o stato irreversibile (simultanea

ignizione di tutti i materiali combustibili) al di là del quale vi è

scarsa probabilità che l’incendio si spenga da solo, in tale

fase la Tmedia è intorno ai 500-600°C;

2. fase di incendio vero e proprio o a Vcomb.costante: dopo il

“flashover” la temperatura cresce in modo esponenziale fino

al valore massimo (1000°C e più);

3. fase di estinzione o di raffreddamento: che va dal punto di

temperatura massima fino all’estinzione totale; tale fase si

ritiene ultimata quando la Tmedia raggiunge circa 300°C.

Strutture in legno

03/06/2013

38

Strutture in legno

SVILUPPO DELL’INCENDIO:

Curva di “incendio reale”

Strutture in legno

Caratteristiche all’incendio:

- Materiale combustibile: durante l ’ incendio gli elementi strutturali

esposti subiscono una riduzione di massa;

- Bassa conducibilità termica: (circa 0.15 W/mK), perciò esso si comporta

come un buon isolante termico.

Meccanismo della combustione del legno

1°stadio: riscaldamento con conseguente perdita d’acqua;

2°stadio: il riscaldamento provoca la decomposizione del legno con

liberazione di sostanze volatili, che mescolandosi con l’aria, danno luogo a

miscele combustibili. La temperatura d’ ignizione può assumere valori di 200-

300°C;

3°stadio: combustione della parte solida, per lo più frazione carboniosa, la

combustione procede verso l’interno con velocità finita, chiamata “velocità di

penetrazione della carbonizzazione”.

03/06/2013

39

Durante la combustione si possono distinguere tre zone

all’interno della sezione:

Zona Carbonizzata: situata all’esterno della sezione, in essa non si

considera più alcuna caratteristica di resistenza;

Zona Alterata: strato intermedio dello spessore di alcuni millimetri, in

cui le caratteristiche meccaniche sono degradate;

Zona Interna: parte della sezione non ancora investita dal fuoco, in

tale zona le caratteristiche meccaniche sono pressochè inalterate.

Strutture in legno

Valutazione della sicurezza: con la CNR_DT206_2007

Si assume che le proprietà meccaniche della sezione lignea residua, ad una certa distanza

dallo strato carbonizzato, non risultino ridotte rispetto alle condizioni standard.

Metodi di valutazione della sicurezza :

- Analisi globale della struttura;

- L’analisi di parti della struttura, considerando in modo approssimato

l’interazione tra le diverse parti della struttura;

- L’analisi di singoli elementi, considerando come condizioni iniziali al

contorno quelle corrispondenti alle normali condizioni di servizio.

Strutture in legno

03/06/2013

40


Si definiscono i seguenti termini che nel seguito saranno utilizzati, con riferimento alla

sezione trasversale di un generico elemento di legno:

- linea di carbonizzazione: confine tra strato carbonizzato e sezione trasversale

residua;

- sezione trasversale residua: sezione trasversale originaria ridotta dello strato

carbonizzato;

- sezione trasversale efficace: sezione trasversale originaria ridotta dello strato

carbonizzato e di un successivo strato in cui si considerano nulli i valori di

resistenza e di rigidezza.

Strutture in legno


RESISTENZA DI UN ELEMENTO LIGNEO ESPOSTO AL FUOCO

Per il singolo elemento ligneo esposto al fuoco, in assenza di valutazioni più rigorose, si può

fare riferimento al calcolo della cosiddetta “sezione efficace” in corrispondenza del tempo t

richiesto di resistenza al fuoco, corrispondente alla sezione originaria ridotta di:

Strutture in legno

03/06/2013

41


Velocità di carbonizzazione

Per quanto riguarda la velocità di carbonizzazione b0, in mancanza di valutazioni

sperimentali dirette effettuate in accordo alle pertinenti normative CEN, si può fare

riferimento a quanto riportato nella Tabella 12.1.

Strutture in legno

Strutture in legno

fiM

kfififid

fKKf

,

mod,,

fiM

fififid

SKKS

,

5.0mod,,


Resistenze e moduli elastici di progetto della sezione efficace

dove:

fk, S0.5 sono i valori di una generica proprietà di resistenza del materiale o di modulo di

elasticità a temperatura normale (si vedano le tabelle riportate in Appendice 4);

fd,fi, Sd,fi sono i valori di progetto di una proprietà di resistenza o di modulo di elasticità del

materiale;

kfi è il coefficiente da assumere pari a 1.25 per il legno massiccio e a 1.15 per il legno

lamellare incollato e pannelli derivati dal legno;

M,fi =1.0 è il coefficiente parziale di sicurezza in situazione di incendio;

kmod,fi =1.0 sostituisce il parametro kmod a temperatura ambiente.

03/06/2013

42

Strutture in legno


Resistenza di un collegamento esposto al fuoco

I collegamenti con elementi metallici o le parti della struttura realizzate con elementi

metallici rappresentano, generalmente, il vero punto di debolezza della struttura lignea nei

confronti dell’azione incendio.

Le parti metalliche:

- Costituiscono elemento di trasmissione di calore anche all’interno della massa lignea;

- Presentano, se esposte al fuoco, deformazioni incompatibili con la statica globale della

struttura (elementi di controvento, elementi tesi in genere ecc.).

Strutture in legno


Resistenza di un collegamento esposto al fuoco

Le cosiddette unioni “non protette” (cioè unioni realizzate con elementi metallici

esposti, in tutto o in parte), progettate correttamente per le combinazioni a

temperatura ambiente e purché a comportamento statico globalmente simmetrico,

possono essere generalmente considerate soddisfacenti alla classe di resistenza R15

o R20, secondo quanto indicato in Tabella.

03/06/2013

43




esecutivi.


• Verifiche di resistenza





03/06/2013

44


11.7.1.1 Proprietà dei materiali11.7.1.1 Proprietà dei materiali






03/06/2013

45


1

1

,,

,,

,,

,,

,,

,,

,,

,,

dzm

dzm

dym

dym

m

dzm

dzm

m

dym

dym

ffK

fK

f

Sollecitazione di Flessione

Coefficiente Km, tiene conto convenzionalmente della ridistribuzione delle tensioni e della

disomogeneità del materiale nella sezione trasversale

Km=0.7 per sezioni trasversali rettangolari

1.0 per altre sezioni trasversali

4.4.8.1.6 Verifiche di resistenza (Flessione)4.4.8.1.6 Verifiche di resistenza (Flessione)




1

1

,,

,,

,,

,,

,0,

,0,

,,

,,

,,

,,

,0,

,0,

dzm

dzm

dym

dym

m

dt

dt

dzm

dzm

m

dym

dym

dt

dt

ffK

f

fK

ff

Sollecitazione Tensoflessione

Sollecitazione Pressoflesione

1

1

,,

,,

,,

,,

2

,0,

,0,

,,

,,

,,

,,

2

,0,

,0,

dzm

dzm

dym

dym

m

dc

dc

dzm

dzm

m

dym

dym

dc

dc

ffK

f

fK

ff

4.4.8.1.7/8 Verifiche di resistenza (Tenso e presso Flessione)4.4.8.1.7/8 Verifiche di resistenza (Tenso e presso Flessione)

03/06/2013

46


Sollecitazione di taglio

Sollecitazione di torsione

dvf

d ,

dvf

shk

dtor ,,

Ksh=

1.2 per sezioni circolari piene

1+0.15 h/b ≤ 2 per sezioni rettangolari piene, di lati b e h, b ≤ h

1.0 per altri tipi di sezioni

Sollecitazione combinata di taglio e torsione 1

2

,,

,

dv

d

dvsh

dtor

ffk

4.4.8.1.9/10 Verifiche di resistenza (Taglio e Torsione)4.4.8.1.9/10 Verifiche di resistenza (Taglio e Torsione)


d calcolata con teoria Jourawski


Instabilità di trave 1

,,

,

dm

fmcrit

k

dm

mrel,,

2

mrel,,

mrel,

1.4per 1

4.10.75per 75.056.1

75.0per 1

mrel

mrelKcrit,m =

critm

km

mrel

f

,

,

,

4.4.8.2.1 Verifiche di Stabilità (Instabilità di trave)

- elementi inflessi -

4.4.8.2.1 Verifiche di Stabilità (Instabilità di trave)

- elementi inflessi -


03/06/2013

47


Elementi compressi Instabilità di colonna 1

,0,,

,0,

dc

fccrit

k

dc

05.0

,0,

,

,0,

,E

ff kc

critc

kc

crel

crel

ccrit

kkk

,22

,

1

crelcrelck ,2

, 3.015.0 b

bc è il coefficiente di imperfezione, che, se gli elementi rispettano i limiti di rettilineità

definiti al § 4.4.15, può assumere i seguenti valori:

-0.2 per legno massiccio;

-0.1 per legno lamellare.

4.4.8.2.2 Verifiche di Stabilità (Instabilità di colonna)4.4.8.2.2 Verifiche di Stabilità (Instabilità di colonna)

Documents

Costruzioni in acciaio e legno - Università degli Studi ...web.unibas.it/ponzo/Files/Acciaio/Legno_1_2013.pdfViene assunto come indice approssimativo di resistenza del legno. Varia