Progettazione delle strutture in legno

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1 PROGETTAZIONE STRUTTURALE prof. ing. anna saetta iuav venezia Progettazione delle strutture in legno CRITERI DI PROGETTAZIONE E VERIFICA ESEMPI APPLICATIVI Ph.D. eng. Luca Pozza luca.pozza2@unibo.it Dipartimento ICAM Università di BOLOGNA Giovedì 17 Aprile 2018

2 SOMMARIO APPROCCIO NORMATIVO PER LA VERIFICA DI ELEMENTI LIGNEI APPLICAZIONE DELLE FORMULE DI VERIFICA AD UN SOLAIO NUOVO STRUTTURE ESISTENTI IN LEGNO - rilievo e diagnosi ESEMPIO DI CONSOLIDAMENTO ESTRADOSSALE DI UN SOLAIO ESISTENTE CON LA TECNICA LEGNO-LEGNO STRUTTURE ESISTENTI IN LEGNO - criteri di intervento per il miglioramento sismico

3 APPROCCIO NORMATIVO PER LA VERIFICA DI ELEMENTI LIGNEI

4 APPROCCIO NORMATIVO Le caratteristiche meccaniche del legno in dimensione d uso sono definite mediante prove sperimentali realizzate con modalità di applicazione del carico e in condizioni ambientali standard. Il legno in esercizio si trova ad operare in condizioni differenti da quelle delle prove sperimentali in quanto: Le condizioni ambientali sono differenti da quelle di prova in termini di umidità La durata del carico è differente da quella impiegata nell esecuzione della prova COMPORTAMENTO IGROSCOPICO COMPORTAMENTO VISCOSO Le normative tengono conto di tali comportamenti attraverso due diversi coefficienti: K mod e K def

5 APPROCCIO NORMATIVO LA NORMATIVA TIENE CONTO DELL EFFETTO COMBINATO DELL UMIDITA E DELLA DURATA DEL CARICO: 1. ASSEGNANDO LE STRUTTURE LIGNEE A CLASSI DI SERVIZIO 2. ASSEGANDO LE AZIONI A CLASSI DI DURATA DEL CARICO NELLE VERIFICHE DI RESISTENZA VIENE UTILIZZATO IL COEFFICIENTE CORRETTIVO DELLA RESISTENZA DEL MATERIALE K mod NELLE VERIFICHE DI DEFORMABILITA VIENE UTILIZZATO IL COEFFICIENTE CORRETTIVO DEL MODULO ELASTICO DEL MATERIALE 1/(1+K def ) MATERIALE CLASSE DI SERVIZIO DURATA DEL CARICO K mod MATERIALE CLASSE DI SERVIZIO K def La definizione delle classi di servizio e della durata dei carichi e dei coefficienti correttivi K mod e K def è indicata dalla normativa

6 APPROCCIO NORMATIVO durata del carico

7 APPROCCIO NORMATIVO classi di servizio Possono appartenere alla classe di servizio 1 gli elementi lignei protetti contro le intemperie come quelli posti all interno di edifici. Possono appartenere alla classe di servizio 2 gli elementi lignei posti all esterno degli edifici ma protetti, almeno parzialmente, dalle intemperie e dall irraggiamento solare. Possono appartenere alla classe di servizio 3 gli elementi lignei posti all esterno direttamente esposti alle intemperie.

8 APPROCCIO NORMATIVO coefficiente K mod Valori di K mod: tabella 4.4.IV NTC 2008 Non vi è differenza tra legno massiccio e legno lamellare L influenza della colla è rilevante per i carichi permanenti

9 APPROCCIO NORMATIVO coefficiente Kdef

10 APPROCCIO NORMATIVO coefficiente K def Prestare molta attenzione quando si mettono in opera travi non essiccate w>20%

11 APPROCCIO NORMATIVO metodo di verifica Le verifiche di resistenza di un elemento strutturale possono essere condotte seguendo due diverse criteri di verifica: 1. APPROCCIO ALLE TENSIONI AMMISSIBILI - TA 2. APPROCCIO AGLI STATI LIMITE - SL L APPROCCIO ALLE TENSIONI AMMISSIBILI APPLICA: - dei coefficienti riduttivi alla resistenza dei materiali - lascia invariata l entità dei carichi di progetto L APPROCCIO AGLI STATI LIMITE APPLICA: - dei coefficienti riduttivi alla resistenza dei materiali - dei coefficienti amplificativi dei carichi di progetto Resistenze ridotte Carichi di progetto TA Resistenze ridotte Carichi amplificati SL Faremo riferimento al metodo degli SL per coerenza con l approccio normativo sulla valutazione dell influenza dell umidità e della durata del carico sulla resistenza dei materiali

12 APPROCCIO NORMATIVO metodo di verifica STATI LIMITE ULTIMI Verifiche di Resistenza: Dato che i valori caratteristici dei materiali sono determinati in base all'assunzione che esista una relazione lineare fra tensione e deformazione fino a rottura, la verifica della resistenza di singoli elementi deve essere anch'essa basata sulla medesima relazione lineare. Le verifiche di resistenza di una sezione consistono in semplici verifiche tensionali. f max d tensione di calcolo resistenza di calcolo dove - g m è il coefficiente parziale di sicurezza relativo al materiale - k mod è un coefficiente correttivo che tiene conto dell effetto, sui parametri di resistenza, sia della durata del carico (classe di durata del carico) sia dell umidità della struttura (classe di servizio)

13 APPROCCIO NORMATIVO metodo di verifica NTC2008

14 APPROCCIO NORMATIVO metodo di verifica TRAZIONE PARALLELA ALLA FIBRATURA dove: t,0,d f t,0,d è la tensione di calcolo a trazione parallela alla fibratura calcolata sulla sezione netta; ft,0,d è la corrispondente resistenza di calcolo, determinata tenendo conto anche delle dimensioni della sezione trasversale mediante il coefficiente kh, come definito al Nelle giunzioni di estremità si dovrà tener conto dell eventuale azione flettente indotta dall eccentricità dell azione di trazione attraverso il giunto: tali azioni secondarie potranno essere computate, in via approssimata, attraverso una opportuna riduzione della resistenza di calcolo a trazione (in letteratura è suggerito 0.60). t,0,d COMPRESSIONE PARALLELA ALLA FIBRATURA dove: c,0,d f c,0,d è la tensione di calcolo a compressione parallela alla fibratura; fc,0,d è la corrispondente resistenza di calcolo Deve essere inoltre effettuata la verifica di instabilità per gli elementi compressi, come definita al c,0,d

15 APPROCCIO NORMATIVO metodo di verifica FLESSIONE SEMPLICE m, yd M W yd y m, zd M W zd z

16 APPROCCIO NORMATIVO metodo di verifica FLESSIONE M z

17 APPROCCIO NORMATIVO metodo di verifica TAGLIO La resistenza a taglio per rotolamento delle fibre (rolling shear) si può assumere non maggiore di due volte la resistenza a trazione in direzione ortogonale alla fibratura

18 APPROCCIO NORMATIVO metodo di verifica TRAZIONE ORTOGONALE ALLA FIBRATURA COMPRESSIONE ORTOGONALE ALLA FIBRATURA PER QUESTI STATI DI TENSIONE DIVENTA IMPORTANTE LO STUDIO DEL DETTAGLIO COSTRUTTIVO

19 APPROCCIO NORMATIVO metodo di verifica COMPRESSIONE ORTOGONALE ALLA FIBRATURA Gli stati di compressione perpendicolare alla fibratura devono essere tenuti in debita considerazione non tanto per il pericolo di collasso strutturale ma per lo sviluppo di fenomeni di schiacciamento che compromettono lo stato limite di esercizio della struttura. La capacità portante è data da due meccanismi resistenti: 1 contributo resistenza a schiacciamento delle fibre di legno 2 contributo resistenza data dagli «effetti di confinamento»

20 APPROCCIO NORMATIVO metodo di verifica COMPRESSIONE ORTOGONALE ALLA FIBRATURA effetti del confinamento

21 APPROCCIO NORMATIVO metodo di verifica COMPRESSIONE ORTOGONALE ALLA FIBRATURA effetti del confinamento Le fibre adiacenti all impronta di carico sono sollecitate localmente a trazione e assorbono una quota parte del carico L entità del confinamento è: - Indipendente dalla lunghezza dell impronta di carico - Proporzionale alle dimensioni delle aree laterali all impronta - Influenzata dalla distanza dalle zone di applicazione del carico Le normative considerano l effetto del confinamento in 2 modi: - Assumendo un fattore di riduzione del carico k c90 (coeff. di confinamento) - Aumentando l area di impronta A eff (area efficacie) NON CI SONO INDICAZIONI SPECIFICHE PERTANTO BISOGNA FAR RIFERIMENTO AD ALTRE NORME: EC5 1.1 ; CNR DT 206

22 APPROCCIO NORMATIVO metodo di verifica COMPRESSIONE ORTOGONALE ALLA FIBRATURA CNR DT 206 (2007) Area efficacie

23 APPROCCIO NORMATIVO metodo di verifica COMPRESSIONE ORTOGONALE ALLA FIBRATURA CNR DT 206 (2007) calcolo della lunghezza efficacie l>400mm l ef =l l ef Presenza su entrambi i lati di una zona scarica parallelamente alla fibratura pari ad almeno h/6 1 l<400mm 3 casi 2 Presenza su un solo lato di una zona scarica parallelamente alla fibratura pari ad almeno h/6 3 Presenza di una zona scarica parallelamente alla fibratura pari a l sc SU ENTRAMBI I LATI SU UN SOLO LATO

24 APPROCCIO NORMATIVO metodo di verifica COMPRESSIONE ORTOGONALE ALLA FIBRATURA SE LA VERIFICA A COMPRESSIONE ORTOGONALE ALLE FIBRE NON RISULTA SODDISFATTA SI PUO : 1. AUMENTARE LE DIMENSIONI DELL APPOGGIO 2. RINFORZARE L APPOGGIO CON: a. VITI A TUTTO FILETTO b. BARRE RESINATE PRINCIPIO DI FUNZIONAMENT O ANALOGO AI PALI DI FONDAZIONE Il rinforzo con viti a tutto filetto è più facile e veloce da realizzare rispetto alle barre resinate in quanto non presenta le problematiche di esecuzione legate alla messa in opera della resina epossidica (pulizia del foro, temperatura ecc..)

25 APPROCCIO NORMATIVO metodo di verifica Come calcoliamo i valori della resistenza assiale delle viti? - formule CNR-DT206 R ax,k - modello di Bejtka R ki,k

26 APPROCCIO NORMATIVO metodo di verifica

27 APPROCCIO NORMATIVO metodo di verifica

28 APPROCCIO NORMATIVO metodo di verifica RESISTENZA ALLO SPROFONDAMENTO DELLA VITE NEL LEGNO CNR DT 206 (2007) AREA DI ADERENZA TAU DI ADERENZA

29 APPROCCIO NORMATIVO metodo di verifica RESISTENZA ALLO SPROFONDAMENTO DELLA VITE NEL LEGNO

30 APPROCCIO NORMATIVO metodo di verifica RESISTENZA ALLO SPROFONDAMENTO DELLA VITE NEL LEGNO

31 APPROCCIO NORMATIVO metodo di verifica Resistenza all instabilità della vite: MODELLO DI BEJTKA 2.1 ETA viti Rotho Blaas

32 APPROCCIO NORMATIVO metodo di verifica ALCUNI CERTIFICATI ETA DANNO DELLE INDICAZIONI SUL CALCOLO DELLA RESISTENZA DEGLI APPOGGI RINFORZATI CON VITI. PER ESEMPIO ETA viti Rotho Blaas

33 APPLICAZIONE DELLE FORMULE DI VERIFICA AD UN SOLAIO NUOVO

34 Applicazione verifica di un solaio in legno Note generali sulle modalità di esecuzione dell applicazione: - In via semplificata non si è tenuto conto dei differenti coefficienti di sicurezza da applicare ai carchi permanenti g1 e g2 ma si è applicato un unico coefficiente amplificativo. - Si è effettuata la verifica per la sola combinazione SLU che considera i carichi accidentali con coefficiente riduttivo delle resistenze Kmod relativo alle azioni di media durata. A rigore dovrebbe essere effettuata anche la verifica considerando la combinazione SLU con soli carichi permanenti e coefficiente riduttivo delle resistenze Kmod relativo alle azioni permanenti. - La verifica di deformabilità a lungo termine è stata condotta in maniera semplificata trascurando il contributo dato dalla porzione dei carichi accidentali che rientrano nella combinazione quasi permanente mediante il coefficiente Y2.

35 Applicazione verifica di un solaio in legno

41 Applicazione verifica di un solaio in legno TABELLA DI VERIFICA DEL PRODUTTORE

42 Applicazione verifica di un solaio in legno VERIFICHE EFFETTUATE: -Tenendo già conto del peso proprio del pannello -Considerando Kmod=0.8 -Considerando Kdef=0.6

43 Applicazione verifica di un solaio in legno È NECESSARIO UN PANNELLO IN XLAM A 3 STRATI DI SPESSORE 103mm

44 ESEMPIO DI CALCOLO COPERTURA IN LEGNO NOTE SULLE MODALITA DI SVOLGIMENTO DELL ESERCITAZIONE La presente esercitazione ha scopo didattico, le verifiche delle membrature lignee sono state condotte in maniera semplificata senza far riferimento a: - Approccio agli stati limite per l amplificazione delle azioni agenti e riduzione delle resistenze dei materiali - Anisotropia del materiale legno e relative diverse resistenze per ogni stato di sollecitazione come indicato dei profili di resistenza del materiale - Approccio normativo per tener conto degli effetti viscosi del materiale nonché dell influenza dell umidità ambientale sulla resistenza del materiale L obiettivo della presente esercitazione è quello di fornire il necessario background per la definizione dei corretti schemi statici di calcolo nonché per la determinazione delle sollecitazioni agenti sugli elementi strutturali e relativi stati tensionali.

45 ESEMPIO DI CALCOLO COPERTURA IN LEGNO

60 ESEMPIO DI CALCOLO SOLAIO IN LEGNO NOTE SULLE MODALITA DI SVOLGIMENTO DELL ESERCITAZIONE La presente esercitazione ha scopo didattico, le verifiche delle membrature lignee sono state condotte in maniera semplificata senza far riferimento a: - Approccio agli stati limite per l amplificazione delle azioni agenti e riduzione delle resistenze dei materiali - Anisotropia del materiale legno e relative diverse resistenze per ogni stato di sollecitazione come indicato dei profili di resistenza del materiale - Approccio normativo per tener conto degli effetti viscosi del materiale nonché dell influenza dell umidità ambientale sulla resistenza del materiale L obiettivo della presente esercitazione è quello di fornire il necessario background per la definizione dei corretti schemi statici di calcolo nonché per la determinazione delle sollecitazioni agenti sugli elementi strutturali e relativi stati tensionali.

61 ESEMPIO DI CALCOLO SOLAIO IN LEGNO

65 PROGETTAZIONE STRUTTURALE prof. ing. anna saetta iuav venezia GRAZIE PER L ATTENZIONE Progettazione delle strutture in legno CRITERI DI PROGETTAZIONE E VERIFICA ESEMPI APPLICATIVI Ph.D. eng. Luca Pozza luca.pozza2@unibo.it Dipartimento ICAM Università di BOLOGNA Giovedì 30 novembre 2017