180 LA PROGETTAZIONE DELLE STRUTTURE DI LEGNO

Transcript

1 180 LA PROGETTAZIONE DELLE STRUTTURE DI LEGNO Legenda (1) Linea del sistema (2) Appoggio (3) Campata (4) Elemento esterno (5) Elemento interno (6) Elemento di trave fittizia Figura 5.1 Esempi di elementi per il modello di analisi di un telaio (2)P In un analisi di un telaio, le linee del sistema per tutti gli elementi devono giacere entro il profilo dell elemento. Per gli elementi principali, per esempio gli elementi esterni di una capriata, le linee del sistema devono coincidere con l asse dell elemento. (3)P Se le linee del sistema per gli elementi interni non coincidono con gli assi, si deve tenere conto dell influenza dell eccentricità al momento della verifica della resistenza di questi elementi. (4) Elementi di trave fittizia ed elementi molla possono essere utilizzati per modellare connessioni o appoggi eccentrici. Si raccomanda che l orientazione di elementi di trave fittizia e la posizione degli elementi molla coincida il più fedelmente possibile con l effettiva configurazione del giunto. (5) In un analisi elastica lineare del primo ordine, l effetto delle deformazioni iniziali e delle frecce indotte può essere trascurato se preso in considerazione al momento della verifica di resistenza dell elemento. (6) Si raccomanda che l analisi di un telaio sia eseguita adottando gli appropriati valori della rigidezza dell elemento definita nel punto Si raccomanda che gli elementi di trave fittizia siano assunti con una rigidezza corrispondente a quella delle connessioni reali. (7) Le connessioni possono essere assunte come rotazionalmente rigide se la loro deformazione non ha un significativo effetto sulla distribuzione delle forze e dei

2 CAPITOLO 5 FONDAMENTI DI ANALISI STRUTTURALE 181 momenti dell elemento. In caso contrario, le connessioni possono essere in generale assunte come rotazionalmente incernierate. (8) Lo scorrimento a traslazione in corrispondenza dei giunti può essere trascurato nella verifica della resistenza, a meno che esso non influisca significativamente sulla distribuzione delle forze e dei momenti interni. (9) I giunti di continuità utilizzati nelle strutture reticolari possono essere modellati come rotazionalmente rigidi se la rotazione effettiva sotto carico non ha significativi effetti sulle forze nell elemento. Questo requisito è soddisfatto se una delle seguenti condizioni risulta soddisfatta: il giunto di continuità ha una capacità portante che corrisponde ad almeno 1,5 volte la combinazione di forza e momento applicati; il giunto di continuità ha una capacità portante che corrisponde almeno alla combinazione di forza e momento applicati, purché gli elementi di legno non siano soggetti a tensioni di flessione maggiori di 0,3 volte la resistenza a flessione degli elementi, e l aggregato risulterebbe stabile se tutte le connessioni funzionassero come cerniere. Le prescrizioni delle Norme tecniche per le costruzioni appaiono, a questo riguardo, poco chiare e contraddittorie con la prassi consolidata da secoli di costruzione di capriate, da Palladio in avanti: le unioni sono considerate come cerniere, e le aste hanno sezioni rilevanti. Invece, il paragrafo sembra richiedere nodi quantomeno semi-rigidi con aste di dimensioni usuali, e giustifica il ricorso a schemi a cerniera solo per aste molto sottili (dimensione massima trasversale inferiore a 1/10 dell altezza della trave) Analisi semplificata di capriate con mezzi di unione a piastra metallica punzonata (1) Si raccomanda che un analisi semplificata di capriate completamente triangolate soddisfi le seguenti condizioni: non esistono angoli rientranti nel profilo esterno; la larghezza dell appoggio è situata entro la lunghezza a 1, e la distanza a 2 in Figura 5.2 è non maggiore di a 1 /3 oppure di 100 mm, considerando il valore più elevato; l altezza della capriata è maggiore di 0,15 volte la luce e di 10 volte l altezza massima dell elemento esterno. (2) Si raccomanda che le forze assiali negli elementi portanti siano determinate assumendo che ogni nodo funziona come una cerniera. (3) Si raccomanda che i momenti flettenti in elementi a campata singola siano determinati assumendo che i nodi alle estremità sono cerniere. Si raccomanda che i momenti flettenti negli elementi continui su campate diverse siano determinati assumendo

3 182 LA PROGETTAZIONE DELLE STRUTTURE DI LEGNO che l elemento sia una trave semplicemente appoggiata in corrispondenza di ciascun nodo. Si raccomanda che l effetto di inflessione nei nodi e di parziale fissità nelle connessioni sia preso in considerazione tramite una riduzione del 10% dei momenti in corrispondenza degli appoggi interni dell elemento. Si raccomanda che i momenti dell appoggio interno siano utilizzati per calcolare i momenti flettenti in campata. Figura 5.2 Geometria di appoggio Le Norme tecniche per le costruzioni non trattano il caso precedente Telai e archi piani (1)P Si applicano i requisiti di cui al punto 5.2. Devono essere presi in considerazione gli effetti sulle forze e i momenti interni causati dalla freccia indotta. (2) Gli effetti della freccia indotta sulle forze e i momenti interni può essere presa in considerazione eseguendo un analisi lineare del secondo ordine assumendo le seguenti ipotesi: si raccomanda che la forma imperfetta della struttura sia considerata come corrispondente a una deformazione iniziale che si trova applicando un angolo φ di inclinazione alla struttura o a parti pertinenti di essa, assieme con una curvatura sinusoidale iniziale fra i nodi della struttura corrispondente a un eccentricità massima e; si raccomanda che il valore di φ in radianti sia assunto come ø = 0, 005 ø = 0, 005 5/ h per h 5 m per h > 5 m (5.1) dove h è l altezza della struttura oppure la lunghezza dell elemento, in metri; si raccomanda che il valore di e sia preso, come minimo: e = 0, 0025 l (5.2) dove l è la lunghezza dell elemento strutturale Esempi di scostamenti iniziali ipotizzate nella geometria, nonché la definizione di l, sono forniti in Figura 5.3.

4 CAPITOLO 5 FONDAMENTI DI ANALISI STRUTTURALE 183 Figura 5.3 Esempi di scostamenti iniziali ipotizzati nella geometria di un telaio (a), corrispondenti a un carico simmetrico (b) e non simmetrico (c) Trave reticolare in legno lamellare (luce 24,7 m; interasse 5,5 m). In alto: forma centinata e controventamento; in basso: appoggi e connessioni con piastre e spinotti (foto da

5 184 LA PROGETTAZIONE DELLE STRUTTURE DI LEGNO 5.5 Resistenza al fuoco Pur essendo realizzate con un materiale combustibile, le strutture in legno hanno un buon comportamento al fuoco se progettate con una sufficiente sezione resistente. Infatti, il legno brucia lentamente, la carbonizzazione procede dall esterno verso l interno della sezione e progressivamente si forma uno strato di legno carbonizzato che inviluppa e isola la parte centrale non ancora carbonizzata (la conducibilità termica del carbone è circa 5 volte inferiore a quella del legno). La rottura dell elemento avviene per riduzione della sezione resistente, quando la parte non ancora carbonizzata è talmente ridotta da non riuscire più ad assolvere alla sua funzione portante, e non per decadimento delle caratteristiche meccaniche del materiale nella sezione residua. Sinistra: Trave in legno bruciata per metà sezione che sorregge ancora le soprastanti travi in acciaio (da Glulam W.A. Chugg, Benn Ed., London). Destra: Caserma VVFF con struttura e rivestimenti in legno (foto Triboulot) Nella UNI EN :2005 sono forniti i criteri per la progettazione delle strutture di legno in situazioni di esposizione al fuoco, a completamento delle indicazioni delle UNI EN e UNI EN Nella norma sono identificate le differenze e i criteri aggiuntivi rispetto al dimensionamento a temperatura normale e sono trattati soltanto i metodi passivi di protezione e non quelli attivi. La norma si applica a edifici ove è richiesto di evitare il collasso prematuro della struttura e la propagazione dell incendio oltre la compartimentazione. Di seguito se ne riassumono i contenuti Requisiti di sicurezza al fuoco degli edifici Gli obiettivi generali della protezione dal fuoco sono la limitazione dei rischi, in caso di incendio, per l individuo e per la società, per le proprietà confinanti e, dove richiesto, per la proprietà direttamente coinvolta. Le funzioni e i livelli prestazionali richiesti vengono generalmente specificati dalle autorità nazionali nella maggior parte dei casi sotto forma di classi di resistenza all incendio normalizzato oppure determinati secondo l approccio tecnico-scientifico per la valutazione delle misure attive e passive di sicurezza nei confronti dell incendio.

6 CAPITOLO 5 FONDAMENTI DI ANALISI STRUTTURALE 185 Le Norme Tecniche per le Costruzioni prescrivono di far riferimento alla combinazione eccezionale e rimandano, per le verifiche alla UNI EN :2005, in quanto documento tecnicamente aggiornato, organico e sinergico con gli altri Eurocodici. Con riferimento alle prestazioni richieste agli elementi costruttivi sottoposti ad azione di incendio, esse riguardano sia la loro capacità di conservare la stabilità meccanica, sia la possibilità di opporsi efficacemente alla propagazione del fuoco e alla trasmissione del calore. In generale, dunque, la resistenza al fuoco viene definita mediante i criteri dell indice REI, ovvero stabilità al fuoco (R), tenuta al fuoco (E) e isolamento termico (I). La Tabella 5.1 riassume il significato dei tre criteri. Tabella 5.1 I CRITERI DELL INDICE REI R E I La stabilità al fuoco esprime, per il generico elemento della costruzione portante o no, la capacità di conservare la propria resistenza meccanica in corrispondenza di un determinato incendio La tenuta al fuoco si riferisce all'attitudine di un elemento divisorio (per esempio, tra differenti compartimenti) sottoposto all'azione di un determinato incendio su un lato a non lasciare passare né a produrre fiamme, vapori o gas caldi sul lato non esposto L'isolamento termico esprime infine la capacità dell'elemento divisorio a mantenere entro livelli prefissati la trasmissione del calore sul lato non esposto all'incendio; usualmente tali livelli sono assunti in corrispondenza della temperatura massima verificata sul lato non esposto ( 180 C) e di quella media sul medesimo lato ( 140 C) Gli elementi devono soddisfare i criteri R, E e I come segue: solo compartimentante: E e I; solo portante: R; compartimentante e portante: R, E e I. Il criterio R è soddisfatto quando la capacità portante è mantenuta durante il periodo di esposizione al fuoco. Nel caso in cui venga richiesta la compartimentazione all incendio, i relativi elementi devono essere progettati e costruiti in modo tale che conservino la loro funzione compartimentante per tutto il tempo previsto di esposizione al fuoco, cioè: nessuna rottura per perdita di tenuta; nessuna perdita di isolamento; limitazione della temperatura media delle superfici non esposte Azioni Gli effetti delle azioni dirette applicate alla costruzione vengono determinati adottando la combinazione valida per le situazioni eccezionali prevista nella UNI EN 1990:2006, ovvero:

7 186 LA PROGETTAZIONE DELLE STRUTTURE DI LEGNO Combinazioni di azioni per situazioni di progetto eccezionali (1) Il formato generale degli effetti delle azioni dovrebbe essere: E E Gk,j ; P; Ad ; ψ11, oppure ψ21, Qk, 1; ψ2, iqk, / j 1; i 1 d { i} > = ( ) (6.11a) (2) La combinazione di azioni in parentesi graffe { } può essere espressa nella forma: G " + " P" + " A " + "( ψ oppure ψ ) Q " + " ψ Q k,j d 11, 21, k, 1 2,i k,i j 1 i> 1 (6.11b) (3) La scelta tra ψ 1,1 Q k,1 o ψ 2,1 Q k,1 dovrebbe essere correlata alla situazione di progetto eccezionale rilevante (urto, incendio o sopravvivenza dopo un evento o una situazione eccezionali). Nota: indicazioni sono date nelle parti pertinenti delle EN dalla EN 1991 alla EN (4) Le combinazioni di azioni dovute a situazioni di progetto eccezionali dovrebbero: chiamare in gioco l esplicitazione di una azione eccezionale A (incendio o urto), oppure fare riferimento a una situazione che segue un evento eccezionale (A = 0). Nelle situazioni di incendio, a parte gli effetti della temperatura sulle proprietà dei materiali, Ad dovrebbe rappresentare il valore di progetto dell azione termica indiretta dovuta all incendio. Le specifiche azioni termiche e meccaniche devono quindi essere derivate dalla UNI EN : Valori di calcolo delle proprietà dei materiali Per la verifica della capacità portante i valori di calcolo per la resistenza e la rigidezza devono essere determinati mediante: f S d,fi d,fi = k mod,fi f γ 20 M,fi S20 = kmod,fi γ M,fi dove: f d,fi è la resistenza di calcolo durante l incendio; S d,fi è la proprietà di rigidezza di calcolo (modulo di elasticità E oppure di taglio G) durante l incendio; f 20 è la resistenza alla temperatura normale (frattile 20%); S 20 è la proprietà di rigidezza in condizioni di temperatura normale (frattile 20%);