Costruzioni in legno e norme tecniche per le costruzioni

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1 norme tecniche per le costruzioni prof. Maurizio Piazza Dipartimento Ingegneria Meccanica e Strutturale Università degli Studi di Trento LEGNO E NORMATIVA IN ITALIA: BREVE CRONISTORIA Legge n. 64 (2 febbraio 1974) Provvedimenti per le costruzioni con particolari prescrizioni per le zone sismiche Non contiene prescrizioni costruttive specifiche per i vari materiali, da seguire nella progettazione delle strutture in zona sismica, in quanto si rimanda a successivi decreti del Ministro per i lavori pubblici, di concerto con il Ministro per l interno Art. 2 Sistemi costruttivi Gli edifici possono essere costruiti con: a) struttura intelaiata in cemento armato normale o precompresso, acciaio o sistemi combinati dei predetti materiali b) struttura a pannelli portanti c) struttura in muratura d) struttura in legname Università di Trento 1

2 D. M Norme tecniche per le costruzioni in zona sismica non riporta indicazioni specifiche sul calcolo delle strutture in legno, anzi contiene alcune indicazioni fuorvianti per il legno C.8 Edifici con struttura in legno Le costole montanti e le altre parti costituenti l'organismo statico degli edifici in legno devono essere di un solo pezzo oppure collegate in modo da non avere indebolimenti in corrispondenza delle giunzioni? C.9.8 Interventi di miglioramento per gli edifici in muratura ordinaria C Solai Ove si proceda alla sostituzione di solai, questi devono essere del tipo in cemento armato ordinario o precompresso Possono usarsi solai in legno solo ove richiesto da particolari esigenze architettoniche? LEGGI QUADRO Legge n ( ) Legge n. 64 ( ) Decreti ATTUATIVI D. M NTC-05 NTC-08 SITUAZIONE FINO AL 2005 NESSUNA INDICAZIONE (E NESSUN OBBLIGO) SUL CALCOLO POCHE PRESCRIZIONI, (spesso) ERRONEE Nella pratica.. O.P.C.M. 3431/2005 per le strutture di particolare importanza (p.e. zona sismica, opere pubbliche ), veniva solitamente richiesto dagli uffici competenti (genio civile, ) una relazione di calcolo anche per le strutture in legno da eseguirsi sulla base della DIN 1052:88 e 96 alle tensioni ammissibili Università di Trento 2

3 COSA SIGNIFICA "Norme Tecniche per le Costruzioni" Norma di tipo prestazionale Vengono fissate le azioni esterne da considerare, i livelli di sicurezza da raggiungere e le prestazioni minime attese per le strutture e si definiscono le responsabilità dei diversi attori coinvolti nel processo di costruzione (Committente, Progettista e Direttore dei Lavori). COSA NON DOVREBBE ESSERE La norma non prescrive formule o procedure di dettaglio demandandone la scelta al Progettista o, per i parametri rilevanti ai fini della sicurezza, al concerto Progettista/Committente. Il vincolo resta solo quello di basarsi su regole o procedure ampiamente consolidate o adeguatamente giustificate. RIFERIMENTI TECNICI CAPITOLO 12 NTC Eurocodici (VERSIONE DEFINITIVA 2004) UNI EN : Regole comuni e regole per gli edifici UNI EN : Progettazione strutturale contro l incendio UNI EN : Ponti UNI EN : Parte 1: Regole generali, azioni sismiche e regole per gli edifici Annessi Tecnici per gli Eurocodici (NAD), non ancora pubblicati in G.U. Documento CNT-DT 206: 2007 Nasce da bozza di Norma Italiana Costruzioni in Legno (NICOLE), mai rilasciata da CNR o pubblicata in GU, sulla base di stato dell arte di norme europee (DIN, Eurocodici, ) Università di Trento 3

4 RIFERIMENTI TECNICI CAPITOLO 12 NTC Possono essere utilizzati anche altri codici internazionali, purché sia dimostrato che garantiscano livelli di sicurezza non inferiori a quelli delle presenti Norme tecniche. Altri possibili riferimenti tecnici???? GERMANIA (norma disponibile solo in tedesco) DIN 1052:04 Entwurf, Berechnung und Bemessung von Holzbauwerken SVIZZERA (norma disponibile anche in italiano) SIA 265:2003 Costruzioni di legno?? Norme Tecniche per le Costruzioni DM 14/1/2008 Entrata in vigore con alcuni stralci come capitolo 11.7 (qualità del materiale) e le tabelle 4.4.III e 4.4.IV (coefficienti di sicurezza del materiale) a seguito del ricorso di uno stato membro (Austria) - DM di integrazione del , GU : riabilitazione degli stralci - Norme Tecniche per le Costruzioni complete con i nuovi coefficienti di sicurezza del materiale Prevista una fase di coesistenza con il quadro normativo precedente (per tutte le opere ad eccezione di quelle strategiche e rilevanti) inizialmente fino al 30 giugno 2009, poi spostato al 30 giugno This European Standard (EC5) shall be given the status of a National Standard, either by publication of an identical text or by endorsement, at the latest by May 2005, and conflicting national standards shall be withdrawn at the latest by March Università di Trento 4

5 PROGETTARE LE STRUTTURE DI LEGNO CON LE NUOVE NORMATIVE La progettazione comprende diversi aspetti che insieme determinano la riuscita della costruzione che spesso interagiscono spesso gli uni con gli altri protezione antincendio durabilità/protezione legno concezione dei dettagli costruttivi aspetti ecologici e energetici produzione, esecuzione, montaggio dimensionamento e "calcolo" prescrizioni di uso e manutenzione costo... METODO SEMIPROBABILISTICO AGLI STATI LIMITE Stato Limite: Situazione oltre la quale la struttura non soddisfa requisiti funzionali Stati limiti Ultimi Servizio S(s 1d, s 2d, ) R(r 1d, r 2d, ) Effetto parametro di sollecitazione Prestazione parametro resistente Coefficienti parziali di sicurezza sulle Azioni Q di =γ Qi Q ki sulle Resistenze dei materiali X d =X k k mod /γ Università di Trento 5

6 COME SI CONSIDERA IL MATERIALE? COME PUÒ ESSERE CLASSIFICATO? F F Carico F F Carico F F Spostamento Spostamento Confronto di comportamenti tipici a flessione per provini di legno netto (sinistra) e elemento in dimensione d'uso (destra) f t f c Forza Le caratteristiche meccaniche: teoria e pratica trazione: rottura fragile compressione: deformazioni grandi Forza f c,0 f t,0 compressione: deformazione possibile trazione: rottura fragile deformazione deformazione Università di Trento 6

7 Come è possibile utilizzare il legno nella costruzione in modo affidabile? Mediante una classificazione che porti al legno strutturale Il legno strutturale Classificazione Regola fondamentale della classificazione: il difetto peggiore determina la qualità dell intero elemento, non importa dove tale difetto cade. Un solo difetto inaccettabile fa scartare una trave anche se perfetta sulla restante lunghezza! Regole di classificazione + classificazione devono essere poi correlate alla normativa di calcolo! Università di Trento 7

8 EN :2006 Strutture di legno - Legno strutturale con sezione rettangolare classificato secondo la resistenza Valori caratteristici, profili normalizzati e classi di resistenza - L'insieme dei vaiori caratteristici relativi alle principali resistenze, massa volumica ed alle proprietà elastiche di un determinato tipo di legname costituisce il cosiddetto Profilo Prestazionale - Le norme EN prevedono una serie di profili prestazionali che prendono il nome di Classi di Resistenza - Le classi di resistenza consentono di svincolare il progettista dalla scelta di una determinata specie legnosa (per quanto riguarda la resistenza!) - Il fornitore di legname potrà offrire lotti di specie legnose anche mescolate, purché il materiale sia classificato nella stessa classe di resistenza Università di Trento 8

9 A) Marcatura CE(in vigore norma di prodotto armonizzata) B) Marcatura secondo Norme Tecniche o marcatura CE volontaria C) Prodotti innovativi: benestare tecnico europeo o italiano Università di Trento 9

10 Prodotti a grande diffusione e normati Generalità produzione industriale Legno massiccio - legno tondo - legno squadrato - materiale Legno incollato lamelle lineare - lamellare incollato piano - compensato di tavole - materiale - prodotto MH - prodotto pannelli massicci tavole sottili legno segato - prodotto KVH - prodotto DUO/TRIO - stratificato prodotto Kerto-S Piallacci - compensato prodotto Kerto-Q prodotto compensato Strands - pannelli prodotto OSB - prodotti speciali prodotto OSB 8000 prodotto MagnumBoard - pannelli diversi prodotti Trucioli Fibre - pannelli diversi prodotti uso di regola non strutturale Altri - combinazione particolare - specialità di UN produttore - distribuzione limitata spesso non compresi nella normativa di base - caratteristiche specifiche fornite dal produttore -... Università di Trento 10

11 MATERIALI E PRODOTTI Legno massiccio Legno lamellare Norma europea armonizzata Data di entrata in vigore della norma in quanto norma europea armonizzata EN :2005 Strutture di legno. Legno strutturale con sezione trasversale rettangolare, classificato secondo la resistenza meccanica Parte 1: Requisiti generali EN 14080:2005 Strutture di legno lamellare incollato. Requisiti Data di scadenza del periodo di coesistenza ( ) ( ) Università di Trento 11

12 LEGNO LAMELLARE LEGNO MASSICCIO Conseguenze a) legno massiccio b) legno lamellare combinato lamelle di classe superiore Le norme di classificazione consentono l assegnazione per ogni elemento di una classe di resistenza. Successive lavorazioni o tagli come quelli mostrati in figura che modifichino la geometria originaria della sezione non garantiscono più l appartenenza alla classe assegnata Ammissibile invece una sezionatura dell elemento Università di Trento 12

13 MATERIALI E PRODOTTI PANNELLI CLT PANNELLI CLT Università di Trento 13

14 LA CASA DEL FUTURO CONTROLLI CONTROLLI DURANTE LA PRODUZIONE Nel legno strutturale la classificazione viene eseguita sul singolo elemento ligneo CONTROLLI CONTROLLI IN CANTIERE Università di Trento 14

15 COME SI PUÒ CALCOLARE LA STRUTTURA DI LEGNO? Umidità Proprietà (MPa) d c b e a Umidità del legno ( % ) Influenza dell umidità su alcune proprietà meccaniche:resistenza a trazione // fibratura (a), resistenza a flessione MoR (b), resistenza a compressione // fibratura (c), resistenza a compressione fibratura (d), resistenza a trazione fibratura (e) (da Woodhandbook, 1999) Università di Trento 15

16 Legno e umidità: classi di servizio ω>18% ω 18% ω 12% 1 2 T=(20±2) C; U rel >65% per poche settimane all'anno (ω 12%); T=(20±2) C; U rel >80% per poche settimane all'anno (ω 18%); 3 condizioni con valori di umidità più elevati Le particolarità del legno - Verifica della resistenza Effetto dell'umidità del legno - definizione di classi di servizio Classe 1: - clima 20 / 65% - u = ~ 12 % - tutti gli interni di abitazione Classe 2: - clima 20 / 85% - u = ~ 18 % - elementi protetti dall'azione diretta delle intemperie Classe 3: - clima più umido che la classe 2 - u > 20 % - elementi "bagnati" - degrado biologico "possibile" Variazioni temporanee (settimane) possono essere trascurate Università di Trento 16

17 LA CASA DEL FUTURO Durata del carico Sr ω = 10 % 60 ωvar = 20 10% ω = 20 % Log 10(t) Influenza della durata del carico t (ore) sulla resistenza a flessione del legno netto, in differenti situazioni di umidità Le particolarità del legno - Verifica della resistenza Effetto della durata del carico - classi di durata del carico Classe "permanente" - peso proprio della struttura - pacchetto di copertura -... Classe "lunga durata" - carichi nei depositi Classe "media durata" - carichi di servizio in generale Classe "breve durata" - neve Classe "istantanea" - vento, sisma Università di Trento 17

18 σ d f k k γ mod m σ d tensione agente di progetto f k resistenza caratteristica al frattile 5% k mod γ m coefficiente che tiene conto delle condizioni di servizio (umidità) e della durata del carico coefficiente parziale di sicurezza del materiale Le particolarità del legno - Verifica della resistenza Effetto sulla resistenza del materiale X d k = mod γ X M k X k valore caratteristico di una proprietà del materiale - p.es. resistenza alla flessione f m,k X d valore di calcolo di una proprietà del materiale - p.es. resistenza alla flessione f m,d k mod coeficiente di correzione - tiene conto delle classi di durata e di umidità g M coefficiente di sicurezza parziale per le proprietà dei materiali Valori di k mod Classe di durata del carico Classe di servizio permanente lunga durata media durata breve durata istantaneo Università di Trento 18

19 Norme Tecniche per le Costruzioni DM 14/1/2008 I coefficienti di sicurezza parziali per il materiale legno decremento resistenza -13% -14% Norme Tecniche per le Costruzioni DM 14/1/2008 MOMENTO RESISTENTE: confronto DM con EUROCODICI 110% EUROCODICE 100% 100% } 95% 98% SEZIONE LAMELLARE 90% 86% SEZIONE LAMELLARE (carico istantaneo) 80% 78% SEZIONE HEB % SEZIONE CA (debolmente armata) Università di Trento 19

20 Resistenza e duttilità nei collegamenti a gambo cilindrico Nel punto 8.3 (4)P la normativa considera soddisfatta la condizione di collegamento dissipativo, nel caso di collegamenti con perni e bulloni, se il diametro d dei connettori non è superiore ai 12 mm, mentre gli elementi da connettere devono avere uno spessore maggiore di 10 d. F/2 F/2 F F/2 F/2 F Cerniere plastiche Cerniere plastiche nei connettori metallici Rifollamento nel legno Perno tozzo Perno molto snello a) b) AUMENTANDO LA SNELLEZZA DEL CONNETTORE AUMENTA LA DUTTILITA Modalità di rottura legata al comportamento elastoplastico Resistenza e duttilità nei collegamenti a gambo cilindrico Due meccanismi di rottura (lato acciaio e lato legno) Cerniere plastiche nei connettori metallici Rifollamento nel legno Università di Trento 20

21 Modalità di rottura fragili non previste dalla teoria di Johansen Plug shear Splitting Group tear out Tension Trazione ortogonale alla fibra Trazione ortogonale alla fibra + tensioni taglianti Trazione parallela alla fibra Cause: Valori ridotti di interasse tra i connettori e distanze dai bordi Indebolimenti eccessivi della sezione causati dalla presenza dei connettori Ductile End Connections for Glulam Beams Tomasi R., Zandonini R., Piazza M., Andreolli M. Università di Trento 21

22 Organizzazione di un collegamento a terra Differenti tipologie di connessione fra pareti in legno e fondazione in calcestruzzo. Geometria e disposizione di chiodi/viti è differenziata per trasferire forze orizzontali di taglio (angolari) o per contrastare le forze di sollevamento verticali (hold-down). O.P.C.M e N.T.C.Tab Tipologie strutturali e fattori di struttura Comportamento strutturale dissipativo Università di Trento 22

23 45 9-storey Timber Building (Murray Grove in Hackney, London) Architects Waugh Thistleton; KLH cross laminated panels 46 9-storey Timber Building (Murray Grove in Hackney, London) Architects Waugh Thistleton; KLH cross laminated panels Università di Trento 23

24 Edificio residenziale pluripiano e3 Berlin Prenzlauer Berg, Berlino 47 QUADRO NORMATIVE ITALIANE SULLE NUOVE COSTRUZIONI IN LEGNO ORDINANZA PUNTO 4.2 Tabella 4.2 ALTEZZE MASSIME CONSENTITE Sistema costruttivo Altezza massima consentita (in m) Edifici con struttura in calcestruzzo Edifici con struttura in acciaio Edifici con struttura mista in acciaio e calcestruzzo Edifici con struttura in muratura ordinaria Edifici con struttura in muratura armata Nessuna limitazione Zona sismica Nessuna limitazione , Edifici con struttura in legno Per le costruzioni in legno è ammessa la costruzione di uno zoccolo in calcestruzzo o in muratura, di altezza non superiore a 4 m, nel qual caso i limiti indicati si riferiscono alla sola parte in legno. Università di Trento 24

25 Paragrafo 7.2.2: ALTEZZA MASSIMA DEI NUOVI EDIFICI PRESCRIZIONI DA NORMATIVA E LIMITI TEORICI 1 Per le tipologie strutturali: costruzioni di legno e di muratura che non accedono alle riserve anelastiche delle strutture, ricadenti in zona 1, è fissata una altezza massima pari a due piani dal piano di campagna, ovvero dal ciglio della strada. Il solaio di copertura del secondo piano non può essere calpestio di volume abitabile Tipologie strutturali che accedono alle riserve anelastiche delle strutture Complesso abitativo Mühlweg - Vienna, 2006 A: 84 appartamenti / 3 edifici B: 98 appartamenti / 6 edifici C: 70 appartamenti / 4 edifici 50 Università di Trento 25

26 LA CASA DEL FUTURO Klaura+Kaden Architekten Klagenfurt 51 Klaura+Kaden Architekten Klagenfurt 52 Università di Trento 26

27 LA CASA DEL FUTURO 53 PROGETTO di RICERCA Χ2 Costruire strutture in bioedilizia Consorzio Legno Più Case S.p.A. Falegnameria Bomè di Bomè Ivano S.r.l. G&G Impianti Elettrici S.r.l. Masè Termoimpianti S.r.l. E-Buildings S.r.l. Università di Trento 27

28 Collegamenti fra pareti per garantire comportamento scatolare PROGETTO di RICERCA Χ 2 Costruire strutture in bioedilizia Il Dip. Ingegneria Meccanica e Strutturale UniTN è impegnato con una ricerca sul comportamento meccanico di costruzioni a telaio prefabbricato con particolare riferimento ai collegamenti e alle azioni sismiche. Collegamenti montante-fogli strutturali realizzando prove monotone e cicliche Ancoraggi di base (squadrette, hold-down) realizzando prove monotone e cicliche Prove monotone e cicliche su pareti in scala reale Università di Trento 28

29 Prove monotone e cicliche sui collegamenti montante-fogli strutturali Quadro normativo italiano Le NTC tendono alla tanto auspicata "armonizzazione" Devono trovare il necessario appoggio e supporto in un insieme di norme EN che regolano prodotti e loro classificazione Aspetti fondamentali - teoria probabilistica - qualificazione del materiale non escludiamo gli inconvenienti ma tentiamo di renderli estremamente improbabili! - qualificazione di tutti gli operatori coinvolti Università di Trento 29